热辐射

热辐射是来自温度大于绝对零的所有物质的电磁波发射，并且表示热能到电磁能的转换。 它由物质中导致电荷加速和偶极振荡的带电颗粒热运动生成。 这会推动耦合电场和磁场的电动生成，导致热辐射发射。

电磁辐射或光不需要存在物质即可传播，并且在真空中传播速度最快。 所有形式的物质都会发出辐射。 对于气体和一些半透明固体（例如高温下的玻璃和盐晶体），发射是一种体积现象（即发射是体积中局部发射的综合效应）。 对于大多数固体和液体，从内部分子发出的辐射被相邻分子强烈吸收。 因此，由于所有发出的辐射源自表面附近的分子，因此可以将其视为表面现象。

根据要描述的辐射场特征，可以在各种复杂级别下描述电磁能量传播。 例如，如果极化很重要，则 Tokes 参数用于描述强度场。 如果波效应很重要，则使用电磁理论中的矢量波物理量，例如电矢量、磁矢量和坡印廷矢量等。 当传输的特征长度尺度（如表面之间的间距）类似于波长时，波效应变得非常显著。

有关详细信息，请参见辐射建模。

但是，对于大多数情况下的热传递计算，这种描述级别过于复杂。 对于大多数热传递应用，可以将热辐射视为非极化（多次反射和散射通常使极化效应无效）和不一致（波或光子通常为异相）。 由于传输的长度尺度通常远大于辐射波长，因此可以应用几何光学的限制描述（即波长接近零）：波被描述为在与射线方向的立体角关联的很小体积中传输能量的射线束。

斯特藩-玻尔兹曼定律给出了可从表面发出的最大辐射通量：

在此表达式中， ${\text{q}}_{bb}″$ $[W/m^2]$ 是局部表面热通量， $T_s$ 是表面温度， $\sigma$ 是斯特藩-玻尔兹曼常数 $\sigma =5.67\times {10}^{-8}$ $[W/m^2{K}^4]$ 。 这种表面称为理想散热器或黑体。

真实表面发出的热通量小于理想散热器的热通量，由下公式给定：

其中 $0\le \epsilon \le 1$ 是表面发射率（即表面通过辐射发出能量的相对能力）。

当辐射入射到表面时，一部分被吸收，一部分被反射，一部分穿透材料：

此表达式中的常数为：

吸收率、反射率和发射率取决于表面温度、表面粗糙度、发射角度和辐射波长（辐射并非单色，但包含光子能量的连续耗散）。