经典辐射定律精品课件

1、经典辐射定律第1页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二热辐射强度按波长(频率)的分布和温度有关， 高温物体发出的是紫外光。炽热物体发出的是可见光，低温物体发出的是红外光， 温度 短波长的电磁波的比例 。任何物体（气、液、固）在任何温度下，都会有热辐射。热辐射波谱是连续谱，各种波长(频率)都有，但是强度不同。 例如加热铁块，随着温度的升高: 开始不发光 黄白色橙色暗红热辐射第2页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二红外照相机拍摄的人的头部的热图 热的地方显白色，冷的地方显黑色第3页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二 炼钢的热辐射第4页，共1

2、9页，2022年，5月20日，18点6分，星期二 红外夜视仪拍的照片第5页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二（单位时间内） T单位面积2、辐射出射度和吸收比1、光谱辐出度（单色辐出度）单位时间内，从物体单位表面发出的频率在 附近单位频率间隔内的电磁波的能量。取决于T，物质种类和表面情况2、（总）辐出度（总发射本领）单位时间内从温度为T 的黑体的单位面积上 所辐射出的各种波长电磁波的能量总和 空间辐射测试装置第6页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二单位：w/m23、吸收比（辐射）到某一不透明物体表面能量一部分能量被物体散射或反射一部分能量被物体吸收频率在范

3、围内照射到温度为T的物体单位面积上的辐射能定义： 吸收比第7页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二室温下，反射光1100K，自身辐射光3、基尔霍夫（Kirchhoff）辐射定律：实验表明：之间存在一定的联系一个黑白花盘子的两张照片原来白底的地方吸收的少（反射的多），发射的光强也就弱；基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff,18241887）德国物理学家 第8页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二 123T这表明：在平衡热辐射时，有规律：利用利用这个定律可撇开材料的具体性质，来普遍地研究热辐射本身的规律。与材料无关，是一个普适函数！原来黑花纹

4、的部分吸收的多（反射的少），发射的光强也就强；基尔霍夫定律问题提出：是否存在一种这样一种物体其吸收比与频率和温度 无关？第9页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二4、 黑体（black body）：能完全吸收照射到它上面的各种频率电磁波的物体，称为黑体。黑体的光谱吸收比 ，T =1-理想模型。维恩设计的黑体：黑体为不透明材料的空腔 开的一个小孔。黑体能吸收各种频率的电磁波， 也能辐射各种频率的电磁波实验表明辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强。黑体空腔小孔吸收与发射第10页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二 会聚透镜空腔小孔平行光管棱镜热电偶 1).黑体辐

5、射测量的实验装置对黑体加热，会放出热辐射。通过光栅可得到黑体辐射的频谱。通过热电偶可得到黑体辐射的光谱辐出度。 黑体辐射谱（即 关系）的规律第11页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二黑体辐射谱（实验规律）不同温度下的黑体辐射曲线钨丝和太阳的热辐射曲线可见光区曲线与横轴围的面积就是第12页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二5、斯特藩 玻耳兹曼定律 Stefan（德）Boltzman（奥） 斯特藩 玻耳兹曼常量 斯特藩 玻耳兹曼定律和维恩位移定律是测量高温、遥感和红外追踪等的物理基础。1879年斯特藩从实验上总结而得到1884年玻耳兹曼从理论上证明总辐出度M

6、(T)与黑体温度的四次方成正比第13页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二6 维恩位移定律m = C TC = 5.8801010 Hz/K或1893年由理论推导而得m（Wien displacement law）测得T表面 = 5700K若视太阳为黑体，峰值波长定出：第14页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二热辐射定律的发现斯特藩玻耳兹曼定律和维恩位移律是测量高温、遥感和红外追踪等技术的物理基础。维恩 (Wilhelm Wien 德国人 1864-1928)1911年 诺贝尔物理学奖获得者第15页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二7

7、瑞利 金斯公式 辐射的振子模型（n = 1，2）问题：如何从理论上找到符合实验的函数式? 著名公式之一：维恩公式1896年从热力学理论及实验数据的分析而得。， 为常量 空腔壁产生的热辐射，可想象成以壁为节点的许多驻波。经典物理学遇到的困难第16页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二 著名公式之二：瑞利 金斯公式 1900年从经典电动力学和统计物理学理论（能量均分）推导而得。(Rayleigh)(Jeans)单位频率间隔驻波数多 能量“紫外灾难”！该公式在低频段与实验曲线符合得很好。第17页，共19页，2022年，5月20日，18点6分，星期二 由经典理论导出的 M (T)- 公式都与实验曲线不完全符合！ “ 物理学晴朗天空中的一朵乌云!”这正