郎伯余弦定律黑體輻射定律

《郎伯余弦定律黑體輻射定律》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第一章光電檢測應(yīng)用基礎(chǔ)輻射度學(xué)和光度學(xué)基本概念郎伯余弦定律黑體輻射定律√光電效應(yīng)光電探測器的噪聲和特性下頁半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識返回下頁上頁返回1.2郎伯余弦定律黑體輻射定律1.郎伯余弦定律(1)點源從強度為I的點源輻射到立體角Ω的通量:(1)若點源向各個方向的輻射是均勻的,則總的通量為:(2)若照射一個小面元dA,dA的法線與dA到點源的連線r的夾角θ,則照到dA上的通量為:由照度的定義得該面元dA上的照度為:(4)(4)為照度E與距離r之間的反比定律。注:電源成立的條件是光源極小或極遠(yuǎn)。(3)（2）擴展源朗伯余弦定律描述了輻射源向半球空間內(nèi)的輻射亮度沿

2、高低角變化的規(guī)律。該定律規(guī)定，若面積元（見下圖）在法線方向的輻射亮度為LN，則它在高低角的方向上的輻射亮度為：即理想反射體單位表面積向空間某方向單位立體角反射（發(fā)射）的輻射亮度與表面法線夾角的余弦成正比。（5）①郎伯余弦定律朗伯源的亮度不隨方向變化而改變（LN），即其上單位投影面積輻射到立體角內(nèi)的功率不隨立體角在空間的取向而改變，因而從任何角度觀測朗伯源的亮度是一樣的，這是因為輻射源的表觀面積隨表面法線與觀測方向夾角的余弦而變化。符合此規(guī)律的輻射面稱為朗伯面。對于絕對黑體，朗伯余弦定律極為正確。但在實際工作和生活中，人們遇到的各種漫輻射源只是近似地

3、遵從朗伯余弦定律，所以朗伯輻射源是個理想化的概念。②郎伯源的輻出度與輻亮度的關(guān)系根據(jù)朗伯定律可以推算出朗伯面的單位面積向半球空間內(nèi)輻射出去的總功率（即輻射出射度Me）與該面元的法向輻射亮度LN之關(guān)系（6）③漫反射面輻射亮度與輻射方向無關(guān)的輻射源稱為漫輻射源。若投射到表面的漫反射面dS上的照度E，則該面接受的光通量為：若漫反射面的反射系數(shù)為K,則該面散射的光通量為：由于漫反射面可近似的看作伯朗反射面,則其中Ls為表面的視亮度,由(7)-（9）得：（7）（8）（9）（10）2、黑體輻射定律絕對黑體:若物體在任何溫度下,對任何波長的輻射能的吸收比α(λ.

4、T)都等于1,則稱該物體為絕對黑體,簡稱黑體?；殷w:若有一物體，對任何波長的輻射能的吸收比α(λ.T)都小于1,且為一常數(shù)η，則稱該物體為灰體,簡稱黑體,η稱為灰體的黑度。不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。（1）基爾霍夫定律MB(λ,T)和αB(λ,T)分別為單色輻出度和單色吸收比。由于絕對黑體的αB(λ,T)=1，則有：（11）（12）(12)為基爾霍夫定律，說明：任何物體單色輻出度和單色吸收比，等于同一溫度下的絕對黑體的單色輻出度。光譜發(fā)射率：（13）（13）說明：強吸收體必然是強發(fā)射體。（2）譜朗克輻射公式1900年，普朗克根據(jù)

5、光的量子理論，以他的“自然光譜中能量分布律”論文開創(chuàng)了自然科學(xué)的新紀(jì)元，建立起描述黑體光譜輻射出射度與波長、熱力學(xué)溫度之間關(guān)系的著名公式：在短波情況下,λT<

6、的全部輻射能量，即黑體的輻射出射度:把普朗克公式代入上式，得MB(λ,T)與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為:（16）（17）（4）維恩位移定律從普朗克公式及圖1－13可以看出:當(dāng)黑體溫度升高時，輻射譜峰向短波方向移動，維恩（W.Wein）位移定律則以簡單的形式給出這種變化的定量關(guān)系。將普朗克公式對求偏導(dǎo)，可以求出黑體在一定溫度下光譜輻射出射度的峰值波長。令上式可化簡為（18）（19）這個關(guān)系式稱為維恩位移定律。光譜輻射出射度的峰值波長與絕對溫度成反比，隨著溫度升高，峰值波長向短波方向移動，這就是物體溫度升高時，其顏色從“紅”變到“白”再變到“藍(lán)”的原因。維恩位

7、移定律可由普朗克的假定來理解?？涨恢械碾姶挪?，是由腔壁中的諧振子在熱激發(fā)下產(chǎn)生振動而輻射的。普朗克假設(shè)諧振子所允許存在的能量是分立的，當(dāng)諧振子和空腔輻射交換能量時，諧振子發(fā)射或吸收的輻射能也只能是分立的數(shù)值。因諧振子發(fā)射或吸收的能量正比于頻率，低頻的諧振子所能發(fā)射或吸收的是小能包，而高頻的諧振子所發(fā)射或吸收的是大能包。當(dāng)腔壁處于低溫時，因熱能主要激發(fā)的是低頻諧振子，而高頻諧振子需要接受更多的能量才能開始發(fā)射，與低頻諧振子比起來，它們當(dāng)中只有一小部分被激發(fā)。因此，腔壁主要發(fā)射長波區(qū)的輻射。當(dāng)腔壁溫度升高后，就有足夠的熱量來激發(fā)更多數(shù)目的高頻諧振子，從

8、而使輻射峰值向短波方向移動。