一般物质的红外辐射率=吸收率+反射率+透过率。在实际的计算中,物质的吸收率可以用发射率表示,透过率可以忽略不计。因此,上述公式可以表示为红外辐射率=发射率+反射率。[23]
无论是可见光还是红外光,都是由内部的分子或原子受激发而发射出来的。无论是原子的电子跃迁,还是分子的振动和转动,这些运动发生的能级跃迁,都会以光子的形式向外界辐射能量。
为了产生红外辐射,最有效的方法就是使物质内部的分子或原子的运动状态发生改变,通过从外界吸收能量使得内部原子或分子的运动状态更加剧烈,发生能级跃迁,向外辐射出光子,当向外辐射光子的波长(或频率)落在红外区时,这种辐射被称为红外辐射。[23]
2.2 红外辐射基本定理
自然界中的所有物体,它们的温度都高于绝对零度,都会有分子和原子的无规则运动。因此所有物体就会不断向外辐射红外光,一般认为红外光的波长范围在0.78-1000μm[24]。2.2.1 基尔霍夫定律
基尔霍夫定律描述的是:在一定的温度下,物体的辐射通量密度与物体的吸收率之比是常数,且同这个温度下绝对黑体的通量密度相等:
W——产生辐射物体的辐射通量密度,W·cm-2
a——辐射源的吸收率
Wbb——绝对黑体的发射功率,W·cm-2
基尔霍夫定律说明了一个好的吸收体同时也是一个好的辐射体。即一种材料的吸收率高,那么它的发射率也相应的高。
2.2.2 黑体三大定律
(一)史蒂芬-玻尔兹曼定律
史蒂芬-玻尔兹曼定律阐述了任何给定温度的黑体表面的总辐射度,是由其光谱辐射度曲线与波长轴围成的面积给出的:
——斯蒂芬一玻尔兹曼常数,5.6697×10-8W·cm-2·K-4
T——温度,K
黑体的总辐射度与温度的四次方成正比,因此提高燃烧温度是提高红外诱饵剂红外辐射强度的有效方法之一。
(二)维恩位移定律对于一个黑体,维恩位移定律给出了其峰值光谱度的波长与具体温度之间的关系式如下:
m——最大光谱辐射度的波长,μm
b——维恩常数,2898μm·K
(三)普朗克公式黑体辐出度是波长与温度的函数,它们的关系可以用普朗克公式表示:
M——黑体辐射出射度,
h——普朗克常量,6.626×10-34J·s
k——玻尔兹曼常数,1.3806×10-33J·K
c——光速,2.998×108m·s-1
物体热辐射的强度和峰值波长都是随着物体的温度而变化的。在温度一定的条件下,可以确定辐射源的光谱分布情况、峰值波长以及总功率。反之,根据物体的光谱分布及辐射总功率也可以推算出物体的“实际温度”[25]。
2.2.3 红外辐射能量理论计算方法
辐射强度的理论计算公式如下:
J——辐射强度
——辐射系数A——辐射面积F——辐射效率根据这个公式,可知在燃烧温度确定的情况下,可以通过提高药剂燃烧时的辐射面积和辐射效率,从而提高辐射强度。
2.3 配方设计思路
根据产品的技术要求,要提高红外诱饵弹3-5μm波段辐射强度且有足够的燃烧时间,应考虑其辐射强度的影响因素,对于红外诱饵药柱,其影响因素有: