经典辐射定律.ppt

1、7.2 经典辐射定律,化学发光：在辐射过程中物质内部发生化学变化的； 比如：燃烧 光致发光：用外来的光或任何其他辐射不断地或预先地照射物质而使之发光的； 比如：荧光、磷光 场致发光：由电场作用引起辐射的过程； 比如：电弧放电、火花放电、辉光放电 阴极发光：通过电子轰击引起固体产生辐射的过程； 以上发光统称为非热辐射,1. 热辐射,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。,热辐

2、射,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,炼钢的热辐射,红外夜视仪拍的照片,（单位时间内）,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,单位：w/m2,3、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,定义： 吸收比,室温下，反射光,1100K，自身辐射光,3、基尔霍夫（Kirc

3、hhoff）辐射定律：,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,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？,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

4、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,1).黑体辐射测量的实验装置,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,黑体辐射谱（实验规律）,不同温度下的黑体辐射曲线,曲线与横轴围的面积就是,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。

5、,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(T)与黑体温度的四次方成正比,6 维恩位移定律,m = C T,C = 5.8801010 Hz/K,或,1893年由理论推导而得,（Wien displacement law）,测得,T表面 = 5700K,若视太阳为黑体，,峰值波长,定出：,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,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, 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。,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。,由经典理论导出的 M (T)- 公式