黑体辐射实验

1、热辐射热辐射 平衡热辐射平衡热辐射 发射电磁辐射能量发射电磁辐射能量吸收电磁辐射能量吸收电磁辐射能量 相等相等 1. 1. 黑体、黑体辐射黑体、黑体辐射 （下一页）（下一页） 实验表明：一切物体实验表明：一切物体在任何温度下都在任何温度下都 以电磁波的形式向外辐射能量。以电磁波的形式向外辐射能量。辐射辐射 的能量与温度有关，的能量与温度有关，称之为称之为热辐射热辐射。 辐射和吸收的能量相等时称为辐射和吸收的能量相等时称为热平衡热平衡。 此时此时物体具有稳定温度物体具有稳定温度 如果一个物体能全部吸收投射在它如果一个物体能全部吸收投射在它 上面的辐射而无反射，这种物体称上面的辐射而无反射，这种物

2、体称 为绝对黑体，简称黑体。为绝对黑体，简称黑体。 绝对黑体绝对黑体 一个理想模型一个理想模型 绝对黑体绝对黑体 实例实例 ? 空腔空腔 （下一页）（下一页） 用不透明材料制成一空心容器，壁上用不透明材料制成一空心容器，壁上 开一小孔开一小孔，该该小孔小孔可看成可看成绝对黑体绝对黑体 0 00 ),()(dTMTM绝对黑体的辐出度绝对黑体的辐出度 绝对黑体的辐射定律绝对黑体的辐射定律 T 绝对黑体绝对黑体 实验装置实验装置 绝对黑体单色辐出度按波长分布实验绝对黑体单色辐出度按波长分布实验 绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线 0 1 2 3 4 5 6 (m)

3、1500K 1300K 1100K )(TM 绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线 0 1 2 3 4 5 6 (m) 1700K 1500K 1300K 1100K )(TM 1400 K 物体辐射总能量及能量按波长分布决定于温物体辐射总能量及能量按波长分布决定于温 度度 800 K 1000 K 1200 K 固体在温度升高时颜色的变化固体在温度升高时颜色的变化 例子：例子：低温火炉辐射能集中在红光。低温火炉辐射能集中在红光。 高温物体辐射能集中在蓝、绿色。高温物体辐射能集中在蓝、绿色。 应用：光测高温计，测量发电厂炉内温度。应用：光测高温计，测量发电厂炉内

4、温度。 普朗克的量子假说普朗克的量子假说 普郎克公式普郎克公式 问题：如何从理论上找到符合实验的函数式问题：如何从理论上找到符合实验的函数式 ？)(TM Tc ecTe 2 5 10 ),( kTdcdTM 4 2)( （下一页）（下一页） o(m) 1 2 3 5 6 8 947 实验值实验值 )(TM 维恩维恩 o(m) 1 2 3 5 6 8 947 实验值实验值 )(TM 瑞利瑞利-金斯金斯 紫紫 外外 灾灾 难难 o(m) 1 2 3 5 6 8 947 实验值实验值 )(TM 瑞利瑞利-金斯金斯 紫紫 外外 灾灾 难难 维恩维恩 普朗克量子假说普朗克量子假说 能量子假说：辐射物质中

5、具有带电的线性谐振能量子假说：辐射物质中具有带电的线性谐振 子，它和周围电磁场交换能量。这些谐振子只能处子，它和周围电磁场交换能量。这些谐振子只能处 于某种特殊的状态，它的能量取值只能为某一最小于某种特殊的状态，它的能量取值只能为某一最小 能量能量 （称为能量子）的整数倍，即：（称为能量子）的整数倍，即： 对于频率为对于频率为 的谐振子最小能量为的谐振子最小能量为 h h 称为普朗克常数，称为普朗克常数， 正整数正整数 n 称为量子数。称为量子数。 n,3,2, （n n为正整数）为正整数） sJh 34 1063. 6 问题：如何从理论上找到符合实验的函数式问题：如何从理论上找到符合实验的函

6、数式 ？)(TM （下一页）（下一页） 振子在辐射或吸收能量振子在辐射或吸收能量 时，从一个状态跃迁时，从一个状态跃迁 到另一个状态。到另一个状态。 在能量子假说基础上，在能量子假说基础上，从理论上推导，从理论上推导，普朗克得到了普朗克得到了 黑体辐射公式：黑体辐射公式： 1 1 2)( 52 kT hc e hcTM 这一公式称为普朗克公式这一公式称为普朗克公式,它和实验符合得很好。它和实验符合得很好。 c 光速光速 e 自然对数的底自然对数的底 （下一页）（下一页） 玻尔兹曼恒量玻尔兹曼恒量 J/K1038. 1 23 k o (m)1 2 3 5 6 8 947 普朗克普朗克 实验值实验值 ),( 0 Te d e c h d kT h 1 3 3 18 普朗克能量子假说的意义：普朗克能量子假说的意义： 首次提出了能量不连续的假设，首次提出了能量不连续的假设， 成功的解决了黑体辐射的理论问题。成功的解决了黑体辐射的理论问题。 开量子之先河。所以人们称普朗克为开量子之先河。所以人