哈佛学霸的精简科普：热辐射的四个方面

电磁波沿着直线传播，并且还能在真空中传播，这使得热辐射具有热传导和热对流所不具有的特性：热辐射可以在没有介质的情况下发生。电磁波的一个重要特征是它的波长，无线电波波长很长，而伽马射线是波长很短，可见光的波长介于0.4到0.7微米之间。物体因其温度而发出的热辐射波长在0.1微米到100微米之间，它与光谱中的紫外、可见光和红外部分重叠。

黑体与斯特藩-玻尔兹曼定律

热辐射所发出的电磁波并不都具有相同的波长。对于温度300开尔文的黑体来说，其电磁辐射的波长主要在2微米到50微米之间。我们上述所计算的辐射功率，事实上是所有波长的贡献之和。随着黑体温度的增加，电磁波的波长越来越小。到了700开尔文，就到达了光谱的可见部分，这就是我们生活中所见到的“热得发光”。

太阳表面可以建模为一个温度为5800开尔文的黑体，它发出的热辐射的波长大部分都落在了光谱的可见范围内，它在紫外和红外区域也发出大量的能量。辐射最大功率的波长是科学家所关注的，它随温度的变化而变化，并由一个叫作维恩位移定律的关系给出。该定律经常用于天文学，如果我们测量一颗遥远恒星发出的光，我们可以确定辐射最大功率的波长，因此我们就可以算出该恒星的表面温度。

真实物体与辐射系数

对于不透明物体，热辐射在很大程度上取决于其表面的性质，因此涂层类型和表面粗糙度会显著影响辐射系数。在经过抛光处理的金属涂层中，其表面的辐射系数很低。因此，对于需要保温的热罐来说可能是很好的选择，因为它将减少辐射到环境中的热量，但对于需要散热的电子外壳则恰恰相反。

在研究热辐射时，我们不仅关心物体能发出多少能量，还关心有多少能量到达物体的表面。每单位面积到达物体的热辐射总量，称为辐照，用字母G表示。当辐照到达物体表面时，会发生三件事：这些波会吸收，从而提高自身温度；波可以被反射；波也可以透过物体继续传播。

由于所有入射能量要么被吸收、反射或透射，因此这三个项的总和应该为1，也就是α ρ т=1。黑体不仅是完美的发射体，它还能吸收100%入射的辐射，所以它的吸收率为1，反射率和透射率为零。

有了以上这些知识，我们就能进行简单计算：物体辐射出多少能量，吸收多少能量，导致温度变化了多少。