黑体辐射出射度曲线绘制

1、黑体辐射出射度曲线绘制一、 目的：学习和巩固黑体辐射定律,验证普朗克辐射定律、斯蒂芬 等定律；明白单色仪的工作原理及基本结构；二、 内容：依据试验指导书的要求和步骤操作仿真黑体试验装置,-玻尔兹曼验证黑体相关定律；三、 设备： WHS-型黑体试验装置,运算机,打印机等；四、 原理：黑体是一个能完全吸取并向外完全辐射入射在它上面的辐射能的理想物体；黑体的光谱辐射量和温度之间存在精确的定量关系,确定了黑体的温度, 就可以确定其他的辐射量, 因此黑体辐射定律在辐射度学中起了基准的作用,占据特别重要的位置；自然界不存在确定黑体, 用人工的方法可以制成尽可能接近确定黑体的辐射源；钨的熔点约为 3695K

2、,充气钨丝灯的光谱辐射分布和黑体特别接近,因此可以用来仿真黑体； CIE 规定分布温度 2856K 的充气钨丝灯作为标准 A 光源,以此实现确定温度为 2856K 的完全辐射体的辐射,即标准照明体 A；本次试验所用的 WHS-1 黑体试验装置就是以溴钨灯模拟黑体的辐射源,通过转变灯丝的电流来模拟转变黑体的色温；描述黑体辐射定律的普朗克公式以波长表示的形式为：.1 1.0 ,T = .5 exp .2 . -1 1式1中,第一辐射常数 . 1 = 2. 2 = 3.7418 . 10-16 . . .2；其次辐射常数 . 2 =. = 1.4388 . 10-2m . K；k 为玻尔兹曼常数；

3、c为光速；由于黑体是朗伯辐射体,因此可以得到黑体的光谱辐亮度表示式如下：L0 ,T =.112. 5exp .2 . -1斯蒂芬 -玻尔兹曼定律描述的是黑体的辐射出射度与温度之间的关系：M0. = . 4 . . 23式3中, = c1 .415. 4 = 5.6696 . 10-8 . .2 . .-4 数；称为斯蒂芬 -玻尔兹曼常黑体光谱辐射是单峰函数,其峰值波长中意维恩位移定律：.= . . . . 4式4中,常数 b = . 24.9651 = 2898 . .；试验就是要验证黑体辐射的上述定律；WHS-1 型黑体试验装置的工作过程为： 调整灯丝电流为某一数值, 如 1.7A,停留几分

4、钟待光源稳固； 单色仪光栅机构复位, 从 800nm 至 2500nm 以确定的间隔如 1nm进行扫描,将数据存进内存即软件中所指“ 寄存器 _1” 等 ,显示的辐出度数值为：辐出度显示值=波长扫描探测器实测值. 理论值；为保证显示值不偏标定值离理论值太多,除了要保证光栅扫描机构的精度外, 溴钨灯的稳固性也特别重要；因此溴钨灯的预热,以及调整电流后,应有充分的稳固时间；五、试验步骤：1. 正确连接运算机、单色仪、接收单元、电控箱、溴钨灯电源、溴钨灯；2. 打开运算机、电控箱及溴钨灯电源,使机器预热 20 分钟；3. 依据软件的提示,确认反射镜拨杆的位置置于位置“1” ,即把拨杆拨向出射狭缝方向

5、（拨向相反方向用于“ 观看窗查看二级谱线” 试验）；4. 将溴钨灯电源的电流调剂为 1.7A（即对应黑体色温 2999K）扫描一条从8002500nm 的曲线,得到在色温2999K 时的黑体辐射曲线；留意：测试完一条曲线后,可以点击主菜单的“验证热辐射定律 ” 下的“ 普朗克辐射定律 W ” 进行验证； 输入 8002500nm之间不同的波长值, 验证测量值和理论值的符合程度；假如相差太大,此时应点击“工作 ” 下的“ 修正黑体辐射系数参数Y ”的“ 选择运算Z ” 进行标定；标定步骤参照 “ 使用说明书”2022页的说明进行；5.依次转变溴钨灯的电源为1.6A（对应 2889K）,1.5A（

6、对应 2674K）,1.4A（对应 2548K）,1.3A（对应 2544K）,1.2A（对应 2303K）,1.1A（对应2208K）,1.0A（对应 2101K）,0.9A（对应 2022K）,可得到相应色温的6.黑体辐射曲线,分别存入各寄存器,最多可以存9 条曲线；试验结果如下：进行完步骤 5,且每次验证普朗克定律误差较小, 就可以验证斯蒂芬 -玻尔兹曼 定律和维恩位移定律；试验结果如下：图 4. 维恩位移定律验证界面图 3. 斯蒂芬 -玻尔兹曼定律验证界面留意事项图 4. 维恩位移定律验证界面六、留意事项：1. 日常使用时黑体辐射系数参数已标定好,因此一般情形下不要调整入射和出射狭缝的大小；2. 假如因测试环境发生变化（狭缝大小变化）或试验数据误差过大,就需要参照软件提示和“ 使用说明书”修正；七、参考文献：2022页的