01黑体辐射和普朗克能量子假设.ppt

* 黑体辐射 普朗克能量子假设 ? 任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。 一、热辐射 1.热辐射现象 这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。 热辐射的电磁波能量对频率有一个分布。 温度不同，热辐射的电磁波能量不同， 频率分布也不同。 例如加热铁块，随着温度的升高: 开始不发光 暗红 橙色 黄色 白色 炼钢工人在浇铸 同一个黑白花盘子的两张照片 室温下，反射光 1100K，自身辐射光 （与温度有关、热辐射） 电灯泡发光是热辐射； 日光灯发光不是热辐射。 ①.物体在任何温度下都会辐射能量。 注意 ②.物体既会辐射能量，也会吸收能量。物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大，则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大。 辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。 实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。 描写物体辐射本领的物理量。类似于波强。 （1）单色辐出度 2.基尔霍夫定律 1.几个概念 如果从物体单位表面上发射的、波长在 ? 到?＋d?之间的辐射功率为 ,则 与d?之比称为单色辐出度。 　是温度Ｔ和波长?的函数，常写成　 　 　。 它描述了物体热辐射的能谱分布。 表示在一定温度 T 下，单位时间内从物体表面单位面积上波长在 ? 附近单位波长间隔内辐射出的能量。 ? 钨丝、太阳的 和? 关系的实验曲线 描写物体在温度 T 时向外辐射能量本领的物理量。 从物体单位表面积上发射的各种波长辐射的总功率。 辐出度仅是温度的函数。 （２）辐出度 表示在温度 T 时单位时间内、单位面积整个波长范围内的辐射出能量。 （３）吸收比 　 当辐射从外界入射到物体表面时，被物体吸收的能量与入射能量之比称为吸收比。 波长在从? 到?＋d?间隔范围内的吸收比称为单色吸收比。用　　　表示。　　 ２.基尔霍夫定律 N个不同的物体置于一绝热恒温体内，经过热辐射交换能量，达到热平衡态。 但不同物体的辐出度是不同的。要维持平衡热辐射，只有辐射能量较多的物体吸收能量也多，反之亦然。 要维持温度不变，则物体吸收的辐射能必须等于辐射出去的能量。 辐出度较大的物体，其吸收本领一定也较大；辐出度较小的物体，其吸收本领也一定较小。 在热平衡下，任何物体的单色辐出度与单色吸收比的比值与物体的性质无关，对于所有物体，这个比值是波长和温度的普适函数。 好的吸收体也是好的辐射体。 基尔霍夫定律 物体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收外界辐射来的能量。 黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体。 1.黑体 对于任意温度或波长，绝对黑体的吸收比都恒为1： 二、黑体辐射 　 根据基尔霍夫定律，黑体既是完全的吸收体，也是理想的发射体。 　 黑体是一种理想的模型，在自然界中并不存在完全理想的黑体。 可把一个开小孔的不透光空腔看成黑体。 实验中将开有小孔的空腔视为黑体，使其恒温，测量从小孔中辐射出来的各种波长范围的单色辐出度与波长之间的关系。 实验发现，在相同的温度下，不同物质的黑体会发出相同的热辐射谱，单色辐出度是温度 T 的函数，与黑体材料无关。 实验装置 2.黑体的辐射分布 由空腔辐射体的单色辐出度与波长的能谱曲线可知： 1）每一条曲线都有一个极大值。 2）随着温度的升高，黑体的单色辐出度迅速增大，并且曲线的极大值逐渐向短波方向移动。 1.斯特藩-玻耳兹曼公式 斯特藩—玻尔兹曼公式说明了黑体辐出度与温度的关系。 —斯特藩常量 黑体辐出度 M0(T ) 与绝对温度的四次方成正比。 含义：对于黑体，温度越高，辐出度越大且随T增高而迅速增大。 3.黑体的两个试验定律 2. 维恩位移公式 维恩位移公式表示了黑体单色辐出度最大值相对对应的波长与温度的关系。 含义：随着温度的升高，单色辐出度的峰值向短波方向移动。 例：（1）温度为室温（20°C）的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？（2）辐出度是多少？ 解：（1）由维恩位移定律 （2）由斯特藩-玻耳兹曼定律 例、若视太阳为黑体， 测得 可得 维恩 因热辐射定律的发现 1911年获诺贝尔物理学奖。 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。 三、普朗克的能量子假设 如何从理论上推导出符合实验结果的函数表达式就成为当时物理学中引入注目的问题之一。 经典物理学所遇到的困难 ----