經(jīng)典輻射定律

經(jīng)典輻射定律第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四熱輻射強度按波長(頻率)的分布和溫度有關(guān)，

高溫物體發(fā)出的是紫外光。熾熱物體發(fā)出的是可見光，低溫物體發(fā)出的是紅外光，

溫度

短波長的電磁波的比例。任何物體（氣、液、固）在任何溫度下，都會有熱輻射。熱輻射波譜是連續(xù)譜，各種波長(頻率)都有，但是強度不同。

例如加熱鐵塊，隨著溫度的升高:

開始不發(fā)光→→→

黃白色橙色暗紅熱輻射第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四紅外照相機拍攝的人的頭部的熱圖熱的地方顯白色，冷的地方顯黑色第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四煉鋼的熱輻射第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四紅外夜視儀拍的照片第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四（單位時間內(nèi)）

T單位面積2、輻射出射度和吸收比1、光譜輻出度（單色輻出度）—單位時間內(nèi)，從物體單位表面發(fā)出的頻率在

附近單位頻率間隔內(nèi)的電磁波的能量。取決于T，，物質(zhì)種類和表面情況2、（總）輻出度（總發(fā)射本領(lǐng)）單位時間內(nèi)從溫度為T的黑體的單位面積上所輻射出的各種波長電磁波的能量總和空間輻射測試裝置第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四單位：w/m23、吸收比（輻射）到某一不透明物體表面能量一部分能量被物體散射或反射一部分能量被物體吸收頻率在范圍內(nèi)照射到溫度為T的物體單位面積上的輻射能定義：吸收比第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四室溫下，反射光1100K，自身輻射光3、基爾霍夫（Kirchhoff）輻射定律：實驗表明：之間存在一定的聯(lián)系一個黑白花盤子的兩張照片原來白底的地方吸收的少（反射的多），發(fā)射的光強也就弱；基爾霍夫（GustavRobertKirchhoff,1824～1887）德國物理學(xué)家第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四

123T這表明：在平衡熱輻射時，有規(guī)律：利用利用這個定律可撇開材料的具體性質(zhì)，來普遍地研究熱輻射本身的規(guī)律。與材料無關(guān)，是一個普適函數(shù)！原來黑花紋的部分吸收的多（反射的少），發(fā)射的光強也就強；基爾霍夫定律問題提出：是否存在一種這樣一種物體其吸收比與頻率和溫度無關(guān)？第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四4、黑體（blackbody）：能完全吸收照射到它上面的各種頻率電磁波的物體，稱為黑體。黑體的光譜吸收比

，T=1----‘理想模型’。維恩設(shè)計的黑體：黑體為不透明材料的空腔開的一個小孔。黑體能吸收各種頻率的電磁波，也能輻射各種頻率的電磁波實驗表明輻射能力越強的物體，其吸收能力也越強。黑體空腔小孔吸收與發(fā)射第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四

會聚透鏡空腔小孔平行光管棱鏡熱電偶

1).黑體輻射測量的實驗裝置對黑體加熱，會放出熱輻射。通過光柵可得到黑體輻射的頻譜。通過熱電偶可得到黑體輻射的光譜輻出度。黑體輻射譜（即關(guān)系）的規(guī)律第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四黑體輻射譜（實驗規(guī)律）不同溫度下的黑體輻射曲線鎢絲和太陽的熱輻射曲線可見光區(qū)曲線與橫軸圍的面積就是第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四5、斯特藩—玻耳茲曼定律

Stefan（德）Boltzman（奧）——斯特藩—玻耳茲曼常量

斯特藩—玻耳茲曼定律和維恩位移定律是測量高溫、遙感和紅外追蹤等的物理基礎(chǔ)。1879年斯特藩從實驗上總結(jié)而得到1884年玻耳茲曼從理論上證明總輻出度M(T)與黑體溫度的四次方成正比第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四6維恩位移定律m=C

TC=5.880×1010Hz/K或1893年由理論推導(dǎo)而得m（Wiendisplacementlaw）測得T表面=5700K若視太陽為黑體，－峰值波長定出：第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四熱輻射定律的發(fā)現(xiàn)斯特藩—玻耳茲曼定律和維恩位移律是測量高溫、遙感和紅外追蹤等技術(shù)的物理基礎(chǔ)。維恩(WilhelmWien德國人1864-1928)1911年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四7瑞利——金斯公式

輻射的振子模型（n=1，2）問題：如何從理論上找到符合實驗的函數(shù)式?▲著名公式之一：維恩公式1896年從熱力學(xué)理論及實驗數(shù)據(jù)的分析而得。，

為常量

空腔壁產(chǎn)生的熱輻射，可想象成以壁為節(jié)點的許多駐波。經(jīng)典物理學(xué)遇到的困難第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四▲著名公式之二：瑞利——金斯公式

1900年從經(jīng)典電動力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)理論（能量均分）推導(dǎo)而得。(Rayleigh)(Jeans)單位頻率間隔駐波數(shù)多→能量↑“紫外災(zāi)難”！該公式在低頻段與實驗曲線符合得很好。第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四

由經(jīng)典理論導(dǎo)出的M

(T)-

公式都與實驗曲線不完全符合！

“物理學(xué)晴朗天空中的一朵烏云!”這正