(1)黑體是什么?
黑體,英文Black body,是在1862年由基爾霍夫所命名并引入熱力學內,它并不是指黑色的物體,而是指一種理想化的物體,它能夠吸收外來的全部電磁輻射(見下圖),且外部不產生任何反射或透射,也就是說,黑體對于任何波長的電磁波的吸收系數均為1,透射系數均為0。黑體不反射任何電磁波,但可以放出電磁波,其放出的電磁波波長和能量取決于黑體的溫度,不因其他因素而改變。物理學家以黑體作為熱輻射研究的標準物體,但自然界中不存在真正的絕對黑體。
圖片來源:《紅外測溫儀與黑體輻射定律》
(2)黑體輻射是什么?
黑體輻射實際上就是黑體的熱輻射。黑體可吸收所有照射在其表面的電磁波,并對外等比例輻射電磁波,其輻射特征僅與黑體的溫度有關,與黑體材質無關。隨著溫度的升高,黑體的輻射強度在增強,輻射的波長在減短。室溫下,黑體輻射的能量集中在長波電磁輻射和遠紅外波段;當黑體溫度到幾百攝氏度之后,黑體開始發出可見光;當黑體溫度更高本身顏色變為白色的時候,它同時會放出大量的紫外線。
(3)紅外領域的黑體與黑體輻射
紅外輻射是一切高于絕對零度的物體固有的屬性,自然界中的物體基本都有紅外輻射。自然界中的紅外輻射與溫度、材料種類、表面顏色、外界環境有關,實際物體所發射的輻射通量均小于同一溫度下的黑體發射的輻射通量,因此標定前的紅外設備探測到的目標溫度會略低于其標準溫度。因此,可利用黑體的特性開展測溫標定,進行紅外監測設備的實時校正。
在一些行業研究中,如石化行業,也把所研究場所的目標物體紅外輻射稱之為黑體輻射。另外,雖然自然界不存在真正的絕對黑體,但實際的工業應用中,黑體輻射率已經可以達到0.95、0.97和0.99,用于檢測的標準源黑體輻射率已經可以近似為1。