黑體輻射普朗克假說

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1、電磁波vEH1、電磁波是一橫波2、E與H同位相3、4、電磁波的偏振性介質(zhì)中波速：真空中波速：5.電磁波的傳播速度能量密度能流密度量子物理基礎(chǔ)N.玻爾、M.玻恩、W.L.布拉格、L.V.德布羅意、A.H.康普頓、M.居里、P.A.M狄喇克、A.愛因斯坦、W.K.海森堡、郞之萬、W.泡利、普朗克、薛定諤等第五次索爾維會議與會者合影(1927年)熱輻射普朗克的量子假設(shè)普朗克(1858-1947)普朗克像§16-1熱輻射普朗克的量子假設(shè)固體在溫度升高時顏色的變化1400K物體輻射總能量及能量按波長分布都決定于溫度。800K1000K1200K1.熱輻射現(xiàn)象熱輻射:由溫度決定的物體

2、的電磁輻射。頭部熱輻射像頭部各部分溫度不同，因此它們的熱輻射存在差異，這種差異可通過熱象儀轉(zhuǎn)換成可見光圖象。輻射能量01.01.75波長(?m)2.單色輻出度和輻射出射度單色輻出度與物體的溫度和輻射波長有關(guān)。單色輻出度：單位時間內(nèi)，溫度為T的物體單位面積上發(fā)射的波長在到范圍內(nèi)的輻射能量與波長間隔的比值，用表示。輻射出射度:單位時間內(nèi)，從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長的總輻射能，稱為物體的輻射出射度，簡稱輻出度。輻出度只是物體溫度的函數(shù)。I3.單色吸收比和單色反射比如果以I表示入射能量，A和R分別表示吸收能量和反射能量則有I?(T)=A?(T)+R?(T)RA??(T)+?

3、?(T)=1其中??(T)=A?(T)/I?(T)稱為單色吸收比。?(?,T)=R?(T)/I?(T)稱為單色反射比。4.絕對黑體若物體能夠完全吸收入射的全部可見光—黑顏色物體若物體能夠完全吸收任何入射波長的輻射能—絕對黑體黑體：??(T)=1，??(T)=0白體：??(T)=0，??(T)=1灰體：??(T)，??(T)均在0~1之間在同樣的溫度下,各種物體對同一波長的單色輻出度與單色吸收比之比值都相等。該定律適用于平衡熱輻射。5.基爾霍夫輻射定律基爾霍夫（1）某物體輻射的能量多，吸收的能量也多。不輻射某一波長的輻射能，也不吸收這一波長的輻射能。室溫下的白底黑五星瓷片高

4、溫下的白底黑五星瓷片（2）對任何波長的輻射能，黑體比同溫度下所有其他物體發(fā)射和吸收的都要多。有關(guān)實驗：S1S2B1B2T6.黑體輻射實驗規(guī)律不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。黑體模型研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。測定黑體輻出度的實驗簡圖PL2B2AL1B1CA為黑體B1PB2為分光系統(tǒng)C為熱電偶M?0(10-7×W/m2·?m)?(?m)0.51.01.52.01050M?0(10-7×W/m2·?m)?(?m)可見光5000K6000K3000K4000K黑體的輻出度與黑體的絕對溫度四次方成正比：（1）斯特藩-玻耳茲曼定律根據(jù)實驗得出黑

5、體輻射的兩條定律：熱輻射的功率隨著溫度的升高而迅速增加。斯特藩常數(shù)M?0(10-7×W/m2·?m)?(?m)對于給定溫度T，黑體的單色輻出度有一最大值,其對應(yīng)波長為。熱輻射的峰值波長隨著溫度的增加而向著短波方向移動。（2）維恩位移定律M?0(10-7×W/m2·?m)?(?m)太陽表面溫度?Mλ輻出度測得太陽光譜的峰值波長在綠光區(qū)域，為?m=0.47?m.試估算太陽的表面溫度和輻出度。例太陽不是黑體，所以按黑體計算出的Ts低于太陽的實際溫度；MB(T)高于實際輻出度。說明解19世紀(jì)末，由于冶金等各方面的需求，人們急于知道輻射強度與光波長之間的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)時維恩和瑞利-金

6、斯分別發(fā)表了兩個公式，試圖解決這一問題。維恩經(jīng)驗公式問題：如何從理論上找到符合實驗曲線的函數(shù)式7.普朗克量子假設(shè)這個公式與實驗曲線波長短處符合得很好，但在波長很長處與實驗曲線相差較大。維恩o實驗值/μm維恩線12345678瑞利--金斯公式這個公式在波長很長處與實驗曲線比較相近，但在短波區(qū)，按此公式，將隨波長趨向于零而趨向無窮大。瑞利、金斯兩人是根據(jù)經(jīng)典物理的理論嚴(yán)密推導(dǎo)的，理論值與實驗值在短波區(qū)的北轍南轅，使人們不得不稱之為“紫外災(zāi)難”。瑞利o實驗值/μm維恩線瑞利--金斯線紫外災(zāi)難12345678維恩公式和瑞利-金斯公式都是用經(jīng)典物理學(xué)的方法來研究熱輻射所得的結(jié)果，都

7、與實驗結(jié)果不符，明顯地暴露了經(jīng)典物理學(xué)的缺陷。黑體輻射實驗是物理學(xué)晴朗天空中一朵令人不安的烏云。為了解決上述困難，普朗克利用內(nèi)插法將適用于短波的維恩公式和適用于長波的瑞利-金斯公式銜接起來，提出了一個新的公式：普朗克常數(shù)這一公式稱為普朗克公式。它與實驗結(jié)果符合得很好。8.普朗克的內(nèi)插公式o實驗值/μm維恩線瑞利--金斯線紫外災(zāi)難普朗克線12345678普朗克公式還可以用頻率表示為：將維恩公式和瑞利公式綜合在一起，理論值與實驗結(jié)果符合得較好。當(dāng)ν→0，即在長波范圍，普朗克定律變?yōu)槿鹄鹚构?。?dāng)ν→∞，即在短波范圍，又與維恩