辐射的物理规律：吸收率、反射率和透射率

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Q_a，被反射的部分为Q_r，被透射的部分为Q_t。从能量守恒考虑应有

Q₀ = Q_a + Q_r + Q_t

定义：吸收率A = Q_a/ Q₀ ； 反射率R = Q_r / Q₀ ； 透射率τ = Q_t / 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A_λ，R_λ和τ_λ。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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