一金属块表面黑度为0.4,温度为227°C,它辐射力是( );若表面氧化后,黑度变为0.9,其辐射力将A. 1417.5W/m 2 ,将增大B. 1417.5W/m 2 ,将减小C. 3189.375W/m 2 ,将增大D. 3189.375W/m 2 ,将减小
A. 1417.5W/m 2 ,将增大
B. 1417.5W/m 2 ,将减小
C. 3189.375W/m 2 ,将增大
D. 3189.375W/m 2 ,将减小
题目解答
答案
解析
本题考查热辐射中物体辐射力的计算以及黑度对辐射力的影响。解题思路是先根据斯蒂芬 - 玻尔兹曼定律计算出金属块初始状态下的辐射力,再分析黑度变化对辐射力的影响。
步骤一:明确斯蒂芬 - 玻尔兹曼定律
斯蒂芬 - 玻尔兹曼定律指出,实际物体的辐射力$E$计算公式为$E = \varepsilon\sigma T^{4}$,其中$\varepsilon$为物体的黑度,$\sigma$为斯蒂芬 - 玻尔兹曼常数,$\sigma=5.67\times10^{-8}W/(m^{2}\cdot K^{4})$,$T$为物体的热力学温度(单位:$K$)。
步骤二:将摄氏温度转换为热力学温度
已知金属块初始温度$t = 227^{\circ}C$,根据热力学温度与摄氏温度的转换公式$T=t + 273$,可得$T=227 + 273=500K$。
步骤三:计算初始辐射力
已知初始黑度$\varepsilon_1 = 0.4$,将$\varepsilon_1 = 0.4$、$\sigma=5.67\times10^{-8}W/(m^{2}\cdot K^{4})$、$T = 500K$代入辐射力公式$E = \varepsilon\sigma T^{4}$,可得:
$E_1=\varepsilon_1\sigma T^{4}=0.4\times5.67\times10^{-8}\times500^{4}$
$=0.4\times5.67\times10^{-8}\times62500000000$
$=0.4\times5.67\times6250$
$=2.268\times6250$
$=1417.5W/m^{2}$
步骤四:分析黑度变化对辐射力的影响
由辐射力公式$E = \varepsilon\sigma T^{4}$可知,在温度$T$和斯蒂芬 - 玻尔兹曼常数$\sigma$不变的情况下,辐射力$E$与黑度$\varepsilon$成正比。
当表面氧化后,黑度变为$\varepsilon_2 = 0.9$,$\varepsilon_2\gt{}\varepsilon_1$,所以辐射力将增大。