黑体辐射普朗克的能量子假说.ppt
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1、第十六章 从经典物理到量子物理,杨振宁在爱因斯坦对理论物理学的影响一书中指出:在20世纪初,发生了三次概念上的革命,它们深刻地改变了人们对物理世界的了解,这就是狭义相对论(1905年)、广义相对论(1916年)和量子力学(1925年)。,1900年前后,人们发现了许多经典理论无法解释的一些新实验事实,如:黑体辐射、光电效应、康普顿效应及原子光谱实验规律。,为了解释这些规律,迫使人们去寻找新的物理概念,建立新的理论。量子力学就是在这样的背景下逐渐发展起来的一种新理论.,本章主要介绍上述实验规律以及当时解释这些规律而提出的相关设想.,16-1 黑体辐射 普朗克的能量子假说,一、热辐射的基本概念,1
2、.热辐射,P194,第1段,1,2行,它是由分子、原子热运动引起的。温度不同时 辐射的波长分布不同,例如:加热铁块,随着温度的升高,从看不出发光暗红橙色兰白色,1)概念:由于分子热运动导致物体不断地辐射电磁波,因这种辐射与温度有关,故称热辐射.,热辐射-热能转化为电磁能的过程,如:固体在温度升高时颜色的变化,2)热辐射的基本性质,任何物体在任何温度下都有热辐射。热辐射发射的电磁波是连续光谱(各波长都有,但强度不同)温度越高,辐射能量越大,辐射电磁波的波长越短。,800K以下,只发热,肉眼无法观察,800K以上,才能看到物体发光,P194,第1段,第2行起,直觉:低温物体发出的是红外光 炽热物体
3、发出的是可见光 高温物体发出的是紫外光注意:热辐射与温度有关 激光 日光灯发光不是热辐射,3)平衡热辐射,物体不仅有发射电磁波的本领、还具有吸收、反射电磁波的本领。,P194,第2段,第1行,P194,第2段,第2,3行,如果物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量,物体达到热平衡,称为平衡热辐射。此时物体具有固定的温度。,以下只讨论平衡热辐射。,4.单色辐出度M(T)(或单色发射本领),单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的、波长在 范围内的辐射能为dM(T),,为该物体的单色辐出度。,定义,单位:W/m3,钨丝和太阳的单色辐出度曲线,P194,16.1式及上1,2行,定义:单位时间内
4、从物体表面单位面积上辐射的波长在到+d范围内的辐射能量dM(T)与d的比值为单色辐出度,用M(T)表示.,1)单色辐出度M(T)(或单色发射本领),单位:W/m3,M(T)和,温度、波长有关,发射体材料及表面情况有关,2.描述热辐射的物理量,P194,16.1式及上1,2行,钨丝和太阳的单色辐出度曲线,2)辐射出射度M(T)(或全发射本领),定义:单位时间内从物体表面单位面积上辐射的各种波长电磁波的能量总和,称为该物体的辐射出射度,简称辐出度,用M(T)表示。,单位:W/m2,P194,第3段,1,2行,P194,16.2式及上面1行,M(T)和,温度有关,发射体材料及表面情况有关,温度T 时
5、,物体辐出度与单色辐出度关系,附:钨丝和太阳的单色辐出度曲线,温度T 时,物体辐出度与单色辐出度关系,3)吸收比和反射比,P194,倒第1段,第1,2行,定义:物体在温度T时,反射波长在+d 范围内电磁波能量与相应波长的入射电磁波能量之比,称为该物体的单色反射比,用(,T)表示。,对于不透明物体,P195,16.3式,定义:物体在温度T时,吸收波长在+d 范围内电磁波能量与相应波长的入射电磁波能量之比,称为该物体的单色吸收比,用(,T)表示。,1.绝对黑体,1)定义:如果一物体,能完全吸收各种波长的入射辐射能而无反射,则该物体为绝对黑体,简称黑体。即,二、黑体和基尔霍夫辐射定律,。,2)黑体模
6、型:在不透明材料做成的空腔上开一小孔,这样的小孔就可作为黑体模型。,说明:黑体是一理想模型。实际上“黑体”不存在。,P195,1下1,2行,1.绝对黑体,1)定义:如果一物体,能完全吸收各种波长的入射辐射能而无反射,则该物体为绝对黑体,简称黑体。即,二、黑体和基尔霍夫辐射定律,P195,1下1,2行,对于平衡热辐射,物体辐射的能量和吸收的能量相同。因此 黑体也能辐射各种波长的电磁波 它的辐射的本领最大(和非黑体相比),黑体是一理想模型,实际上“绝对黑体”是不存在的。,黑体模型,在不透明的材料上开小孔做成空腔,空腔外面的电磁波可以通过小孔进入空腔,经过多次反射后,几乎全部被腔壁吸收。,2)黑体模
7、型,小孔能完全吸收各种波长的入射电磁波而成为黑体。,维恩设计的黑体,空腔上的小孔炼钢炉上的小洞,向远处观察打开的窗子近似黑体,,,,,2.基尔霍夫定律,M0(T)表示温度T下绝对黑体的单色辐出度,则上式可简记为,任何物体的单色辐出度和单色吸收比之比,等于同一温度下绝对黑体的单色辐出度,即基尔霍夫定律。,P196,1,2行,任何物体的单色辐出度和单色吸收比的比值,与物体的性质无关,与温度T及波长有关。,P195,16.5式,P195,2下第3行,P195,16.4式,2)由基尔霍夫辐射定律可得以下结论,a)一个好的吸收体,也是好的发射体。,黑体能够吸收各种波长的电磁波,因此黑体也能辐射各种波长的
8、电磁波.,1)基尔霍夫定律适用于平衡热辐射。,说明:,P196,3,4行,b)在热辐射达到平衡时,黑体的单色辐射度随波长变化曲线的形状与黑体的绝对温度T有关,与构成黑体的材料和形状无关.这样,利用黑体就可撇开材料的具体性质来研究热辐射的规律。,绝对黑体既是最好的吸收体,也是最好的发射体。,黑体的辐射的本领最大(和非黑体相比),P196,4行,对于平衡热辐射,物体辐射的能量和吸收能量相同。因为绝对黑体能够吸收各种波长的电磁波,因此绝对黑体也能辐射各种波长的电磁波。,1)定律适用于平衡热辐射,基尔霍夫定律,说明:,P196,3,4行,2)定律表明:一个好的吸收体,也是好的发射体。,一个黑白花盘子的
9、两张照片,绝对黑体既是最好的吸收体,也是最好的发射体。,黑体的辐射的本领最大(和非黑体相比),P196,4行,3)辐射达到平衡时:物体辐射能量=吸收能量。故绝对黑体能够吸收各种波长的电磁波,也能辐 射各种波长的电磁波。,黑体材料和形状无关.,这样,利用黑体就可撇开材料的具体性质来研究热辐射的规律。,黑体温度T有关,黑体M(T)曲线形状与,练2,练1,例1(练考点17),例2,1.实验曲线,三、黑体辐射的基本规律,黑体的单色辐出度Mo(T)按波长分布曲线,1)对应不同的温度,曲线不同。2)每条曲线都有一个峰值。温度越高,峰值的波长越小。3)温度越高,曲线下的面积越大。,特点:,黑体的单色辐出度M
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