第三章-热辐射的基本规律ppt课件.ppt

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1、第三章热辐射的基本规律§3.1发光的种类辉光放电弧光（电弧）放电2，气体放电（电致气体放电发光）火花放电低（气）压放电常（气）压放电1，化学发光直接发光简接发光3，场致发光（电致发光）：载流子复合发光发光二极管（LED）电致发光显示屏物体基于自身温度而向外发射的电磁辐射。（温度辐射）6，热辐射红外辐射的发射和接收是都热交换。红外技术的应用都是基于热交换的。在光学范畴内：可见光范围内的辐射一般称为发光；红外部分通常称为辐射。5，光致发光4，电（子）激发发光如：电子显象管光激发发光荧光光泵浦§3.2理想黑体一、空腔的热平衡辐射

2、空腔辐射：空腔内的辐射场和腔壁达到热平衡时，具有共同的温度。空腔辐射的能量密度和能量密度按波长的分布只可能是温度的函数。设想存在两个温度相同但能量密度不同的空腔，我们可以使之发生热接触（如图所示）：这将违反热力学第二定律。如果存在两个温度相同但是能量密度按波长的分布不同的空腔，即光谱能量密度不同，我们可以在两个空腔之间插入一个滤色片，同样会出现上述情形。物体对辐射的吸收和发射达到平衡时，电磁辐射的特性将只取决于物体的温度，与物体的其它性质无关。同样违反热力学第二定律。二、基尔霍夫定律设想一物体处于一真空的腔体内，经过一段时

3、间以后物体与空腔达到热平衡。在热平衡状态下，物体发射的辐射功率必然等于它吸收的辐射功率，否则不能保持平衡温度不变。吸收的辐射功率：物体A发射的辐射功率:辐照到物体A的辐射功率：在热平衡状态下：在热平衡状态下，物体的辐射出射度与其吸收率的比值等于物体表面的辐射照度，与物体本身的性质无关。同样可以证明，对光谱辐射量有：在给定温度下，对某一波长来说，物体的吸收本领和发射本领的比值与物体本身的性质无关。对所有物体都是一个普适函数，而两者中的每一个可以随着物体的不同而改变。即：基尔霍夫定律（热辐射定律）任何物体的发射本领和吸收本领的

4、比值与物体本身的性质无关，是波长与温度的普适函数。物体的吸收率越大，则它的辐射出射度越大；发射强的物体必然吸收也强;善于发射的物体必善于接收；——反之亦然好的反射体必然是弱的发射体。三、密闭空腔辐射为黑体辐射1，理想黑体概念的提出对于所有理想黑体，不论其组成材料如何，它们在相同的温度下，发出相同形式的辐射。（理想黑体是一个物理模型）维恩制成了世界上第一个实用黑体。基尔霍夫从热辐射定律出发，提出了理想黑体的概念：这样的物体就是理想黑体（blackbody）。并且，它发射的热辐射是“完全辐射”。如果一个物体能够吸收掉一切辐照它

5、的辐射，那么，它也是同温度所有物体中发射本领最强的；2，密闭空腔辐射为黑体辐射黑体的辐射出射度等于空腔内的辐射照度。设想一黑体处于一密闭的空腔内。空腔内的辐射照度：空腔内的辐射照度是由腔壁的辐照产生的，根据大面源的辐射照度公式：密闭空腔的光谱辐射出射度等于黑体的光谱辐射出射度。密闭空腔中的辐射就是黑体辐射，与构成空腔的材料无关。①标定各类辐射探测器的响应度；②标定其他辐射源的辐射强度；③测定红外光学系统的透射比；④研究各种物质表面的热辐射特性；⑤作为辐射源，研究大气或其他物质对辐射的吸收或透射特性。3，黑体的应用价值（实用

6、意义）：四、辐射亮度和能量密度的关系在均匀的辐射场中取一面积元dA，在立体角dΩ内的辐射功率为：dt时间内通过dA的能量为：这些能量原来处在截面积为dA，高为cdtcosθ的柱体内，所以θ方向的辐射能量密度为：辐射场的辐射包含所有方向，因此能量密度：光子辐射亮度:如果辐射都是由频率为υ的光子组成的：（单位体积的光子数）五、黑体为朗伯辐射体朗伯辐射体的辐射特性是在处于热平衡的空腔腔壁上任取一点x，根据立体角投影定理辐射亮度为L，通过立体角dΩ在x点产生的辐射照度为：x点总的照度：即黑体辐射为朗伯体辐射。对黑体辐射：如果在空腔

7、表面开一足够小的小孔，近似地认为小孔不影响腔体内的辐射分布，小孔的辐射出射度：即小孔辐射遵守朗伯体的辐射规律，空腔小孔为朗伯辐射源。1．基尔霍夫定律就是热平衡辐射定律，与物质本身的性质无关，（当然对黑体也适用）；2．吸收和辐射的多少应在同一温度下比较；3．任何强烈的吸收必发出强烈的辐射，无论吸收是由物体表面性质决定的，还是由系统的构造决定的；4．基尔霍夫定律所描述的辐射与波长有关，与人眼的视觉特性和光度量无关；5．基尔霍夫定律只适用于温度辐射，对其它发光不成立。六、关于基尔霍夫定律的几点说明§3.3普朗克公式一，空腔辐射可

8、能的微观状态数根据经典电磁理论，麦克斯韦方程的通解可以表示为一系列单色平面波的叠加。而单色平面波在有一定边界条件限制下，只能以驻波的形式存在。由此可以得到空腔辐射可能存在的电磁波的模式数。现在我们把空腔内的辐射场看成光子气体。对于一维的自由粒子在空间所占的相体积的大小（相格）：三维自由粒子在μ空间体积内