热辐射

热辐射是物质中粒子热运动产生的电磁辐射。 当材料中电荷（常见物质形式的电子和质子）运动产生的热量转化为电磁辐射时，就会产生热辐射。 所有温度大于绝对零的物质都会发出热辐射。 在室温下，大部分发射都在红外 (IR) 光谱中。： 73–86 粒子运动导致电荷加速或偶极子振荡，从而产生电磁辐射。

动物发出的红外辐射（可用红外相机检测）和宇宙微波背景辐射是热辐射的例子。

如果辐射物体在热力学平衡状态下满足黑体的物理特性，则这种辐射称为黑体辐射。 普朗克定律描述了黑体辐射的光谱，它完全取决于物体的温度。 维恩位移定律决定了发射辐射的最可能频率，斯特凡-玻尔兹曼定律给出了辐射强度。

热辐射也是传热的基本机制之一。

热辐射是所有温度大于xxx零的物质发射的电磁波。 热辐射反映了热能向电磁能的转换。 热能是物质中原子和分子随机运动的动能。 所有具有非零温度的物质都是由具有动能的粒子组成的。 这些原子和分子由带电粒子组成，即质子和电子。 物质粒子之间的动力学相互作用导致电荷加速和偶极振荡。 这导致耦合电场和磁场的电动产生，导致光子发射，将能量从身体辐射出去。 包括可见光在内的电磁辐射将在真空中无限传播。

热辐射的特性取决于它发出的表面的各种特性，包括它的温度、它的光谱发射率，如基尔霍夫定律所表达的那样。 辐射不是单色的，即它不仅包含单一频率，还包含光子能量的连续光谱，即其特征光谱。 如果辐射体及其表面处于热力学平衡状态，并且表面对所有波长都具有完美的吸收率，则它被表征为黑体。 黑体也是完美的发射体。 这种完美发射器的辐射称为黑体辐射。 任何物体的发射率与黑体的发射率之比就是物体的发射率，因此黑体的发射率是单位（即 1）。

所有物体的吸收率、反射率和发射率都取决于辐射的波长。 由于互易性，任何特定波长的吸收率和发射率在平衡时是相等的——好的吸收体必然是好的发射体，而差的吸收体必然是差的发射体。 温度决定了电磁辐射的波长分布。 例如，右图中的白色涂料对可见光的反射率很高（反射率约为 0.80），因此由于反射了峰值波长约为 0.5 微米的太阳光，人眼会呈现白色。 然而，它在温度约为 -5°C（23°F）、峰值波长约为 12 微米时的发射率为 0.95。 因此，对于热辐射，它看起来是黑色的。

黑体以不同频率发射的能量分布由普朗克定律描述。 在任何给定温度下，都有一个频率 fmax，在该频率下发射的功率xxx。 维恩位移定律，以及频率与波长成反比的事实表明，峰值频率 fmax 与黑体的xxx温度 T 成正比。 太阳的光球层温度约为 6000 K，主要在电磁波谱的（人类）可见部分发出辐射。 地球的大气层对可见光是部分透明的，到达地表的光被吸收或反射。 地球表面发出吸收的辐射，近似于 300 K 的黑体行为，光谱峰值位于 fmax。 在这些较低的频率下，大气在很大程度上是不透明的，来自地球表面的辐射被大气吸收或散射。 虽然大约 10% 的这种辐射逃逸到太空中，但大部分被吸收，然后被大气气体重新发射。 正是大气的这种光谱选择性导致了行星温室效应，总体上导致了全球变暖和气候变化（但当大气的成分和性质没有改变时，也对气候稳定起到了关键作用）。