光的量子性与激光简介3 - 赣南师范学院.PPT

第九章 光的量子性和激光简介 §1、热辐射与基尔霍夫定律 一、热辐射 1、热力学原理：热量从高温物体自发的流向低温物体； 2、热量传输的方式：做功、热传递、热辐射； 3、热辐射： ① 物体和物体之间的空间里总是存在一定的辐射场，即各种电磁波； ② 每个物体通过发射和吸收电磁波与周围辐射场交换能量； ③在非平衡状态下，温度高的物体失多于得，温度低的物体得多于失，能量由前者传递后者。 4、辐射场能量描述的几个物理量 （1）辐射能分布函数f(ν、s、r、t) 物理意义：t时刻空间点 r 处，沿 s方向，频率在ν附近单位频率、单位立体角、单位体积元内辐射的能量;即沿 s方向单位频率间隔内、单位立体角内的辐射能密度。 均匀场:f与 r 无关；稳恒场:f与t无关，各向同性:f与 s 无关。 （2）辐射场的能量密度U（单位体积内的辐射能）与其谱密度（单位体积元内，单位频率间隔内的辐射能量） （各向同性） 单位：焦耳/米3（J/m3） （3）发射本领R及其谱密度r R (ν、T) ：从物体表面单位面积发出的辐射功率。 r (ν、T) :从物体表面单位面积发出的频率在附近ν的单位频率间隔内的辐射功率。 （4）吸收本领a(ν、T ) 照射到温度为T的物体上频率在ν～ν+dν范围内的辐射通量与其对应的吸收辐射通量之比，称为该物质的吸收本领，其一般是波长λ和温度t的函数。 二、基尔霍夫定律 1、主要揭示同一物体的辐射本领r(ν、T)和吸收本领a(ν、T)之间的内在联系。 2、内容：任何物体同一温度下的辐射本领r(ν、T)与吸收本领a(ν、T)成正比，比值只与ν和T有关，即: r(ν、T)/ a(ν、T)=F(ν、T) F(ν、T)是一个与物质无关的普适函数。 三、绝对黑体和黑体辐射 1、绝对黑体：在任何温度下都有能把照射在其上任何频率的辐射能完全吸收的物体。 绝对黑体是理想化的物体，实际中任何物质都不是真正的绝对黑体。 空腔小孔实验、 白矮星 2、黑体的辐射：① R随T增加单调增加； ② T增高时，光谱中能量的 分布由长波向短波转移。 3、斯特藩——玻耳兹曼定律： RT=σT4 σ=5.67×10－12 w/cm2·k4 维恩位移定律： λMT=b b=0.288cm ·k 4、维恩公式： r0(λ,T)=αc2exp(-βc/λT)/λ5 5、 瑞利——金斯公式： r0(λ,T)=2πckT/λ4 在短波区维恩公式符合得较好，在长波区瑞利——金斯公式符合较好。 “紫外线灾难”： λ→0， r0(λ,T) →∞ 暴露出经典理论的限局性。 四、普朗克公式和能量子假说 1、普朗克公式 h=6.626×10-34J·s 普适常数—— 普朗克常数 此式包含了维恩公式和瑞利——金 斯公式 2、普朗克能量子假说 频率为ν的谐振子，其能量取值为ε0= hν 的整数倍， ε0=hν称为能量子。 能量是分裂的，能量的交换总是一份一份的（必须是ε0=hν的整数倍）。 普朗克因阐明光量子论而获得1918年诺贝尔物理学奖金。 *  光的量子性和激光简介(1) 制作者：赣南师范学院物理与电子信息学院： 王形华 * * *