亮度温度
亮度温度是在有效波长λ=0.65μm与标准灯丝亮度平衡时所测定的温度,当物体的光谱辐射率λε与温度为Tb的黑体光谱辐射率相同时,黑体的温度Tb称为该物体的亮度温度Ts。根据测得的物体发射的某波长的辐射率,由PLANK定律,估计出物体的温度,成为亮度温度,通常低于物体的实际温度。亮度温度(英语:明度 温度)或亮温度是一种表达物体在特定频率ν的辐射强度的假想温度。这个概念被广泛地用在电波天文学和行星科学中。亮度温度并不是通常意义上的温度,其表征了辐射强度,且依赖于辐射机制,因此与辐射体的物理温度有很大差别。非热能源也可以拥有非常高的亮温度,例如脉冲星的亮温度可以达到10^26K。对于典型的氦激光器的辐射,其能量在60mW,相干长度20cm,集中在直径为10μm的点上,它的亮温度接近14×10^9K。
描述
用眼睛观测剧热物体 (如钢水、白炽灯泡的灯丝等) 的颜色和亮度来估计剧热物体的温度显然是不可靠的,因此引入亮度温度。其是为了描述实际物体自身的辐射特性,根据亮度相等原理等效出来的,也就是说,亮度温度并不是物体本身的实际温度,而是物体辐射强度的代名词,所以其虽然有温度的量纲,但是不具有温度的物理含义。可以理解为光和物质达到平衡所表现出的现象:物质达到平衡,所以可以用一个温度来描述物质的状态;光和物质的相互作用很强,通过这一点,也可以用一个温度来描述光的状态。
原理
(1)黑体辐射
黑体是一个理想化了的物体,它能够吸收外来的全部电磁辐射,并且不会有任何的反射与透射。黑体辐射实际上是黑体的热辐射。黑体辐射能量随波长和温度的变化。
(2)亮度温度与实际温度的关系
根据亮度温度的定义及黑体辐射能量的分布定律,可以找到非黑体的亮度温度和其实际温度之间的关系,即:
式中为非黑体的实际温度; 为非黑体的亮度温度;
可据上式由亮度温度计算出真实温度。根据上图看出,当温度不超过3 000 K时,黑体辐射能量的极大值位于红外部分,所以通常选在6 600处,如果已知亮度比值,则可以由上式从亮温度求得物体的实际温度。很多物质的的值由实验测定。
在实际测温中,被测物体的真实温度通常是一确定的值。这样,物体的亮度温度是一个与波长相联系的量。一般说来,所取的波长愈长,则测得的亮度温度愈低;而波长愈短,则亮度温度愈高。因此,实际物体的亮度温度值只有在注明其相应波长数值的情况下才是有意义的。
在相同的温度与波长下,实际物体的热辐射总比黑体辐射小;而在具有相同热辐射的条件下,黑体温度必然低于实际物体的实际温度。