熱輻射熱輻射課件

第二章量子物理學(xué)的實驗基礎(chǔ)第二章量子物理學(xué)的實驗基礎(chǔ)§2.1引言微觀粒子與宏觀物體并不僅僅是尺度大小的區(qū)別，它們的運動規(guī)律以及描述它們狀態(tài)的方式上都存在著質(zhì)的區(qū)別。經(jīng)典物理學(xué)和量子物理學(xué)微觀粒子的波粒二象性經(jīng)典物理粒子和波粒是兩個概念§2.1引言微觀粒子與宏觀物體并不僅僅是§2.2經(jīng)典物理學(xué)中的粒子和波一、經(jīng)典物理中的粒子粒子被視為質(zhì)點其狀態(tài)有它的位矢和速度確定在慣性參考系中，其運動服從牛頓第二運動定律確定的因果關(guān)系二、經(jīng)典物理中的波波的特征量是波長和頻率波總是展開在空間一定范圍內(nèi)，即非定域性滿足疊加原理，具有干涉和衍射等波特有的性質(zhì)§2.2經(jīng)典物理學(xué)中的粒子和波一、經(jīng)典物理中的粒子粒子被平面簡諧波波包相速：群速：平面簡諧波波包相速：群速：固體在溫度升高時顏色的變化，白熾燈燈絲1400K800K1000K1200K室溫高溫吸收輻射白底黑花瓷片熱輻射的特點:(1)連續(xù);(2)溫度越高,輻射越強;(3)頻譜分布隨溫度變化;(4)輻射本領(lǐng)越大，吸收本領(lǐng)也越大.

Kirchhoff，1859年§2.3黑體輻射一、熱輻射熱輻射

:由溫度決定的物體的電磁輻射。平衡熱輻射：輻射和吸收達(dá)到平衡時，物體的溫度不再變化。固體在溫度升高時顏色的變化，白熾燈燈絲1400K800K10總輻射本領(lǐng)R(T)：(單色)輻射本領(lǐng)Rn(T)

：在一定溫度T

下，單位時間從單位表面積黑體上輻射的頻率在n

附近單位頻率范圍內(nèi)的輻射能。

吸收本領(lǐng):在頻率ν附近，單位頻率間隔內(nèi)被物體吸收的輻射能和照射在該物體的輻射能之比。二、Kirchhoff定律，1859總輻射本領(lǐng)R(T)：(單色)輻射本領(lǐng)Rn(T)：在一絕對黑體(黑體)：能夠全部吸收各種波長的輻射且不反射和透射的物體。1859年基爾霍夫證明:

與同溫度其它物體的熱輻射相比，黑體熱輻射本領(lǐng)最強。

煤煙約99%黑體模型黑體熱輻射溫度材料性質(zhì)黑體表面三、黑體輻射絕對黑體(黑體)：能夠全部吸收各種波長的輻射且不反射和透射的●應(yīng)用:現(xiàn)代廣泛應(yīng)用于高溫測量、遙感、紅外追蹤等。黑體輻射規(guī)律:1.斯特藩(1879年)—玻耳茲曼定律(1884年)式中輻射本領(lǐng)與

T

4

成正比.2.維恩位移定律(1893年)峰值波長

m

與溫度

T

成反比0.51.01.52.01050R

(10-7

×

W/m2·

m)

(

m)可見光5000K6000K3000K4000K●應(yīng)用:現(xiàn)代廣泛應(yīng)用于高溫測量、遙感、紅外追蹤等。黑體輻由維恩位移定律，太陽表面的溫度為輻射本領(lǐng)為測得太陽光譜的峰值波長在綠光區(qū)域，為

m

=0.47m.例太陽不是黑體，所以按黑體計算出的

Ts

不是太陽的實際溫度；R(T)

高于太陽實際輻射本領(lǐng)。說明

Rl解估算太陽的表面溫度和輻射本領(lǐng)。求由維恩位移定律，太陽表面的溫度為輻射本領(lǐng)為測得太陽光譜的峰值四、Planck量子論1893年Wien利用熱力學(xué)和電磁學(xué)理論得到令方程變?yōu)?/p>

Wien公式→Stefan-BoltzmannWien公式→Wien位移定律四、Planck量子論1893年Wien利用熱力學(xué)和電磁學(xué)理維恩半經(jīng)驗公式(1895年)據(jù)熱力學(xué)和麥克斯韋分布率瑞利—金斯公式(1900-1905年)據(jù)電磁理論和能量均分定理R

普朗克黑體輻射公式(1900年)普朗克常數(shù)：

h=6.6260755(40)×10-34J·s

為從理論導(dǎo)出這一黑體輻射公式，普朗克提出了能量量子化假設(shè)。WienRayleigh-JeansPlanck維恩半經(jīng)驗公式(1895年)據(jù)熱力學(xué)和麥克斯韋分布率瑞利—電磁波普朗克能量子假設(shè)

若諧振子頻率為v，則其能量是

hv,2hv,3hv,…,nhv,…

首次提出微觀粒子的能量是量子化的，打破了經(jīng)典物理學(xué)中能量連續(xù)的觀念。腔壁上的原子(諧振子)能量與腔內(nèi)電磁場交換能量時，諧振子能量的變化是hv(能量子)

的整數(shù)倍.說明（絕望地、不惜任何代價地）打開了人們認(rèn)識微觀世界的大門,在物理學(xué)發(fā)展史上起了劃時代的作用。電磁波普朗克能量子假設(shè)若諧振子頻率為v，則其能量是首次Rayleigh-Jeans