(1)黑体是什么?
黑体,英文Black body,是在1862年由基尔霍夫所命名并引入热力学内,它并不是指黑色的物体,而是指一种理想化的物体,它能够吸收外来的全部电磁辐射(见下图),且外部不产生任何反射或透射,也就是说,黑体对于任何波长的电磁波的吸收系数均为1,透射系数均为0。黑体不反射任何电磁波,但可以放出电磁波,其放出的电磁波波长和能量取决于黑体的温度,不因其他因素而改变。物理学家以黑体作为热辐射研究的标准物体,但自然界中不存在真正的绝对黑体。
图片来源:《红外测温仪与黑体辐射定律》
(2)黑体辐射是什么?
黑体辐射实际上就是黑体的热辐射。黑体可吸收所有照射在其表面的电磁波,并对外等比例辐射电磁波,其辐射特征仅与黑体的温度有关,与黑体材质无关。随着温度的升高,黑体的辐射强度在增强,辐射的波长在减短。室温下,黑体辐射的能量集中在长波电磁辐射和远红外波段;当黑体温度到几百摄氏度之后,黑体开始发出可见光;当黑体温度更高本身颜色变为白色的时候,它同时会放出大量的紫外线。
(3)红外领域的黑体与黑体辐射
红外辐射是一切高于绝对零度的物体固有的属性,自然界中的物体基本都有红外辐射。自然界中的红外辐射与温度、材料种类、表面颜色、外界环境有关,实际物体所发射的辐射通量均小于同一温度下的黑体发射的辐射通量,因此标定前的红外设备探测到的目标温度会略低于其标准温度。因此,可利用黑体的特性开展测温标定,进行红外监测设备的实时校正。
在一些行业研究中,如石化行业,也把所研究场所的目标物体红外辐射称之为黑体辐射。另外,虽然自然界不存在真正的绝对黑体,但实际的工业应用中,黑体辐射率已经可以达到0.95、0.97和0.99,用于检测的标准源黑体辐射率已经可以近似为1。