熱輻射（Thermal Radiation）與熱的交換
國立彰化高級中學姜志忠教師//國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯
熱輻射在熱力學中是個重要的概念，因為高溫物體將輻射出較多的熱，物體間部分的熱交換便可以透過熱輻射進行（其他形式為傳導與對流）。
物體進行熱交換的互動情形，可以下列式子描繪其特性
α+ρ+τ=1
α、ρ、τ分別表示影響熱交換過程中，與光譜有關的吸收因子、反射因子與穿透因子，且相關因子都與光的波長有關。表示物體吸收外來的熱量後，最終吸收的熱量受到反射與穿透能量多寡的影響。在熱平衡狀態下，吸收率等於放射率，當物體放射率（吸收率）為1時，稱之為黑體。
熱輻射（Thermal Radiation）
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「熱輻射」，指的是「因為物體的溫度，導致物體表面產生電磁輻射」，從家庭用品（電子加熱器具，如電暖爐）散發出的紅外線輻射，即是熱輻射的一種 。當原子內的帶電粒子運動時，將產生熱，當熱能轉成電磁輻射時，即稱為熱輻射，而熱輻射的頻率取決於該物體的溫度（黑體輻射的基本特性）；針對黑體，熱輻 射的頻率則依照普朗克輻射定律，維恩位移定律則決定所有輻射中具有最大能量的波長，史蒂芬波茲曼決定物體每秒輻射的能量密度。
維恩位移定律 (Wien’s Displacement Law)
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雖然黑體可以簡化熱輻射的研究，但真正的黑體很難找到。
德國物理學家維恩(Wilhelm Wien, 1864-1928) 於1891年到柏林國立物理研究所，便傾全力進行黑體方面的研究。
他設想利用一個箱子（空腔），將空腔的內壁塗成黑色以減少電磁輻射的反射，且在空腔的壁上開小孔；當外來的電磁輻射進入小孔後，僅能在空腔內壁反射、因為小孔面積與空腔壁相較之下極小，電磁輻射自小孔射出的機率極低，藉此可模擬黑體將吸收所有外來電磁輻射的基本特性。
輻射柵欄(Radiant Barriers)─與熱輻射有關的應用
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輻射柵欄應用在隔熱建材上，主要功能在減低因為熱輻射所產生的熱量轉移。所有物質因為溫度的關係，會透過熱輻射釋放能量。而釋放的能量多寡由表面溫度與表面性質（以放射率表示）決定。放射率介於 $$0$$ 到 $$1$$ 之間，放射率越高，在該波長輻射出的能量越多。
黑體輻射(Blackbody-radiation)的應用─紅外線攝溫顯像術
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紅外線攝溫影像術(Thermography, thermal imaging, or thermal video)乃藉由偵測電磁波譜中紅外線（波長約900-14000奈米）的輻射，進而形成電磁輻射的影像。依據「黑體輻射定律」，所有物體因其溫度會產生紅外線輻射，因此該技術可以在沒有可見光源照射的情況下「看見」周圍環境。物體產生的輻射會隨著溫度而增加（史蒂芬-波茲曼定律），藉此，紅外線攝溫顯像術可以觀測到溫度的變化。
黑體的基本性質─史蒂芬-波茲曼定律 (Stefan – Boltzmann’s Law)
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「史蒂芬-波茲曼定律」或者稱之為「波茲曼定律」，該定律敘述「黑體的表面每平方公尺、每秒鐘所產生的電磁輻射能量(可稱之為輻射通量能量通量密度或發射功率)與絕對溫度的四次方成正比」，可以下式表示：
$$J=\varepsilon\sigma T^4$$
上式中的 $$\varepsilon$$ 代表灰體 (grey body)的發射率，若 $$\varepsilon=1$$ 則該物體為黑體，灰體的發射率介於 $$0$$ 與 $$1$$ 之間；$$\sigma$$ 稱為史蒂芬-波茲曼比例常數，$$\sigma=5.67\times 10^{-8}~Js^{-1}m^{-2}K^{-4}$$
海水表面溫度──黑體輻射(Blackbody-radiation)的應用（二）
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然而，衛星測量還是存在許多難題待克服。首先，因為所有測量到的輻射都是從 $$0.01$$ 公釐深的海面輻射出來，無法代表整體海水表層，在白天因太陽照射所提升的溫度或者夜晚因為表面蒸發所導致的熱量散失而產生的溫度變化。這將造成與其他測量方式的研究數據無法進行比較。
海水表面溫度──黑體輻射(Blackbody-radiation)的應用（一）
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯
「海水表面溫度(Sea surface temperature ,SST)」，雖然指的是海水「表面」的溫度，但在實務中，所謂的「表面」的真正意義，將會因為測量方法的不同而有所差異。如果利用衛星感測紅外線的方式間接測量，只能得到極表層（約 $$10$$ 微米）的溫度，若利用船隻搭載溫度計，則可測量數公尺海面下的溫度。
