黑体辐射16799PPT课件

1，开始的话，漆黑的夜空，繁星密布的天空，遥远的宇宙。夜空为什么是黑的？因为宇宙在膨胀。为什么繁星密布？因为它类似于黑体！为什么这些照亮时间和空间的天体被视为“黑体”？他们中的一些缩小到“黑洞”后，那个“地平线”有多大？膨胀的无限宇宙怎么会有像“黑洞”一样的视野呢？各位，我们大家一起闲谈吧！2，黑体辐射，3，黑体模型的建立，4，要破译电磁波携带的信息，不仅要记录和测量电磁波的物理特性(振幅、频率、相位和偏振)，还要从理论上掌握电磁波与物质的相互作用方式。电磁波辐射和物质的相互作用有四种方法：发射、吸收、反射和透射。一个物体发射电磁波的同时，另一个物体的电磁辐射也被吸收。5，如果物体发射的能量等于在完全相同的时间内吸收的能量，那么辐射过程就称为平衡辐射，此时物体有一定的温度。否则就是非平衡辐射。以太阳和星星的光球(层)为例。太阳光球是太阳大气的最低层(厚度约为500公里，只有太阳半径的1/1400)，同时持续吸收其下对流层给的能量，通过一定机制的调整，形成局部热平衡。中小学教科书中所说的太阳表面温度意味着光球(层)的有效温度(5770K)。6，不同物体相互吸收、反射和透射相同电磁波的程度不同。实际上更常见的是，这三者同时进行。科学家发现，分析一个问题最好从过于简化的极端情况开始，这样才能有效。然后适当地修改问题，以接近真实世界中更复杂的情况。这是理想模型的方法。黑体是模型，实际上自然界中没有黑体。7，如果对象的透射率、反射率和吸收率分别为t、r和a，t r a=1，则t=1是理想的透射率。R=1时，此对象是理想的反射体。这个物体在a=1时是理想的吸收体，即绝对黑体。有趣的是，天文学家在研究发光的各种天体的热辐射或宇宙微波背景辐射时，通常使用绝对黑体模型。光球的电磁辐射强度随着波长的变化，非常接近温度为6000K的黑体辐射。宇宙中最亮的是什么？相反，最暗最黑的是什么？放射性最强、最亮、吸收能力最强的黑暗很明显。但是如果有人说“热辐射是最大的，也就是吸收辐射的能力是最大的”，你相信吗？10，在解释这个命题之前，首先要区分发光和热辐射实际上是两个概念光能传递的两种不同形式。热辐射，热辐射，即任意物体(固体、液体、高密度气体)可以在任何温度下复制，其光谱是连续光谱，能量在其他波长的分布随波长的变化而连续变化。但是，随着温度的不同，能量对波长的分布也不同。例如，温度低的金属块主要发射看不见的红外线。温度在500左右，铁片才开始发射深红色的可见光；温度升高，不仅光的强度逐渐增加，颜色也从深红色变为橙色。温度越高，波长越短的辐射就越丰富，大约从1500 开始呈现白光，还有相当多的紫外线。12、13，当然要补充这种辐射所消散的能量。否则，物体的温度会下降，辐射的能量分布会发生变化。只要保持那个温度，辐射就可以根据原来的能量分布继续进行。所以这是一种平衡辐射。相反，发光不能只靠保持温度来维持辐射，要获得辐射，必须依靠某种激发机制。这包括电致发光、光致发光、化学发光、热释光，它们都有一个共同点，即不均衡的辐射，其光谱主要是单独的线性或带状光谱。每个原子、离子和分子都有不同的识别谱线或波段。14，说明各种发光中，特别是热光和热辐射的差异。例如，在煤气灯的火焰中加入钠或钠盐会使特定温度的火焰(原子、分子、离子、电子)产生足够的动能与钠原子或钠离子碰撞。为了刺激钠原子，辐射具有识别光谱线，其中橙色d双线最明显。热辐射不是局限于特定温度，而是在任意温度下进行热平衡状态，并不是辐射分立的线型光谱，而是辐射连续光谱。15，太阳和其他恒星的辐射是热辐射(黑体光谱、连续光谱)和热释光(不连续光谱)的叠加。16，牛顿发现阳光可以分解成7色，基尔霍夫发现了天体光谱，打开了天体光谱。17，连续谱，线谱，明线谱，暗线谱，18，高温密度，19，试题，以下话对吗？天体发光的颜色随着表面温度的变化而变化。温度不同的天体有不同的电磁波频率。任何温度的天体都能向外发射各种频率的电磁波。表面温度不同的天体发出的各种电磁波的能量根据频率分布不同。20，测试问题，一种金属在1100K发出红色，在相同的温度下，一块石头似乎不发出“光”。这是为什么？猎户座和猎户座，前者显示为橙色，后者白色略带蓝色，比较了与太阳的表面温度。估算人体内热辐射最强的波长。可见光(760400nm)以不同温度下热辐射的百分比表示，在太阳温度下最高，在太阳光谱中最强辐射的波长大致与人眼最敏感的波长(555nm)一致。21，是。以太阳为黑体，韦恩位移法测量的，韦恩位移法是测量高温、遥感、红外跟踪等技术的物理基础。用红外线相机拍摄的人头部的热度图，热的地方呈现白色，冷的地方呈现黑色。韦恩的定律是怎么来的？22，黑体辐射(以及普朗克的能量子假说)，带电分子(带电粒子)的热运动，使物体发射电磁波。这种与温度相关的辐射称为热辐射。相应的，也有非热辐射，热辐射的电磁波的能量对频率有一种分布。温度不同，热辐射的电磁波能量不同，频率分布也不同。23，同一黑白花盘的两张照片，室温反射，1100K，自发射光，(与温度相关的)激光，荧光灯发光不是热辐射。24，预览1.1，你相信吗？世界上辐射能力最大的是吸收能力最大的！什么是“光谱辐射发射”？这个数量的符号和单位是什么？物体吸收辐射的能力用什么来说明？那个符号是什么？ms和a()的比例与材料种类有关吗？黑体是什么？黑体有放射性吗？如何证明黑体的辐射能力最大？25，温度为t时，在单位时间内对象单位表面发射的频率在附近单位频率间隔内发射的电磁波的能量，光谱发射出射率为m (t)，1。光谱发射出射率也是e (t)，I .描述热辐射的物理量，e的SI单位是w/(m2hz)，de.温度为t时，描述在单位时间内对象单位表面发射的频率在间隔内电磁波的能量，e (t) 热辐射能量的频率分布。26，注：图中的钨丝，如果太阳的e纵坐标比例不同，则为2 .总发射度为e(T)，e的单位为w/m2，e，关系曲线下的面积，27，3。光谱吸收率a (t)，以上物理量与物体种类及其表面情况有关。a (t) 温度为t时(单位时间内)入射到物体上的，频率在d 32;550；间隔内的电磁波的能量被物体吸收的比率。28，Kirchhoffslawofradiation，在特定温度下，某些物体对任何波长的发射能力等于吸收率。也就是说，物体的发射能力和吸收率的比例必须与物体的性质无关。物体的单色发射能力为e0(，T)、e1(，T)、e2(，T)、因此，每个物体的单色吸收率分别为a0(，T)、a1(，T)、a1(，T)、，其中绝对黑体，A0 (，T)=1；绝对黑体在同一温度下对同一波长的发射技术。基尔霍夫定律仅适用于平衡热辐射。29，平衡热辐射，此时物体有一定的温度。我们只讨论热辐射的平衡。当物体发射的能量等于在同一时间内吸收的能量时，热辐射过程达到热平衡，平衡热辐射。热辐射的情况与物体的种类及其表面有关，情况太复杂了！如何研究热辐射定律？推荐的“理想模型”方法：受基尔霍夫定律的启发。30，1。黑体，2。黑体和黑体辐射的基本定律，韦恩设计的黑体：黑体，黑体吸收各种频率的电磁波，黑体的光谱吸收率(t)=1 -“理想模型”。不透明材料空腔的小孔。也可以发射各种频率的电磁波。称为黑体，能完全吸收照射在其上的各种频率电磁波的物体。31，实验表明，辐射能力大的物体，吸收能力也大(实验演示)。黑体的吸收能力最大，辐射能力最大。黑体(的热辐射)是最好的研究对象，与空腔的形状、材料和“表面状态”无关。要研究热辐射本身的规律，辐射能力m与频率、温度相关，但与材料和表面状态无关的物体。理论证明：32，2。研究黑体辐射的实验装置图：黑体、热电偶(m (t)、光栅光谱仪(或棱镜光谱仪)、黑体辐射实验曲线和两个实验规律：33，34、35，3。斯特凡-玻尔兹曼定律(实验定律)，=5.6710-8w/(m2k4)，4。韦恩位移定律(实验定律)，黑体辐射光谱中辐射最强的频率m和黑体温度T之间的比例关系，c=5.881010hz/k，总发射率e(T)与黑体温度的第四阶正方形成比例，或b=2.89810-3mK，36，是。如果太阳是黑体，测量可以说是斯特凡-玻尔兹曼定律和韦恩的位移方法是测量高温、遥感、红外跟踪等技术的物理基础。用红外线相机拍摄的人头部的热度图，热的地方呈现白色，冷的地方呈现黑色。根据是否能从理论上得到这样的结果，在1896年，Wien将发射器的原子看作带电谐振腔，根据振荡器发射的波的频率，与振荡器的动能成正比，得到了辐射公式C1，C2作为常数。与实验结果相比，vin公式仅与短波段和实验曲线一致，在长波领域与实验结果不一致。如图所示。38、39，1900-1905年，瑞利(瑞利)和金斯(金)将统计物理学的能量按自由度分布原理应用于辐射情况，在下面的公式中，c得到了光速，k得到了玻尔兹曼常数。与实验结果相比，瑞利-金斯公式仅适用于长波段，公式由短波段散发。40、41，普朗克公式，普朗克用插值方法做的，但理论上要证明这个公式，谐振腔的能量只有一个基本单位，0=ha整数倍数，(1)，(2)，42，诱导后计算极值点，hmax=2.82kT，其中h=6.62610-23Js，K=r/n0-1.3810-23j/K=8.610，43，比较以下两幅画，不奇怪吗？右边，可见光在峰值波长的两侧；左，可见光不在峰值频率的两侧！相同的温度，最强的波长不对应最强的频率。44、45，因为不能把温度计放在太阳上，所以怎么知道太阳的表面温度呢？至少说两种方法。太阳的角度半径和太阳常数s(地球上垂直于太阳的单位面积的接收功率)估算太阳表面温度的方法。太阳的角度半径、每日距离d和太阳常数S，46，3，如何测量经典物理学面临的困难黑体辐射实验曲线如何解释？空腔墙产生的热辐射被想象为空腔墙内的许多电磁驻波将墙壁作为节点。最典型的是韦恩公式和瑞利-金斯公式，黑体的驻波，但从经典理论导出的m (t) 公式与实验结果不一致！47，(1)韦恩公式(不是前面韦恩位移公式)假设驻波能量的分布频率与(经典)麦克斯韦速率的分布频率相似。(2)瑞利-金斯公式假定驻波的平均能量为kT(经典能量平均化定理)，假设在低频段，韦恩线偏离实验曲线！在高频(紫外线区域)下短波极限无限“紫外线灾难”！48、49，4。普朗克能量子假说和黑体热辐射公式，1。普朗克(1858-1947年)公式，普朗克的“猜测”和鲁本的“检查”(1900年10月19日)。普朗克在德国物理学会上报告了与全波段实验结果非常一致的普朗克公式。h kt成为韦恩公式，h kt成为瑞利-kins公式。50即物体释放或吸收电磁辐射是能量蔗糖能量只能作为“量子”。其中h=6.62610-34Js称为普朗克常量。普朗克认为，空腔黑体的热平衡状态是构成空腔壁的带电谐振子和空腔内的电磁辐射交换能量而达到平衡的结果。谐振子的能量为，=h，2。普朗克家庭(1900年12月14日):1900.12.14。-量子论诞生日。51，对普朗克量子论的玻尔评价：从思想的束缚中获得的这种解放。“知识的这种奇迹发展归功于人们的传统。”，52 .“科学殿堂里有很多人：有些人热爱科学是为了满足智力的快感；以纯粹功利主义为目的热爱科学的人为了得到现象世界的那个普遍的基本规律他以伟大的创造性概念成为造福世界的人。(弗雷德里希尼采)。普朗克获得了1918年诺贝尔物理学奖。普朗克自己也有很多困惑和彷徨，能量不连续的概念与经典物理学完全不相容！53，爱因斯坦在1905年提出了光的量子假说：(1)电磁辐射由以光速c移动的能量子(光子*)组成，每个能量子的能量与发射频率的关系=h。其中h是普朗克常数。(2)光量子具有“整体性”。光子只能以完整的单位被电子吸收或发射。*1925年，G.N.Lewis正式命名，54，普朗克是PHYSIK杂志的总编，他对爱因斯坦的工作有很高的评价。在普朗克获得博士学位50周年纪念会上，普朗克给爱因斯坦颁发了普朗克奖章。55，-密立根正确计算出的普朗克常数h=6.5610-34js与当时其他方法测定的很符合。milligan 1923年诺贝尔物理学奖，他通过著名的油滴