量子论和量子力学基础(共17).ppt

1、 量子论和量子论和量子力学根底量子力学根底任何固体或液体在任何温度下都向外辐射任何固体或液体在任何温度下都向外辐射电磁波，辐射的能量称为辐射能。电磁波，辐射的能量称为辐射能。1400K物体辐射总能量及能量按波长分布都决定物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度的辐射称为于温度的辐射称为热辐射热辐射。800K1000K1200K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辐射能与辐射体的温度和波长有关。辐射能与辐射体的温度和波长有关。二、基尔霍夫辐射二、基尔霍夫辐射引入描述辐射的相关物理量引入描述辐射的相关物理量1、单色辐出度单色辐出度单位时间内从物体表面单位面积上发出的波单位时间内从

2、物体表面单位面积上发出的波长在长在 附近单位波长间隔内的辐射能。附近单位波长间隔内的辐射能。 ddMM : dM波长在波长在 d 内的辐射能内的辐射能),( TMM 描述物体在不同温度下描述物体在不同温度下辐射能按波长分布辐射能按波长分布的情况。的情况。与与辐射体辐射体温度及温度及辐射波长有关辐射波长有关单位：单位：3/mW单位时间内从物体外表单位面积上发出的各单位时间内从物体外表单位面积上发出的各种波长的总辐射能。单位面积辐射功率种波长的总辐射能。单位面积辐射功率 0),()( dTMTM单色单色单色反射比单色反射比吸收比吸收比吸收能量吸收能量入射总能量入射总能量=反射比反射比反射能量反射能

3、量入射总能量入射总能量=单色吸收比：单色吸收比：物体的物体的吸收比、吸收比、 反射比反射比与温度和波长有关与温度和波长有关单色反射比：单色反射比：d+范围内的范围内的吸收比吸收比d+范围内的范围内的反射比反射比),(T ),(Tr 1),(),( TrT 在任何温度下，对任何波长的辐射能的在任何温度下，对任何波长的辐射能的吸收比都等于吸收比都等于1 1的物体。的物体。1),( TB 5 5、基尔霍夫辐射、基尔霍夫辐射1860基尔霍夫（基尔霍夫（ 年年）发现，所有物体（包）发现，所有物体（包括绝对黑体）在同样温度下，单色辐出度与括绝对黑体）在同样温度下，单色辐出度与单色吸收比的比值都相等，为一常

4、量。它等单色吸收比的比值都相等，为一常量。它等于该温度下绝对黑体的单色辐出度。于该温度下绝对黑体的单色辐出度。M11 MTT( )( , )=B恒量恒量=22 TT( )( , )M TT( )( , )B=.对于黑体对于黑体所以所以BT( , )=1M TT( )( , )=M T( )B1 1各物体单色辐出度和吸收比之比为一各物体单色辐出度和吸收比之比为一常量，吸收本领大的物体也是辐射本领大常量，吸收本领大的物体也是辐射本领大的物体。的物体。任何物体的单色辐出度和任何物体的单色辐出度和单色吸收比之比，等于同一温度绝对黑体的单色吸收比之比，等于同一温度绝对黑体的单色辐出度。单色辐出度。2绝对

5、黑体是完全的吸收体，因而是理绝对黑体是完全的吸收体，因而是理 想的辐射体。想的辐射体。M TT( )( , )=M T( )B3任何物体的热辐射性质都与绝对黑任何物体的热辐射性质都与绝对黑体的单色辐出度有关。体的单色辐出度有关。三、三、 黑体的辐射定律黑体的辐射定律热电偶热电偶平行光管平行光管绝对黑体绝对黑体实验装置实验装置T三棱镜三棱镜 用实验研究黑体在不同温度下单色辐出度用实验研究黑体在不同温度下单色辐出度按波长分布按波长分布 1、黑体辐射实验和黑体辐射实验定律、黑体辐射实验和黑体辐射实验定律黑体的单色辐出度按波长分布的实验曲线黑体的单色辐出度按波长分布的实验曲线0 1 2 3 4 5 6

6、(m)1700K1500K1300K1100K),(TMB 1每一条曲线表示在一个温度下黑体的每一条曲线表示在一个温度下黑体的 单色辐出度随波长变化的情况。单色辐出度随波长变化的情况。2曲线下的面积等曲线下的面积等 于黑体在该温度下的于黑体在该温度下的 辐射出射度辐射出射度 0),()( dTMTMBB0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K),(TMB 黑体辐射实验定律黑体辐射实验定律1 斯忒藩斯忒藩Stefan)玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律4)(TTMB )(1067. 5428kmw bTm )(10898. 23kmb 4)(TTMB 黑体的辐出度与热力学温

7、度的四次方成正比黑体的辐出度与热力学温度的四次方成正比bTm 当黑体的温度升高时，单色辐出度最大值向当黑体的温度升高时，单色辐出度最大值向短波方向移动。短波方向移动。例子：低温火炉辐射能集中在红光。例子：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，测量发电厂炉内温度。1 斯忒藩斯忒藩Stefan)玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律例例 视太阳为半径视太阳为半径 的黑体，在的黑体，在地球表面接收到太阳辐射的能流密度为地球表面接收到太阳辐射的能流密度为 ，地球与太阳的距离为，地球与太阳的距离为 。 求太阳表面

8、的温度。求太阳表面的温度。m8100 . 7 )(104 . 1123 smJm11105 . 1 解解 太阳每秒钟辐射的能量：太阳每秒钟辐射的能量：IdW24 太阳辐出度：太阳辐出度：IRdRIdRWM22222444 4T 412)/( IRdT05798K BCTMCeT (,) =253)BMfT(,?Bh ck TMhceT (,) =2521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2、黑体辐射实验定律的经典理论、黑体辐射实验定律的经典理论o(m)1 2 3 5 6 8 947MB维恩维恩实验值实验值瑞利瑞利-金斯金斯紫紫外外灾灾难难问题问题：如何

9、从理论上寻找符合实验曲线的函：如何从理论上寻找符合实验曲线的函 数式数式 普朗克量子假说普朗克量子假说 1辐射物质中具有带电的线性谐振子，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。它和周围电磁场交换能量。3、 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)BMfT(,? （2）这些谐振子只能处于某些特殊的分）这些谐振子只能处于某些特殊的分立状态，在这些状态中相应的能量值是不连立状态，在这些状态中相应的能量值是不连续的，它们只能为某一最小续的，它们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： n.,4,3,2,nhh 称为普朗克常数称为普朗克常数4振子在辐射或吸收能量时，从一个状振子在辐射或吸收能量时，从一个状 态跃迁到另一个状态。态跃迁到另一个状态。 3 3频率为频率为的谐振子能量子最小能量的谐振子能量子