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1 能量子假设

* 1 能量子假设 分子(含有带电粒子)的热运动使物体辐射 电磁波。这种与温度有关的辐射称为热辐射 (heat radiation)。 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 1 热辐射和黑体辐射 温度为T 时,单位时间内从物体单位表面发出的 频率 在? 附近单位波长区间内的电磁波的能量, 称为光谱辐出度M?(T) 物质种类 表面情况 T M?(T)和?? (T)决定于 温度为T 时,(单位时间内)入射到物体(单位表面)的,频率在?→ ?+d? 间隔内的电磁波的能量被物体吸收的百分比称为吸收比?? (T) 。 称为总辐出度 ★平衡热辐射 我们下面只讨论平衡热辐射的情况。 物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收 的能量时,热辐射过程达到热平衡,称为 平衡热辐射。此时物体具有固定的温度。 提出 “理想模型”—黑体 研究热辐射本身的规律,应利用辐射本领 M? 只与频率、温度有关,而和材料及表面状态无关的物体。 维恩设计的黑体:为不透明材料的空腔开的一个小孔。这小孔(黑体)能吸收各种频率的电磁波。 黑体 黑体的光谱吸收比 ?? (T) =1----‘理想模型’。 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。 黑体的热辐射与空腔的形状、材料及‘表面状态’ 都无关,是最好的研究对象。 黑体的吸收本领最大辐射本领也最大 斯特藩—玻耳兹曼定律(实验定律) ? =5.67×10- 8 W/(m2K4) 黑体辐射光谱中辐射最强的频率?m与黑体温度T 之间满足正比关系 总辐出度M(T)与黑体温度的四次方成正比 维恩位移定律(实验定律) 2 黑体辐射的实验规律 b = 2.898×10-3m·K 经典物理学所遇到的困难 ---- 如何解释黑体辐射实验曲线? 空腔壁产生的热辐射,想象 成空腔壁内有许多以壁为 节点的电磁驻波。 其中最典型的是维恩公式 和瑞利—金斯公式: 黑体内的驻波 但是, 由经典理论导出的M?(T )~? 公式都与实验结果不符合! 3 普朗克能量子假设 (1)维恩公式(非前面的维恩位移定律) 他假定驻波能量按频率的分布类似于 (经典的)麦克斯韦速度分布率。得 (2)瑞利—金斯公式 瑞利假定驻波的平均能量为 kT (经典的能量均分定理),得 在高频段好;低频段明显偏离实验曲线! 在低频段尚好;高频段 (紫外区)与实验明显不符, 短波极限为无限大—“紫外灾难”! 瑞利-琼斯 维恩理论值 实验 T=1646k 即物体发射或吸收电磁辐射 只能以“量子”方式进行。 普朗克认为空腔黑体的热平衡状态,是组成腔壁 的带电谐振子不断发射和吸收电磁波的平衡状态。 他认为谐振子的能量 E 只能是离散值(不连续!) 他把每个E值都称为能量子。 h 称为普朗克常数。 *

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