黑体辐射| PVEducation

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许多常见的光源，包括太阳和白炽灯泡，都被近似模拟为“黑体”发射器。黑体会吸收入射在其表面上的所有辐射，并根据其温度向外发出辐射。黑体之所以得名，是因为如果其发出的辐射不在可见光范围内，那么由于对所有波长的完全吸收，它看起来是全黑的。对于光伏设备来说，那些能发出可见光的黑体源更值得关注。普朗克辐射定律 1 给出了黑体光谱辐照度，如下列等式所示：

Planck's Radiation Law

$F (λ) = \frac{2 π h c^{2}}{λ^{5} (e x p (\frac{h c}{k λ T}) - 1)}$

Read more about Wien's Law

其中λp是光谱辐照度峰值处的波长；
T是黑体的温度，单位是K。

Peak Wavelength, Radiation Intensity Calculator

Black Body Temperature - Peak Wavelength, Radiation Intensity Calculator

Blackbody Temperature (K):

Peak Wavelength (nm):
Integrated Radiation Intensity (W/m ² ):

拖动图表底部的滑块以查看黑体辐射光谱随温度从1000K上升到6000K而产生的变化。 MATLAB/Octave Code .

Blackbody temperature: 3000 K

将滑块移至更高温度会导致辐射量的显著增加，并且峰值会移动到更短波长处。 Click on the graph for numerical data.

上面的等式和动画显示，随着黑体温度的增加，光谱分布和光所发出的功率也随之变化。例如，在接近室温的情况下，黑体发射器（例如人体或者关掉的灯泡）主要发出波长大于1 µm的低功率辐射，在人类能观察到的可见光范围之外。如果黑体被加热到3000K，它会呈现出红色，因为其发射的光谱会移动到较高能量区并进入可见光范围。如果继续加热到6000K，其发出的辐射将会包含从红色到紫色的整个可见光范围，从而呈现出白色。下面的图比较了这三个温度下黑体的光谱辐照度。在室温为300K（黑色虚线）的情况下，其辐射的功率基本不在可见光甚至接近红外线的范围，如图中所示。由于发射功率和波长范围的巨大差异，下面的对数图能更清楚的展示出黑体辐射光谱随温度而产生的变化。

对数刻度下，黑体发出的光谱强度。在室温下，辐射非常低，其中心在10µm处左右。

Blackbody temperature: 3000 K

1. M. Planck , “ Distribution of energy in the spectrum ” , Annalen der Physik , vol. 4, pp. 553-563, 1901.