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[交流]
由基爾霍夫輻射定律引發(fā)的思考，求交流指正
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當(dāng)熱量平衡情況下，即溫度保持恒定時(shí)，如物體發(fā)出波長λ的輻射能，也將吸收同樣波長λ的輻射能；發(fā)射率較大的物質(zhì)，其吸收率也較大。如果不吸收某些波長的電磁波也不發(fā)射某些波長的電磁波。 現(xiàn)在討論下，把一個金屬片放置在太陽底下，宏觀的表現(xiàn)是其溫度不斷上升（包括吸收了紫外可見紅外各波段的光能量），金屬的溫度上升發(fā)射率增大，且輻射最大波長值向短波移動，同樣可以得到其吸收率增大，吸收波長的移動，一段時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定態(tài)，吸收和發(fā)射均穩(wěn)定？ 對于非金屬，百度到說發(fā)射率隨溫度的上升而減小，非金屬放置在太陽下，同樣溫度要上升，但是發(fā)射率下降，但是其輻射的最大波長值還是向短波移動的么？同樣吸收率下降，一段時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定態(tài)。 到這里可以解釋金屬和非金屬放置在太陽下的平衡溫度差異的原因么？ 那么再延伸到晚上時(shí)間，沒有太陽光的強(qiáng)輻射了，物質(zhì)開始降溫，是因?yàn)槲章孰m然存在，但是沒得光吸收，但是可以一直輻射長波，最典型的是大氣窗口波段的長波，所以此時(shí)的輻射制冷起到作用了么？ 也就是說所謂的輻射制冷在白天是沒啥作用的，晚上效果明顯？？ 我不是物理專業(yè)的，最近看了皮毛相關(guān)的，不知道理解是否有偏差，真誠的求各位批評指正 |
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2樓2011-07-11 15:40:09
★
小木蟲(金幣+0.5):給個紅包，謝謝回帖
碎便士(金幣+10): 謝謝你啊，很久沒上木蟲了，今天看到了你的指教，我自己先反思下，呵呵，看你的專業(yè)就知道這個分析很專業(yè)了，我是學(xué)化學(xué)的，我有很多這方便的疑問，還望不吝指教，先謝謝了 2011-09-11 16:39:41
小木蟲(金幣+0.5):給個紅包，謝謝回帖
碎便士(金幣+10): 謝謝你啊，很久沒上木蟲了，今天看到了你的指教，我自己先反思下，呵呵，看你的專業(yè)就知道這個分析很專業(yè)了，我是學(xué)化學(xué)的，我有很多這方便的疑問，還望不吝指教，先謝謝了 2011-09-11 16:39:41
 本帖僅樓主可見 |
3樓2011-09-09 13:56:49
4樓2013-12-23 22:12:30
5樓2021-04-07 21:20:47
--八云--
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小木蟲: 金幣+0.5, 給個紅包，謝謝回帖
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層主的回答比樓主問題中的描述要客觀的多，我在這里在補(bǔ)充一些自己的理解吧 基爾霍夫定律成立條件是在熱平衡之下，物體的吸收率（absorption）等于物體的發(fā)射率（emissivity）。 我這里只給出了比較重要的條件（熱平衡），至于更加嚴(yán)格的表述，樓主可以參考一些專業(yè)書籍和文獻(xiàn)里的證明。 這個結(jié)果適用于不同入射角（發(fā)射角），也就是說，一個物體再其表面某處對遠(yuǎn)場的定向發(fā)射率（angle dependent emissivity）等于同樣的角度下平面波入射到該物體此處的吸收率。 這個感覺有點(diǎn)像光路可逆。 但要注意兩點(diǎn)，第一，相等的是吸收率和發(fā)射率，不是輻射強(qiáng)度（能量和光子數(shù)）。舉個例子來說，如果樓主討論的是溫度變化下的輻射，那么物體輻射的能量等于黑體輻射能量乘以物體的發(fā)射率。發(fā)射率只和物體的形狀以及材料的折射率有關(guān)，如果溫度的變化沒有影響材料的折射率的話，那么發(fā)射率是不變的。但是輻射的總能量是有變動的，變動的原因是因?yàn)楹隗w輻射譜是溫度的函數(shù)，一般這是主要部分。 第二，在一些極端條件下，即便是熱平衡條件下，也有基爾霍夫定律不成立的特例，不過一般很難達(dá)成，在我所知的范圍里大概也只有兩三種。一種是某些特定磁性材料在特定方向加磁場，可以構(gòu)造non-reciprocal system，但也只在很窄的光譜里才有明顯效應(yīng)。另一種是對系統(tǒng)施加一個機(jī)械彎折（bending），然后在特定的入射角度，入射光會couple到系統(tǒng)的machenical mode，因?yàn)閙achenical mode是晶格的聲子模也就是熱運(yùn)動，所以入射光couple進(jìn)去是不可逆的，但這種情況的成立條件也很苛刻，一般情況是不考慮的。 這些是對基爾霍夫定律的一些東西，在這之上，我們在考慮一個室溫下的達(dá)到熱平衡的物體。 一件東西放在室內(nèi)，我們先假設(shè)這件東西在全光譜都吸光（完全黑體），也就是全光譜都發(fā)光（熱輻射）。那么周圍的環(huán)境對它的輻射，和它對周圍的輻射達(dá)到一個平衡，物體的溫度恒定在和室溫環(huán)境一樣。這里的平衡是在每一個波長下都達(dá)到輻射和吸收的平衡。 那么在看輻射制冷（radiative cooling），假設(shè)剛才的物體仍舊是絕對黑體，但是考慮實(shí)際的周圍環(huán)境。在地球的大氣環(huán)境下，空氣的輻射（吸收）譜并不是全譜的，在8-12微米波段空氣基本不吸收也不發(fā)光。如果一個全譜的黑體放在空氣中，那么實(shí)際情況是，黑體在向外發(fā)光，但是空氣無法補(bǔ)償黑體在這一波段的發(fā)光，那么黑體光輻射不吸收，所以溫度降低了，這也是輻射制冷的基本原理。 在考慮一些更加實(shí)際的條件，其實(shí)很多金屬在8-12微米波段都是發(fā)光的，所以只要把金屬放在室外，空氣是無法讓金屬在這一波段下達(dá)到熱平衡，金屬的輻射原則上放到宇宙空間中去了，所以溫度降低。但是注意金屬的溫度降低和我們平時(shí)接觸金屬覺得涼不是一回事，因?yàn)榻佑|金屬覺得涼，這是體感溫度。體感溫度和真正溫度是不一樣的。這是因?yàn)榻饘俚膫鳠嵝阅芊浅：�，所以同樣是比體溫低的物體，20度的金屬遠(yuǎn)比20度的水泥更涼。 至于樓主想要討論的問題，是day time radiative cooling，原則上和上面是類似的，只是要加上陽光的熱輻射，稍微復(fù)雜了一些，但原理是一樣的，我記得大概五年前科羅拉多大學(xué)出了一篇science，就是講這個的，從他們給出的輻射功率可能能降溫五度左右吧，如果我沒記錯的話。 PS：汗，回完以后一看，原來是十年前的帖子，好尷尬。。。 |
6樓2021-04-13 17:26:19
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7樓2021-04-13 17:26:35
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