假設存在無窮多氦氣,各處物理性質完全一致(溫度 壓強等)。可以估算氦氣熱輻射產生的輻射能密度嗎?

時間 2021-06-04 16:00:44

1樓:宮非

2021-01-13

你所提問的輻射能密度,究竟是「能流密度,energy flux density, W/m2」? 還是「能量密度,energy density, J/m3」? 我想大部分的人都是傻傻地分不清楚吧,包括我!

在電磁學中,「能量密度」是指在一定的空間或質量物質中儲存能量的大小,「能流密度」指一定單位時間通過與傳播方向垂直的單位面積的能量。對於總的電磁場(即所有電荷與電流源),其場能量密度

總的場能流密度為

而能量密度變化率為

其中,D:電位移,E:電場強度,B:磁感應強度,H:磁場強度。

乙個給定溫度T 的物體,單位時間內它的單位表面積輻射出多少能量?以及這些能量是怎麼隨輻射電磁波的波長分布的?Stefan 實驗發現,單位時間單位表面積輻射出的能量R(總輻射本領或能流密度)和溫度T 的四次方成正比:

。其中,係數中 是輻射係數,它取決於輻射的表面性質, 是斯特藩常數。

接著,科學家們針對又做了實驗,即測量總輻射本領R 對於波長的分布函式 (又稱單色輻出度、能流密度的分布函式等),得到: 。

對於這些曲線的分析,我們發現隨著溫度T 的公升高,R(λ) 的極大位置向影象左上方移動,對應極大值的波長λmax 滿足「維恩位移定律,Wien's displacement law」:λmax 和溫度T 成反比。

常數 。

這裡我們選擇用「能流密度」來計算,正是因為Wien's displacement law 定義:波長形式的「輻射能流密度」為通過單位面積、單位寬度的波長範圍在單位時間中輻射出的能量

上式中, 是介質密度, 是振動角頻率,A 是振幅,是波速。

根據1998 年一篇《中國大陸含油氣盆地的氦同位素組成及大地熱流密度》文獻內容指出,根據天然氣中 值計算的大地熱流密度值分布在 之間。

這是現況,大氣中的氦氣含量只有萬分之5,天然氣中的氦氣含量大概是0.3%,如果要換算成存在無窮多氦氣,剩下的就讓大家自己去計算答案了。分類:

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