2021-01-22 09:09:02 北京力高泰科技有限公司
图1 吸收、反射和透射示意图
射至物体的辐射能,一部分会被物体吸收变为内能或其他形式的能量,一部分会被反射回去,而另一部分则会透过物体(图1)。设投射到物体的辐射能为Q0,被吸收的部分为Qa,被反射的部分为Qr,被透射的部分为Qt。从能量守恒考虑应有
Q0 = Qa + Qr + Qt
定义:吸收率A = Qa/ Q0 ; 反射率R = Qr / Q0 ; 透射率τ = Qt / Q0 (又称为透过率),则有
A + R + τ =1
当物体不透光时,τ=0,则有A + R = 1,这时反射率大的物体吸收率一定小。
吸收率、反射率、透射率的概念可用于各种波长。对于某一定波长的辐射,称为单色(或分光、谱)吸收率、反射率和透射率,分别记为Aλ,Rλ和τλ。对于一比较宽的谱端(如可见光波段、太阳辐射),常将物体表面的反射辐射通量与入射辐射通量之比称为反照率。
各种物体对不同波长的辐射具有不同的吸收率与反射率,构成了该物体的吸收光谱或辐射光谱。
1、黑体
如果某一物体对任何波长的辐射都能全部吸收,及A=1,则称该物体为绝对黑体,相应地,必有R=0,τ=0。如果物体仅对某一波长全部吸收,及=1,则称该物体对这一波长为黑体。
图2 人造黑体示意图
绝对黑体在自然界是不存在的。吸收率最大的物体,例如烟炱黑对可见光各波段的吸收率均超过0.95,接近于1,但在远红外波段其吸收率比1小得多,因此不能说它是绝对黑体。在实验室可以人工制造出尽可能接近于绝对黑体的表面。如图2,容器是开一个小孔C的密闭空腔,其壁厚且内层涂以烟炱黑,使其吸收率接近于1。入射到小孔的辐射要经过多次反射,最后只有很少一部分能由C出来。设内壁的反射率为R,入射辐射Q0经一次反射为RQ0,二次反射后为R2Q0,…,n次反射后为RnQ0,而吸收率为1-Rn。即使R=0.1,n=4,吸收率也可达到0.9999,已经很接近1了,何况n还要更大些。于是可认为小孔能吸收全部入射的辐射能,小孔所张的面就是一个绝对黑体面。实际上有关黑体辐射性质的实验装置就是用这种原理制作的。
应当注意,这里所讨论的黑体与一般所谓黑色物体是有区别的,因为黑色物体只表明它对可见光的反射性质。我们不能仅根据物体的颜色来判断它对各波段的吸收能力,例如洁白的雪面对远红外波段而言,远比一般物体更接近于黑体。
2、灰体
如果物体的吸收率A不随波长而变,但A<1,则称该物体为灰体。例如,地面对长波辐射的吸收率近于常数,故可认为地面为灰体,且吸收率A极近于1。
(知识分享于《大气物理学》(北京大学出版社-于盛裴轩、毛节泰等著))
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