热辐射 能量子假设.ppt

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1、一.热辐射现象热辐射：物体在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象。辐射能：物体向四周所发射的电磁波的能量。热辐射具有连续的辐射能谱，波长自红外区延伸到紫外区，并且辐射能按波长的分布主要决定于物体的温度。一般温度下，物体的热辐射主要在红外区。800K1000K1200K1400K铁块颜色随温度变化人体辐射热像图热辐射的电磁波的波长、强度与物体的温度有关，还与物体的性质表面形状有关。二.基尔霍夫辐射定律单色辐出度单位时间内，从物体表面单位面积上发射的波长在—+d范围内的辐射能dE，与波长间隔d的比值。与物体的温度和辐射波长有关。反

2、映了不同温度下辐射能按波长的分布情况。SI制:W/m3辐出度单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，用M(T)表示。与单色辐出度的关系为它只与物体的温度有关。SI制:W/m2辐射能量的能力吸收比：吸收的辐射能与入射的辐射能之比。反射比：反射的辐射能与入射的辐射能之比。吸收比和反射比都跟物体的温度和辐射波长有关。单色吸收比：—+d范围内的吸收比。用a(T)表示。单色反射比：—+d范围内的反射比。用r(T)表示。对于不透明物体绝对黑体(黑体)：在任何温度下，对任何波长的辐射能的吸收比都等于1的物体。吸收能力的量度显然，有基尔霍夫辐射定律在同样的温度下，各种不同物

3、体对相同波长的单色辐出度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下绝对黑体对同一波长的单色辐出度。下标数字1、2…表示不同的物体，0表示绝对黑体。可见好的吸收体也是好的辐射体。黑体是完全吸收体，因此也是理想的辐射体。从基尔霍夫定律看出，只要知道了黑体的辐出度以及物体的吸收比，就能了解一般物体热辐射性质。同一个物体的发射本领和吸收本领有内在联系，室温下的反射光照片1100K的自身辐射光照片图片说明一个好的发射体一定也是好的吸收体。例如：黑白花盘子的反射和自身辐射照片三.黑体辐射实验规律黑体模型不透明材料制成的带小孔的的空腔。热电偶外套加热器黑体辐射测定黑体辐出度的实验简图PL2B2AL1B1

4、CA为黑体B1PB2为分光系统C为热电偶01.02.03.04.05.02200K2000K1800K1600K绝对黑体的单色辐出度按波长分布实验曲线曲线下面积为某温度时的总辐出度黑体的辐出度与黑体的绝对温度四次方成正比：（1）斯特藩-玻耳兹曼定律根据实验得出黑体辐射的两条定律：热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。斯特藩常数对于给定温度T，黑体的单色辐出度有一最大值,其对应波长为。热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。（2）维恩位移定律例1实验测得太阳辐射波谱的m=490nm，若把太阳视为黑体，试计算(1)太阳每单位表面积上所发射的功率，(2)地球表面阳光直射的单位面积上

5、接受到的辐射功率，(3)地球每秒内接受的太阳辐射能。（已知太阳半径RS=6.96108m，地球半径RE=6.37106m，地球到太阳的距离d=1.4961011m。)P216例题13-1解：(1)根据维恩位移定律由斯特藩—玻耳兹曼定律求出辐出度（即单位表面积上的发射功率）(2)太阳辐射的总功率地球表面单位面积上接受到的辐射功率(3)地球接受到太阳辐射功率本题完维恩经验公式问题：如何从理论上找到符合实验曲线的函数式这个公式与实验曲线波长短处符合得很好，但在波长很长处与实验曲线相差较大。获得了1911年度诺贝尔物理学奖四.普朗克的能量子假设黑体的辐出度按波长分布的实验曲线没有相应的理论

6、公式，经典物理无法解释黑体辐射。瑞利--金斯经验公式这个公式在波长很长处与实验曲线比较相近，但在短波区，按此公式，将随波长趋向于零而趋向无穷大的荒谬结果，即“紫外灾难”。维恩公式和瑞利-金斯公式都是用经典物理学的方法来研究热辐射所得的结果，都与实验结果不符，明显地暴露了经典物理学的缺陷。黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。获得1904年诺贝尔物理学奖为了解决上述困难，普朗克利用内插法将适用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利-金斯公式衔接起来，提出了一个新的公式：普朗克常数这一公式称为普朗克公式。它与实验结果符合得很好。o实验值/μm维恩线瑞利--金斯线紫外灾难普朗克线123

7、45678普朗克公式还可以用频率表示为：普朗克得到上述公式后意识到，如果仅仅是一个侥幸揣测出来的内插公式，其价值只能是有限的。必须寻找这个公式的理论根据。他经过深入研究后发现：必须使谐振子的能量取分立值，才能得到上述普朗克公式。能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量