91经典辐射定律.pptVIP

* * 物理科学与信息工程学院 第九章 光的量子性 Quantum Property of Light 光的电磁理论揭示了光的电磁波本质，成功地解释了光的干涉、衍射和偏振等光学现象。 但是19世纪末以来，许多重要实验的结果与经典电磁波理论相违背，用波动理论解释这些实验中光的行为时遇到了不可克服的困难。这迫使人们对光的本性作进一步的探索，从而导致了光的量子性概念的建立。光的量子性概念的确立及随后量子理论的发展，使人们对微观世界的认识产生了深刻的变化。 本章将通过黑体辐射、光电效应和康普顿效应等在科学史上具有重大意义的实验结果及基本规律来阐明光的量子特性。 物理科学与信息工程学院 §9.1 经典辐射定理 Classical Radiation Laws 一. 热辐射 辐射：物体以电磁波（光波）的形式向外发射能量，称为辐射。 物体向外辐射能量时将消耗本身的能量。要长期维持这种辐射，就必须不断地从外界补充能量。 补充能量的方式是多种多样的。可以大致划分为两大类。 物理科学与信息工程学院 第一类，物体在辐射的过程中，原子或分子的内部状态发生变化。这种由原子或分子内部运动能量转变为辐射能的过程，称为发光。 例如：在辐射过程中物质内部发生化学变化（如燃烧）的，叫做化学发光。 用外来的光或任何其他辐射不断地或预先照射物质而使之发光的过程，称为光致发光。如荧光、磷光等。 由电场作用引起的辐射过程叫做场致发光。如电弧放电、火花放电和辉光放电等。 通过电子轰击也可以引起固体产生辐射，就叫做阴极发光。 物理科学与信息工程学院 第二类，物体在辐射过程中，不改变原子或分子的内部运动状态。发射的辐射能是由物体中原子、分子的热运动能量转变的。这种由热运动能量转变为辐射能的过程称为热辐射。 如果物体从外界吸收的能量恰好等于因辐射而减少的能量，这时的热辐射称为平衡热辐射。处于平衡热辐射状态的物体，温度保持恒定，由称为温度辐射。 实验发现，热辐射的光谱是连续的，任何物体在任何温度下都能进行热辐射。也能从周围物体吸收热辐射。 组成物体的材料及表面性质不同，辐射情况也不同。 物理科学与信息工程学院 随着温度的升高，辐射总功率将增大，辐射功率在光谱中的分布由长波向短波转移。 例如，在室温下，大多数物体辐射不可见的红外光。 又如：把铁条插在炉火中，它会被烧得通红，起初在温度不太高时，我们看不到它发光，却可感到它辐射出来的热量，当温度这到500℃左右时，铁条开始发出可见的光辉。随着温度的升高，不但光的强度逐渐增大，颜色也由暗红转为橙红。大约到1500℃时，就变成明亮的白炽光。 物理科学与信息工程学院 这说明，同一物体在一定的温度下，所辐射的能量在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高，辐射能量最大值对应的波长逐渐向短波方向移动。 二. 辐射出射度 单色辐出度 单色吸收比 为了定量描述物体热辐射的本领，而引入辐射出射度和单色辐出度的概念。 1. 辐射出射度 定义：从物体表面单位面积上发射的各种波长的总辐射功率称为～。W(T) W(T)是温度T的函数，并与物体的性质有关，例如物体表面的光滑程度等。单位：W/m2。 物理科学与信息工程学院 2. 单色辐出度 若温度为T的物体，从单位面积发射的波长在?到?+d?范围内的辐射功率为dM(?)，则定义 ——单色辐出度 单色辐出度即为单位面积单位波长范围内的辐射功率。单位：W/m3。 则辐射出射度可写为 物理科学与信息工程学院 3. 单色吸收比 若照射到温度为T的物体表面上，波长在?附近的单位波长间隔内的辐射功率为dW,而物体吸收同一波长间隔的辐射功率为dW?，则定义： ——单色吸收比 单色吸收比是波长和温度的函数，并与物体的性质有关。例如物体的表面状态等。 因为被照射物体表面可能有反射、散射或透射，则：