1.  黑体辐射

所有物体都在不断地发射和吸收电磁辐射。发射的辐射被称为黑体辐射。

物体发射的辐射谱是连续的。物体的温度决定了谱线最大值的波长以及单位时间内的总能量输出。

2.  引言

所有物质物体都会发射电磁辐射；发射的光子能量和通量的分布主要取决于物体的温度。这一现象被称为黑体辐射。由于辐射量及其谱线依赖于温度，因此它有时被称为热辐射或热能辐射。

所讨论的物体可以是大的（如恒星和行星）、小的（如单个分子），可以是固体、液体或气体。黑体辐射是一种常见的现象：当物体（例如一块金属）温度升高时，它开始发出红橙色的光，随着温度进一步升高，它的光变得越来越白。当温度继续升高时，光的色调变成蓝色。然而，在如此高的温度下，光通常是如此强烈，以至于人眼看起来会感到痛苦，甚至对眼睛有害（这也是为什么焊工在工作时戴上深色护目镜的原因）。

即使当物体较冷，我们根本看不见它发光时，物体仍然在不断发射辐射，主要是在红外区域。夜视设备可以探测到这些红外辐射，并将其转化为可见图像。

黑体辐射不断从物体中移除能量，从而导致其冷却。这就是地球表面在夜间冷却的原因。那么，为什么物体不会继续不断冷却，最终达到绝对零度？原因在于，当物体因黑体辐射而失去能量时，它同时也被周围所有物体发射的黑体辐射照射，并吸收一些辐射，从而替代了部分失去的能量。电磁辐射在物体之间不断地“交换”。温度较高的物体发射的辐射能量较强，因此它们会冷却得更快。因此，在没有外部热源的情况下，所有处于封闭空间中的物体最终会达到相同的温度，即达到热平衡。即使在热平衡达到后，物体仍然相互交换辐射，但此时物体吸收和发射辐射的速率完全相同，因此没有净热量交换发生。

太阳、地球、地球的大气层和云层的黑体辐射在地球气候中发挥着重要作用。太阳的大部分辐射是来自太阳表面（或光球）的黑体辐射，其温度约为5700 K。地球表面通过吸收这种光来获得温暖。与此同时，地球表面也在发射自身的黑体辐射。到了夜晚，当地表不再受到太阳照射时，它仍然在发射自己的黑体辐射，从而导致地表冷却。部分辐射被大气层吸收。大气层也发射黑体辐射，其中一部分被地球表面吸收。夜间的温度取决于地球和大气层的吸收和发射速率的相对关系。如果大气层更有效地吸收辐射，它会捕获更多的地球辐射，并将更多的辐射重新辐射到下方，从而使地球表面温度升高。这就是温室效应。

3. 黑体辐射的谱线

现在，让我们更定量地分析任何宏观物体的电磁辐射的吸收和发射。理想的黑体是一个假想物体，它吸收所有照射到其表面的辐射（因此，黑体的名字来源于它不会反射任何光，因此看起来是黑色的）。物理理论预测了理想黑体在某一温度下的辐射谱。下图显示了不同温度下理想黑体的理论辐射谱。请注意，在此图中，每个主要的刻度标记表示相邻刻度标记之间的差异为10倍。也就是说，波长和辐射强度的刻度是对数的。

理想黑体辐射的谱线

温度为T=6000K、5000K、4000K、3000K、2000K和1000K时，理想黑体辐射的谱线。太阳的光球温度略低于6000K。地球表面的有效温度略低于300K。

黑体辐射的一个显著特征是它具有连续的谱线。也就是说，辐射强度曲线是平滑的。它没有任何波动，并且在某个波长处不会突然降为零。

非理想黑体在给定波长下发射的辐射强度低于理想黑体。然而，地球和太阳等物体的辐射能量与同温度下的黑体辐射非常相似。

黑体在每个波长下的辐射强度只依赖于其绝对温度（以开尔文为单位）。记住，热量是一种能量形式，因此如果一个黑体通过吸收更多能量较强的光子（或通过其他过程，如传导），它将发射更多能量较强的光子。

4. 黑体辐射与温度

我们已经看到，黑体会在所有波长的电磁辐射中发射辐射，并且发射辐射的强度随着物体温度的变化而变化。上面的图显示了不同温度下黑体辐射的电磁辐射谱，按波长划分。

当光子在谱线上以连续范围发射时，我们称之为连续辐射。随着温度升高，每条曲线的峰值发生了什么变化呢？你可以看到，每条曲线的峰值随着温度升高而向较短的波长（更高的能量）移动。

5.  吸收率与发射率

虽然理想的黑体是一个假想物体，但物体通常通过它们的辐射特性与同温度下的黑体进行比较。物体的两个重要相关属性是它们的吸收率和发射率。物体的吸收率a定义为在特定波长下，物体吸收的入射辐射的比例。材料的发射率e定义为在特定波长下，物体发射的辐射与同温度下的黑体辐射的比例。如我们之前所知，理想的黑体吸收所有入射辐射，并在每个波长上发射最大可能的辐射。因此，理想黑体在任何波长下的吸收率和发射率都等于1。对于真实物体，这些值可能在0到1之间变化。基尔霍夫定律规定，对于任何物体：

a = e

根据这一点，一个在特定波长下是强吸收的物体，在该波长下也是强发射的；而一个在特定波长下吸收较弱的物体，也会在该波长下发射较弱。一个物体是否在给定波长下是强发射体或弱发射体，取决于材料的特性。大气层中各种成分的发射率在决定大气温度结构方面起着至关重要的作用。

6.  辐射能量和黑体辐射的关键点

辐射能量传输可以用辐射通量、辐照度或辐射亮度来描述。
理想的黑体吸收所有照射到它的辐射能量，并重新发射所有吸收的能量。
黑体辐射的发射强度依赖于辐射物体的温度。
在特定波长下强（弱）吸收的黑体也是强（弱）发射的。
太阳和地球不是完美的黑体，但在研究它们的辐射能量发射时，可以将其近似为黑体。

7. 3000℃超高温黑体推荐

超高温黑体

上海明策科技超高温黑体是一款专为高温测量应用设计的精密设备，广泛应用于红外温度传感器、热成像系统、光谱辐射计和太阳辐射模拟等领域。凭借其卓越的发射率、快速升温速率和稳定的温度控制，上海明策科技超高温黑体能够5分钟升至2000℃以上，并提供高精度的温度基准。

主要特点：

• 广泛的温度范围：提供从300°C至3000°C（572°F至5432°F）的温度范围，适应各种高温校准需求。

• 高精度与稳定性：温度测量精度为±0.25%读数±1°C，8小时内稳定性保持在±1°C，为用户提供可靠的高温校准解决方案。

• 快速升温能力：0具有高达700°C/min的升温速率，能够在短时间内从600°C升至所需的高温。

• 优秀的发射率：在0.6至1.8 µm波段内的有效发射率为1.0，确保了精确的辐射能量发射。

应用领域：

• 红外温度传感器：用于校准各种类型的红外温度传感器（光学温度计），确保其测量精度。

• 热成像系统：为热成像设备提供精准的辐射源，确保系统的可靠性和性能。

• 光谱辐射计：提供稳定的黑体辐射源，用于精确的光谱辐射测量。

• 太阳辐射模拟：模拟太阳辐射，广泛应用于能源研究、气候研究等领域。

更多技术详情，请咨询联系上海明策电子技术工程师！