热辐射普朗克能量子假设

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1、在相对论中已欣赏了近代物理的“一朵鲜花”，让我们来欣赏另“一朵鲜花”---量子力学。引言：光是电磁波还是微粒？热辐射实验要欣赏另一朵鲜花，还得从另一朵乌云说起：量子概念是1900年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到20世纪30年代，就建立了一套完整的量子力学理论.量子力学宏观领域经典力学现代物理的理论基础量子力学相对论量子力学微观世界的理论起源于对波粒二相性的认识一、何谓热辐射？物体在任一温度下发射从红外线、可见光到紫外线等电磁波的现象。实验证明不同温度下物体能发出不同的电磁波，这种

2、能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐射叫做热辐射。火炉600度1000度400度因辐射与温度有关，故称热辐射1）从经典物理学看来热辐射过程的实质是物质以电磁波的形式向外辐射电磁波的过程。其辐射的能量称之为辐射能。注意：2）热辐射有平衡热辐射与非平衡热辐射：当物体因辐射而失去的能量等于从外界吸收的辐射能时，这时物体的状态可用一确定的温度来描述，这种热辐射称为平衡热辐射。反之称为非平衡热辐射。二、单色辐出度、辐射出射度、单色吸收率、单色反射率实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、辐射的波长、时间的长短、发射的面积。1、单色辐出度（单色发射本领）单位时间内，温度为T的物体上单位

3、面积上发射波长在+d范围内的辐射能dM与波长间隔d比值，用M（）表示。光源S=1显然，它是波长和温度的函数光源S=1显然，它是温度的函数.2、辐射出射度（总发射本领）单位时间内从物体单位面积上所辐射的各种波长的总的辐射能，用M（T）表示。o2468101221210468太阳钨丝可见光区太阳钨丝钨丝和太阳的单色辐出度曲线实验表明:吸收与反射的能量与物体温度有关、与辐射能的波长范围有关.3、单色吸收率和单色反射率不透明介质A吸吸收I入射入射R反反一束波长为+，强度为I的电磁辐射入射到温度为T的物体上时，若反射光的强度为R（T），吸收光的强度为A（T），则

4、定义：单色吸收率：单色反射率：不透明介质A吸吸收I入射入射R反反同除I：4、黑体（blackbody）在任何温度下、对于任何波长的辐射的吸收率均为1的物体，称之为黑体。注意：1）黑体是对入射的辐射能全部吸收（不管什么波长）的物体，也不反射。因此当其自身的热辐射很弱时，看上去是黑洞洞的。对不透明的物体：2）黑体是理想化的模型，实际中的物体的吸收率总是小于1。抛光的铜镜表面：一般金属表面：煤烟：3）一个开有小孔的内表面粗糙的空腔可近似看成理想的黑体。如远处不点灯的建筑物若室内点灯（自身辐射不很弱）绝热恒温体三、基尔霍夫定律（Kirchhoff’sLaw）T=C一个实验B1B2B3真空

5、N个不同的物体置于一绝热恒温体内，经过热辐射交换能量，达到热平衡态---物体与容器具有相同温度且保持不变。要维持温度不变，则物体吸收的辐射能必须等于辐射出去的能量。但不同物体的辐射出射度是不同的，即每个物体单位时间、单位面积辐射的能量是不同的。因此要维持平衡热辐射，只有辐射能量较多的物体吸收能量也多，反之亦然。基尔霍夫定律（Kirchhoff’sLaw）在同样的温度下，各种不同的物体对相同波长的单色辐出度与单色吸收率之比值都相等，且等于在该温度下黑体对同一波长的单色辐出度。为黑体的单色辐出度为黑体的单色吸收率其中：绝热恒温体B1B2B3真空T=C物理意义：好的吸收体也是好的辐射体。

6、研究热辐射的中心问题是研究黑体的辐射问题.四、黑体辐射的实验研究1、实验装置AL1BPL2C黑体准直系统三棱镜测量系统2、黑体辐射的规律1.02.03.04.05.0203010405060(nm)2200K2000K1800K1600KA)斯忒蕃--玻尔兹曼定律：黑体辐射出射度与绝对温度有如下关系：斯忒蕃--玻尔兹曼常数物理意义：对于黑体，温度越高，辐出度M0（T）越大且随T增高而迅速增大。2、黑体辐射的规律B)维恩位移定律：黑体温度增高时，其单色辐出度的峰值波长向短波方向传播，且有如下关系：峰值波长T：绝对温度火炉1000度2000度800度炉火纯青1.02.03.04.05

7、.0203010405060(nm)2200K2000K1800K1600K注意：1）以上两规律只适用于黑体，对非黑体只近似成立。2）热辐射规律在现代技术中有广泛的应用：高温测量、遥感、遥测、红外跟踪等。例：太阳可以看成黑体，地球上测出其峰值波长为m=5100Å，则其表面温度和辐出度为多少？由解：五、热辐射的理论解释、普朗克量子假说当时经典力学占统治地位，人们自然用经典力学理论来解释热辐射并建立了两个公式：1、维恩公式（Wien’sformula）1896年德国维