熱輻射綜合教學實驗平臺設計

摘 要 本文設計了一個用于熱輻射相關研究的綜合性教學實驗平臺，可以研究常見材料的熱輻射特性，驗證斯蒂芬玻爾茲曼定律、輻射反平方定律、蘭貝特余弦定律和基爾霍夫定律等熱輻射基本定律。該實驗平臺具有功能多、精度高、成本低、操作簡單等優勢，實現了實驗過程的自動控制和對實驗數據的自動采集，并借助計算機技術進行數據處理，實現數據的可視化，使得實驗結果更加直觀。該實驗平臺可以用于大學物理實驗和創新設計性實驗教學。

關鍵詞 熱輻射;輻射熱流傳感器;輻射率;熱輻射定律;綜合實驗平臺

一切自身溫度大于絕對零度的物體都會向外發出熱輻射，熱輻射是唯一不需要介質的傳熱方式[1，2]。熱輻射與熱力學、光學、電磁學關系緊密，也奠定了量子理論的基礎。基于熱輻射的基本定律，人們發明的紅外測溫、紅外成像等熱輻射探測儀器在紅外隱身、導彈攔截、航空航天、搶險救災等領域應用廣泛[3]。

將熱輻射的基本定律納入大學物理實驗教學有較強的現實意義，但目前在國內各高校開設的大學物理實驗中，熱輻射相關實驗較少，也鮮有物理實驗教學儀器公司制作熱輻射相關教學儀器[4]。文獻[5]利用國外廠家的實驗儀器設計了一套熱輻射基礎實驗，其實驗儀器價格昂貴、操作復雜、所涉及的熱學定律少，不利于在大學物理實驗教學中大規模使用。

針對以上問題，本文設計了一套低成本的研究熱輻射基本定律的多功能綜合性實驗平臺。該實驗平臺不僅可以很好地驗證斯蒂芬玻爾茲曼定律、輻射反平方定律、蘭貝特余弦定律、基爾霍夫定律等熱輻射基本定律，還可以研究常見材料的熱輻射特性。通過采用 PID 控溫儀和數據采集器，該平臺實現了儀器的自動控溫、計算機自動采集數據及實時數據顯示，使得實驗結果更加直觀，操作更加便捷。