1.3 热辐射基本定律.ppt

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1、一一 热辐射热辐射 由温度决定的物体的电磁辐射由温度决定的物体的电磁辐射头头部部热热辐辐射射像像头部各部分温度不同，因此它们的热辐射头部各部分温度不同，因此它们的热辐射存在差异，这种差异可通过热象仪转换成存在差异，这种差异可通过热象仪转换成可见光图象。可见光图象。单单色色辐辐出出度度0 1.0 1.75波长波长(m)1.3 1.3 热辐射基本定律热辐射基本定律辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。平衡热辐射。物体辐射电磁波的同时，也吸收电磁波。物体辐射本领越大，其吸收物体辐射电磁波的同时，也吸收电

2、磁波。物体辐射本领越大，其吸收本领也越大。本领也越大。室温室温高温高温吸收吸收辐射辐射白底黑花瓷片白底黑花瓷片二二 黑体辐射黑体辐射绝对黑体绝对黑体(黑体黑体)：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射和透射的物体。：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射和透射的物体。黑体辐射的特点黑体辐射的特点：与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强黑体模型黑体模型黑体热辐射黑体热辐射温度温度材料性质材料性质1.斯特藩斯特藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律式中式中辐出度与辐出度与 T 4 成正比成正比.2.维恩位移定律维恩位移定律峰值波长峰值波长 m 与温度与温度 T

3、 成反比成反比 0.5 1.0 1.5 2.01050MB(10-7 W/m2 m)(m)可见光5000K6000K3000K4000K太阳表面温度太阳表面温度M辐出度辐出度测得太阳光谱的峰值波长在绿光区域，测得太阳光谱的峰值波长在绿光区域，为为 m=0.47 m.试估算试估算太阳的表面温太阳的表面温度和辐出度。度和辐出度。例例太阳不是黑体，所以按黑体计算出的太阳不是黑体，所以按黑体计算出的 Ts 低于太阳的实际温度；低于太阳的实际温度；M B(T)高高于实际辐出度。于实际辐出度。说明说明解解黑体辐射实验事实黑体辐射实验事实：在 频率之间的辐射能量密度 只与空腔的温度T有关，而与空腔的形状及其

4、组成物质无关。实验曲线：黑体辐射（1）维恩（恩（Wein德国物理学家）的解德国物理学家）的解释 结论结论:在短波（高频）部分与实验符合得很好，但长波（低频）部分与实验不符。1896年年,维恩根据经典热力学得出：维恩根据经典热力学得出：短波吻合好短波吻合好,长波段差长波段差获得获得1911年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖实验实验瑞利瑞利-琼斯琼斯维恩维恩T=1646k（2）瑞利瑞利金斯（金斯（Raileigh-Jeans英国物理学家）英国物理学家）的解的解释 结论结论:在长波（低频）部分与实验符合，短波部分不符合。此外存在“紫外光的灾难”1900年年,瑞利和琼斯用能量均分定理瑞利和琼斯用能量均分

5、定理和电磁理论和电磁理论(驻波法驻波法)得出：得出：长波吻合好长波吻合好,短波段差短波段差实验实验瑞利瑞利-琼斯琼斯维恩维恩T=1646k普朗克解普朗克解释（1900年）Planck assumption:黑体可看作一组连续振动的带电谐振子，这些谐振子的能量应取分立值，这些分立值都是最小能量的整数倍，这些分立的能量称为谐振子的能级能级。Planck-德国物理学家德国物理学家，可见：黑体与辐射场交换能量只能以为单位进行，亦即黑体吸收或发射电磁辐射能量的方式是不连续不连续的，只能“量子量子”式地进行，每个“能量子能量子”的能量为:三三 量子解释量子解释 基于能量子假设，Planck利用统计物理推导

6、出与实验符合得很好的黑黑体辐射公式体辐射公式Planck公式公式：其中 （称为Planck常数）注注：Planck的“能量子”假说与经典物理中振子的能量是连续的相抵触。可见，Planck理论突破了经典物理学在微观领域的束缚，打开了认识光的粒子理论突破了经典物理学在微观领域的束缚，打开了认识光的粒子性的大门。性的大门。Planck公式公式讨论：讨论：1918年年Planck获得诺贝尔物理学奖。获得诺贝尔物理学奖。维恩维恩公式公式瑞利瑞利-琼斯琼斯公式公式玻尔、玻恩、玻尔、玻恩、布拉格、德布罗意、康普顿、居里、布拉格、德布罗意、康普顿、居里、狄喇克、爱因斯狄喇克、爱因斯坦、海森堡、郞之万、泡利、普朗克、薛定谔坦、海森堡、郞之万、泡利、普朗克、薛定谔 等等 第五次索尔维会议与会者合影第五次索尔维会议与会者合影(1927年)