热辐射基本定律.ppt

一 热辐射 由温度决定的物体的电磁辐射,头部热辐射像,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可见光图象。,单色辐出度,0 1.0 1.75,波长 ( m ),1.3 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，其吸收本领也越大。,室温,高温,吸收,辐射,白底黑花瓷片,单色辐射出射度（单色辐出度）：一定温度 T 下，物体单位面元在单位时间内 发射的波长在 +d 内的辐射能 dM 与波长间隔 d 的比值,辐出度：物体 (温度 T) 单位表面在单位时间内发射的辐射能，为,温度越高，辐出度越大。另外，辐出度还与材料性质有关。,说明,物体热辐射,二 黑体辐射,绝对黑体(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。,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,黑体模型,黑体热辐射,温度,材料性质,1. 斯特藩玻耳兹曼定律,式中,辐出度与 T 4 成正比.,2. 维恩位移定律,峰值波长 m 与温度 T 成反比,可见光,5000K,6000K,3000K,4000K,太阳表面温度,M,辐出度,测得太阳光谱的峰值波长在绿光区域，为 m = 0.47 m.试估算太阳的表面温度和辐出度。,例,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；M B (T) 高于实际辐出度。,说明,解,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组成物质无关。实验曲线：,黑体辐射,（1）维恩（Wein德国物理学家）的解释,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, 维恩根据经典热力学得出：,短波吻合好,长波段差,获得1911年诺贝尔物理学奖,（2）瑞利金斯（Raileigh-Jeans英国物理学家）的解释,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, 瑞利和琼斯用能量均分定理 和电磁理论(驻波法) 得出：,长波吻合好,短波段差,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。,Planck-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的，只能“量子”式地进行，每个“能量子”的能量为:,三 量子解释,基于能量子假设，Planck利用统计物理推导出与实验符合得很好的黑体辐射公式Planck公式：,其中 （称为Planck常数）,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性的大门。,Planck公式,讨论：,1918年Planck获得诺贝尔物理学奖。,玻尔、玻恩、