《15-1黑体辐射》-课件设计（公开）.ppt

黑体辐射的理论研究涉及热力学、统计物理学和电磁学，因而成为19世纪末物理学家研究的中心问题之一。 1、 辐射物体中包含大量谐振子，频率为ν的电磁波是由频率为ν的振子发射的，这些振子的能量是取特定的分立值ε，2ε，3ε，……nε. * 第十五章量 子 光 学 第十五章 量 子 光 学 *在量子概念的提出中起关键性作用的物理效应 黑体辐射(Black-body radiation) 光电效应（photoelectric effect） 康普顿效应（Compton effect） 一、 热辐射（heat radiation） 实验表明：一切物体均以电磁波的形式向外辐射能量。 1、热辐射：能量的辐射与温度有关。 §15-1 黑体辐射 热辐射的特点：① 消耗物体的内能而实现电磁波的辐射； ② 固体和液体在任何温度下都可以进行热辐射； ③ 单位时间内辐射的能量与波长、温度以及物体的性质有关； ④ 热辐射的电磁波是连续的。 例：金属在熔炼过程中；碳在燃烧过程中 温度低于800k时，辐射能量分布在红外长波区域。 高于800k时，辐射能量增加，并向短波方向变化， 逐渐进入到可见光区域。 黑体辐射属于热辐射问题中的一部分。 可见光只是辐射电磁波中很窄的一部分。 平衡热辐射: 辐射和吸收的能量恰好相等时，物体和辐射场就处于温度一定的平衡态，平衡态下的辐射称为平衡热辐射。一个好的辐射体也是一个好的吸收体 3、单色辐出度： 2、辐出度： 单位时间、单位表面积上所辐射出的，在波长 附近单位波长间隔中的能量。 此时辐射辐出度与单色辐出度的关系为： 为了描述物体热辐射的规律引入辐出度和单色辐出度 单位时间、单位表面积上所辐射出的各种波长的辐射总能量，用 表示。 二、黑体的辐射定律 物体与物体之间存在辐射场，物体不仅能辐射电磁波，同时也能吸收照射到它表面的电磁波。当吸收能量 和反射能量相等时，达到平衡。物体和辐射场处于同一温度，这时物体和辐射场所处的状态称为平衡态。 吸收比 反（辐）射比 对于非透明物体 （1）、物体的吸收与反射 实验表明：不同的材料，辐射能力 和吸收能力不同。辐射能力强的物体吸收能力也强。 普适函数 在热平衡下，任何物体的单色辐出度与吸收比之比应相同，是一个与材料和形状无关，仅与波长和温度有关的普适函数。 可见，若某种物体的 例 不同材料、不同温度的物体A1 A2 A3 A1 A2 A3 经过长时间后，达到热平衡，温度相同。 A1 A2 A3 称该种物体为绝对黑体，简称黑体 对于黑体 即黑体的单色辐出度，就是所要寻找的普适函数。 用不透明材料制成的一空心容器，壁上开一小孔，可看成黑体。 ( 2 )黑体 : 能在任何温度下完全吸收辐射在它表面上的电磁波的物体。称为绝对黑体，简称黑体。 小孔表面也向外辐射能量，因为空腔内壁每一点都可以作为次波源发出电磁波，由于电磁波的传播和反射，会形成电磁驻波，其能量从小孔逸出，就形成黑体辐射。 例如：a、窑炉开的小孔; b、高楼上的窗口。 研究黑体辐射的目的就是为了找出黑体的单色辐出度，找出普适函数。 在平衡态下，黑体辐射的能量仅是温度和波长的函数，利用分光技术可测出一定温度下的单色辐出度的曲线。 （3）、 黑体热辐射的规律 实验装置 绝对黑体单色辐出度按波长分布实验 在一定温度下，黑体的单色辐出度e0(λ,T)，仅是波长的函数，根据测量数据，可绘出单色辐出度e0(λ,T)与波长的变化曲线。 黑体 辐射谱 分析仪 黑体的辐出度 1700k 1500k 1300k 实验发现：当黑体的温度升高时，单色辐出度最大值所对应的波长?m 向短波方向移动。 数值上等于曲线下的面积 定量分析实验曲线，得到两条实验规律： ?m 维恩位移定律 斯忒藩 ? 玻耳兹曼定律 a、维恩位移定律 在平衡态下黑体辐射单色辐出度的最大值所对应的波长与温度之积是一常数。 称为维恩位移定律常数 1700k 1500k 1300k ?m b、斯忒藩(Stefan)?-玻耳兹曼定律 Stefan根据实验得 称为斯忒藩?-玻耳兹曼常数 以上两定律的应用 （1） 炉温的测量。 （2）地球辐射的电磁波、太阳温度的测量 （3）遥感的利用：进行资源、植被、地质等的测量 例15-1 由测量得到太阳辐射谱的峰值处在 ，计算太阳的表面温度和单位表面积上所辐射的功率；如太阳的辐射是常数，其直径