基尔霍夫定律还有关于电学方面的定律,主要指基尔霍夫热辐射定律。德国物理学家G.基尔霍夫于1859年提出的传热学定律,用于描述物体的发射率与吸收比之间的关系。
任何物体在发出辐射能的同时,也不断吸收周围物体发来的辐射能。物体辐射出的能量与吸收的能量之差,就是他传递出去的净能量。物体的辐射能(即单位时间内单位表面向外辐射的能量),随温度的升高增加很快。当物体受到其他物体投来的辐射(能量为)时,其中被吸收转为热能的部分为
,被反射的部分为
,透过物体的部分为
,显然这些部分与总能量之间有下式所示的关系:
如果把
称为吸收率,
称为反射率,
称为穿透率,则有:
若物体的
,
,即到达该物体表面的热辐射的能量完全被吸收,此物体称为绝对黑体,简称黑体。若
,
,即到达该物体表面的热辐射的能量全部被反射;当这种反射是规则的,此物体称为镜体;如果是乱反射,则称为绝对白体。若
,
,即到达物体表面的热辐射的能量全部透过物体,此物体称为透热体。实际上没有绝对黑体和绝对白体,仅有些物体接近绝对黑体或绝对白体。
理论研究证明,黑体的辐射能力为:
此式称为斯特藩-玻尔兹曼定律。式中
为绝对温度;
为黑体的辐射常数(或称斯特藩-玻尔兹曼常数),其值为
。此式表明,温度对热辐射的影响极大。低温时热辐射常可忽略(如普通换热器中);高温时(如炉膛内),则成为传热的主要方式。
实际物体的辐射能的波长分布规律,随物体和温度而异。设实际物体辐射任一波的辐射能力为
,在同温度下的黑体辐射相同波长的能力为
;若
=常数,即物体的辐射能力与波长无关,则这种物体称为灰体。大多数工程材料在热辐射波长范围内接近于灰体。灰体的辐射能力
可表示为:
式中为灰体的辐射系数,其数值与物体的表面状况及温度有关。物体的辐射能力与同一温度下黑体的辐射能力之比
,等于各自的辐射系数之比,即
。
称为黑度,它代表物体的相对辐射能力。基尔霍夫发现,任何物体的辐射能力与吸收率
的比值都相同,且恒等于同温度下绝对黑体的辐射能力。基尔霍夫定律表明物体的吸收率与黑度在数值上相等,即物体的辐射能力越大,吸收能力也越大。