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技术文章

辐射能定理及应用

2017/7/14 14:15:52

一个表面所接受的辐射,取决于该表面对着辐射束的方向如何。倘若这一束辐射通量不变,可是它所占据的表面积越来越大时,则随着表面积的增大,此表面上的辐射通量密度就越来越小了。(见图4.7)这可以由兰勃脱(Lambert)余弦定理作定量的表达:
Q=Qdcosθ (4.9)
此处的Qd标志着当表面垂直于辐射束时的辐射通量密度;而Q代表实际表面上的辐射通量密度;θ则是光线与表面的法线之间的角度。该定律可以用来计算粗略自然地理面中各种坡度时所入射的太阳直接辐射。由于θ的变化十分复杂,因此实际运用时,还必须作更为复杂的推导。
进入自然地理面的太阳辐射能,由两部分组成,一个是上述的直接辐射,另一部分则是散射辐射。它们各自的测定方法与计算方法已如上述,都是比较成熟的,但仍要针对各种不同的地形、高度、下垫面状况、不同天气条件等加以具体化。
平行的单色的辐射在通过一个均匀介质时将要发生衰减,这可由下边的公式来描述:
Q=Q0e-kx (4.10)
Q0在此代表未衰减时的辐射通量密度;X为辐射束在介质中走过的路径;K为介质的消弱系数。这个定律,经过不同形式的变换,用来表达辐射能通过大气时的衰减,也用来表达在通过植物冠丛和水体时的辐射衰减状况。
地表面十分近似于一个“黑体”,因此它也具有类似于黑体发射时那样的规律。知道这种特性,对于了解自然地理系统中的能量转换,对于遥感技术的应用,是至为必要的。一个黑体的单位面积上所发射的辐射能,是由斯特藩-波尔兹曼定律来描述的,即
QB=σT4 (4.11)
此处的QB为理想黑体所发射的能量,T是用开氏温标表达时的绝对温度数值;σ为斯特藩-波尔兹曼常数,可以用已经制定好的表,查出在不同温度T时QB的数值。地球表面的平均温度大致为15℃,(按绝对温度计是288°K),它发射的平均能量为390瓦/平方米;而太阳表面的发射相当于黑体在5727℃,(按绝对温度计是6000°K)时的状况,因而它所发射的能量为每平方米7.3×107瓦。至于非黑体所发射的能量可按下式去计算:
Q=∈σT4 (4.12)
Q代表该物体所发射的能量;∈为该物体的表面发射率(对于黑体来说,∈=1,而一切非黑体的发射率均小于1)。绝大多数自然表面的长波发射率都介于0.90—0.98之间。
应用编辑
主要可用于膛火焰图像处理、纺织染整工业、粒子加速器、热处理生产、辐射探测等生产活动中。
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