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第六篇近代物理基础 第五章狭义相对论基础 第六章量子物理基础 第七章原子的量子理论
第六篇 近代物理基础 第五章.狭义相对论基础 第六章 量子物理基础 第七章 原子的量子理论
第六章量子物理基础 §1黑体辐射和普朗克 2辐出度和吸收比 的能量子假说 单色辐出度 热辐射(温度辐射) 1热辐射任何物体在任何温M2(T)=dM2/a 度下由于分子的热运动使物 体向外辐射各种波长的电磁单位时间内从物体单位表面 浪 发出的浪长在入附近单位浪 当温度上升时辐射总能增加同间隔内的电磁波的能量 时辐射最大的浪长减小 辐出度:M(T)=M2(m) 物体辐射的同时也吸收辐射 平衡热辐射: 单位:Wm2 单位时间从物体表面单位 物体辐射的能量等于在 面积辐射的总能量. 同一时间所吸收的能量
第六章 量子物理基础 §1 黑体辐射和普朗克 的能量子假说 一. 热辐射(温度辐射) 1.热辐射:任何物体在任何温 度下,由于分子的热运动使物 体向外辐射各种波长的电磁 波. 平衡热辐射: 物体辐射的能量等于在 同一时间所吸收的能量 单位时间内从物体单位表面 发出的波长在附近单位波 长间隔内的电磁波的能量. 辐出度 : = 0 M(T) M (T)d 单位:W·m－2 单位时间从物体表面单位 面积辐射的总能量. 当温度上升时辐射总能增加,同 时辐射最大的波长减小. 物体辐射的同时,也吸收辐射. 2.辐出度和吸收比 单色辐出度: M (T) = dM d
单色吸收比a(物体在温2:辐出度和吸收比 度T时对于波长在λ附近单 位波长间隔内吸收的能量与单色辐出度 辐射的能量的比值 若用P(7)表示对应的M2(m)=aM2/a2 单色反射比对于不透明的单位时间内从物体单位表面 物体有 发出的浪长在入附近单位浪 α(λ,T)+p(λ,T)=1长问隔内的电磁波的能量 3基尔霍夫定律(1859) M,(T) 辐出度:M(T)=M2(m) f(,T) a(,T) 单位:Wm2 推论在热平衡态下凡强单位时间从物体表面单位 吸收体必然是强辐射体.面积辐射的总能量
单色吸收比 :物体在温 度T时,对于波长在附近单 位波长间隔内吸收的能量与 辐射的能量的比值. (,T) 若用 表示对应的 单色反射比,对于不透明的 物体有 (,T) (,T) + (,T) =1 3.基尔霍夫定律(1859) ( , ) ( , ) ( ) f T T M T = 推论I:在热平衡态下,凡强 吸收体必然是强辐射体. 单位时间内从物体单位表面 发出的波长在附近单位波 长间隔内的电磁波的能量. 辐出度 : = 0 M(T) M (T)d 单位:W·m－2 单位时间从物体表面单位 面积辐射的总能量. 2.辐出度和吸收比 单色辐出度: M (T) = dM d
单色吸收比α(,物体在温推论I:(某)物体若不能发射 度T时对于浪长在λ附近单某波长的辐射能那么它也不 位浪长间隔内吸收的能量与能吸收这一波长的辐射能反 辐射的能量的比值 之亦然 若用P(,)表示对应的二黑体和黑体辐射的基本 单色反射比对于不透明的规律 物体有 1黑体 (,7)+P(,7)=1能完全吸收各种波长的 3基尔霍夫定律1859) 电磁浪而无反射的物体 空腔小孔可近似作为黑体 M2(T) f(元,T) (,T) 推论在热平衡态下凡强 吸收体必然是强辐射体
单色吸收比 :物体在温 度T时,对于波长在附近单 位波长间隔内吸收的能量与 辐射的能量的比值. (,T) 若用 表示对应的 单色反射比,对于不透明的 物体有 (,T) (,T) + (,T) =1 3.基尔霍夫定律(1859) ( , ) ( , ) ( ) f T T M T = 推论I:在热平衡态下,凡强 吸收体必然是强辐射体. 能完全吸收各种波长的 电磁波而无反射的物体. 二. 黑体和黑体辐射的基本 规律 空腔小孔可近似作为黑体. 推论II:(某)物体若不能发射 某波长的辐射能,那么它也不 能吸收这一波长的辐射能,反 之亦然. 1.黑体
a(1,)=1(p=0)推论I:(某物体若不能发射 某浪长的辐射能那么它也不 显然有: 能吸收这一波长的辐射能反 f(2,)=MB2()之亦然 二.黑体和黑体辐射的基本 在相同温度下黑体吸收本规律 领最大其发射本领也最大.1黑体 2黑体辐射实验结果 能完全吸收各种波长的 电磁浪而无反射的物体 B 最大,MB2和构成黑体空腔小孔可近似作为黑体 MB元 的材料及表面无关 当T↑,MBA:每一温度T对应 条曲线;且T↑,.An
能完全吸收各种波长的 电磁波而无反射的物体. 二. 黑体和黑体辐射的基本 规律 空腔小孔可近似作为黑体. 推论II:(某)物体若不能发射 某波长的辐射能,那么它也不 能吸收这一波长的辐射能,反 之亦然. 1.黑体 在相同温度下,黑体吸收本 领最大,其发射本领也最大. ( , ) 1 ( = 0) B B T f ( ,T) M (T) = B 显然有: MB 最大, MB 和构成黑体 的材料及表面无关. 2.黑体辐射实验结果: 当T↑, MB ↑↑;每一温度T对应一 条曲线;且T↑ , ↓. m
2(x,)=1(p2=0) 20D0K 显然有: fa,T)=MR(T) 1500K 在相同温度下,黑体吸收本 I250K 领最大,其发射本领也最大 2黑体辐射实验结果 理论物理学家寻找MB2(T g最大 MB元 的材料及表面无关 和构成黑体3斯特藩玻耳兹曼定律 黑体的辐出度与黑体 当T↑,MB2↑:每一温度T对应一的温度的四次方成正 条曲线;且T↑,.An 比、(热力学得出)
在相同温度下,黑体吸收本 领最大,其发射本领也最大. ( , ) 1 ( = 0) B B T f ( ,T) M (T) = B 显然有: MB 最大, MB 和构成黑体 的材料及表面无关. 2.黑体辐射实验结果: 当T↑, MB ↑↑;每一温度T对应一 条曲线;且T↑ , ↓. m M (T) 理论物理学家寻找 B 3. 斯特藩-玻耳兹曼定律 黑体的辐出度与黑体 的温度的四次方成正 比.(由热力学得出)
M(T)=」Mm2()d2=ar 20D0K o=567×108W/m2K4 斯特藩-玻耳兹曼常数 1500K 定律只适用于黑体 I250K 显然斯特藩-玻耳兹 曼未批出f(,T) 理论物理学家寻找MB2(T 4.维恩定律 假设腔内谐振子的能量 3.斯特藩-玻耳兹曼定律 按瓌耳兹曼分布可得出: 黑体的辐出度与黑体 5-B/7 的温度的四次方成正 MR(T=ane 比、(热力学得出)
M (T) 理论物理学家寻找 B 3. 斯特藩-玻耳兹曼定律 黑体的辐出度与黑体 的温度的四次方成正 比.(由热力学得出) = 5.6710-8 W/m2K4 4 0 MB (T) = MB (T)d = T 定律只适用于黑体. 显然,斯特藩-玻耳兹 曼未找出 4．维恩定律 假设腔内谐振子的能量 按玻耳兹曼分布,可得出: T B M T e − − = 5 ( ) ——斯特藩-玻耳兹曼常数 f (,T)
M()=Mm2()d2=σr公式只在短波高频区 低温时才和实验相符在长 o=567×108W/m2K4 浪范围内与实验不符.显然, 斯特藩-玻耳玆曼常数维恩未找出 f(27) 定律只适用于黑体 但令dMB2(T 显然斯特藩-玻耳兹 曼未找出f(元,T) 可得维恩位移定律 2.T= b 4.维恩定律 b=2.897756×10 假设腔内谐振子的能量 按玻耳炫曼分布可得出:当黑体的温度升高时与单 色辐出度M的峰值对应的 5-B/7 MR(T=ane 波长λm向短浪方向移动 这与实验一致
公式只在短波(高频)区, 低温时才和实验相符,在长 波范围内与实验不符.显然, 维恩未找出 f (,T) 但令 0 ( ) = d dMB T = 5.6710-8 W/m2K4 4 0 MB (T) = MB (T)d = T 定律只适用于黑体. 显然,斯特藩-玻耳兹 曼未找出 4．维恩定律 假设腔内谐振子的能量 按玻耳兹曼分布,可得出: T B M T e − − = 5 ( ) ——斯特藩-玻耳兹曼常数 f (,T) 可得 m T = b b = 2.897756×10-3 m·K 当黑体的温度升高时,与单 色辐出度M的峰值对应的 波长m向短波方向移动. 这与实验一致. 维恩位移定律
例1:从太阳光谱的实验观 公式只在短波(高频)区, 测中测知单色辐出度的峰低温时才和实验相符在长 值所相对应的波长为 波范围内与实验不符.显然, 483m试由此估计太阳表维恩未找出 f(,T) 面的温度 但令dMB2(T) 解:把太阳背景视为黑体,可得维恩位移定律 太阳可视为黑体中的小孔 2. T= b 由维恩位移定律 b=2.897756X10 T=b=2898×10600K当黑本的温度升高时与单 483×10 n 色辐出度M的峰值对应的 也可由此方法估算宇宙中其波长λm向短波方向移动 它发光星体的表面温度 这与实验一致
公式只在短波(高频)区, 低温时才和实验相符,在长 波范围内与实验不符.显然, 维恩未找出 f (,T) 但令 0 ( ) = d dMB T 可得 m T = b b = 2.897756×10-3 m·K 当黑体的温度升高时,与单 色辐出度M的峰值对应的 波长m向短波方向移动. 这与实验一致. 维恩位移定律 例1:从太阳光谱的实验观 测中,测知单色辐出度的峰 值所相对应的波长为 483nm.试由此估计太阳表 面的温度. 解: 把太阳背景视为黑体, 太阳可视为黑体中的小孔. 由维恩位移定律 6 000K 483 10 2.898 10 9 3 = = − − m b T 也可由此方法估算宇宙中其 它发光星体的表面温度