黑体辐射普朗克假说.ppt

* 电磁波 v E H 1、电磁波是一横波 2、E与H同位相 3、 4、电磁波的偏振性 介质中 波速： 真空中 波速： 5.电磁波的传播速度 能量密度 能流密度 量子物理基础 N.玻尔、M.玻恩、 W.L.布拉格、L.V.德布罗意、A.H.康普顿、M.居里、P.A.M 狄喇克、A.爱因斯坦、W.K.海森堡、 郞之万、W.泡利、普朗克、薛定谔 等 第五次索尔维会议与会者合影(1927年) 热辐射普朗克的量子假设 普朗克(1858-1947) 普朗克像 §16-1 热辐射 普朗克的量子假设 固体在温度升高时颜色的变化 1400 K 物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度。 800 K 1000 K 1200 K 1. 热辐射现象 热辐射 : 由温度决定的物体的电磁辐射。 头部热辐射像 头部各部分温度不同，因此它们的热辐射存在差异，这种差异可通过热象仪转换成可见光图象。 辐射 能量 0 1.0 1.75 波长 ( ?m ) 2.单色辐出度和辐射出射度 单色辐出度 与物体的温度和辐射波长有关。 单色辐出度：单位时间内，温度为T 的物体单位面积上发射的波长在 到 范围内的辐射能量 与波长间隔 的比值，用 表示。 辐射出射度:单位时间内，从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为物体的辐射出射度，简称辐出度。 辐出度只是物体温度的函数。 I 3.单色吸收比和单色反射比 如果以 I 表示入射能量，A和R分别表示吸收能量和反射能量 则有 I ?(T) = A ?(T) + R ?(T) R A ? ?(T) + ? ?(T) = 1 其中 ? ?(T) = A ?(T) / I ?(T) 称为单色吸收比。 ?(?,T) = R ?(T) / I ?(T) 称为单色反射比。 4. 绝对黑体 若物体能够完全吸收入射的全部可见光 — 黑颜色物体 若物体能够完全吸收任何入射波长的辐射能 — 绝对黑体 黑体 ： ? ?(T) = 1， ? ?(T) = 0 白体 ： ? ?(T) = 0， ? ?(T) = 1 灰体 ： ? ?(T) ， ? ?(T) 均在0 ~ 1之间 在同样的温度下,各种物体对同一波长的单色辐出度与单色吸收比之比值都相等。 该定律适用于平衡热辐射。 5. 基尔霍夫辐射定律 基尔霍夫 （1）某物体辐射的能量多，吸收的能量也多。不辐射某一波长的辐射能，也不吸收这一波长的辐射能。 室温下的白底黑五星瓷片 高温下的白底黑五星瓷片 （2）对任何波长的辐射能，黑体比同温度下所有其他物体发射和吸收的都要多。 有关实验： S1 S2 B1 B2 T 6. 黑体辐射实验规律 不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。 黑体模型 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 测定黑体辐出度的实验简图 P L2 B2 A L1 B1 C A为黑体 B1PB2为分光系统 C为热电偶 M?0 (10-7 × W / m2 · ?m) ? (? m) 0.5 1.0 1.5 2.0 10 5 0 M?0 (10-7 × W / m2 · ?m) ? (? m) 可见光 5000K 6000K 3000K 4000K 黑体的辐出度与黑体的绝对温度四次方成正比： （1） 斯特藩-玻耳兹曼定律 根据实验得出黑体辐射的两条定律： 热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。 斯特藩常数 M?0 (10-7 × W / m2 · ?m) ? (? m) 对于给定温度T ，黑体的单色辐出度 有一 最大值,其对应波长为 。 热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。 （2） 维恩位移定律 M?0 (10-7 × W / m2 · ?m) ? (? m) 太阳表面温度 ? Mλ 辐出度 测得太阳光谱的峰值波长在绿光区域，为 ?m = 0.47 ?m.试估算太阳的表面温度和辐出度。 例 太阳不是黑体，所以按黑体计算出的 Ts 低于太阳的实际温度；M B (T) 高于实际辐出度。 说明 解 19世纪末，由于冶金等各方面的需求，人们急于知道辐射强度与光波长之间的函数关系。当时维恩和瑞利-金斯分别发表了两个公式，试图解决这一问题。 维恩经验公式 问题：如何从理论上找到符合实验曲线的函数式 7. 普朗克量子假设 这个公式与实验曲线波