第20章 量子物理基础
第20章 量子物理基础
前言 1900年,普朗克 “量子”黑体辐 射 1905年,爱因斯坦光子”光电效 应 1913年,玻尔 氢原子理论 H9年:缰在罗毫开始解钙体物理,并 導鉸宇半醪嵂谔籝光、癱导莞的发展,此 后由此又导致了半导体集成电路、电子、通 信、电子计算机的发展,使人类进入信息时 代 ●●0●
前 言 1927年，量子力学开始应用于固体物理，并 导致了半导体、激光、超导研究的发展，此 后由此又导致了半导体集成电路、电子、通 信、电子计算机的发展，使人类进入信息时 代…… 1900年, 普朗克 “量子” 黑体辐 射 1905年, 爱因斯坦 “光子” 光电效 应 1913年, 玻尔 氢原子理论 1924年, 德布罗意 “物质波” 1925年, 薛定谔等 量子力学
§20.1热辐射的量子性 、热辐射 1.定义由于物体内部带电粒子热运动而引起 辐射电磁波(各种频率)的现象。 2.特点 (1)任何温度的物体都有热辐射。 (2)辐射电磁波的总能量与温度有关。 (3)辐射能按波长的分布与温度有关 (4)物质辐射电磁波的同时,也吸收电磁波
一、热辐射 1. 定义 §20.1 热辐射的量子性 2. 特点 （1）任何温度的物体都有热辐射。 （2）辐射电磁波的总能量与温度有关。 （3）辐射能按波长的分布与温度有关。 （4）物质辐射电磁波的同时，也吸收电磁波。 由于物体内部带电粒子热运动而引起 辐射电磁波（各种频率）的现象
3.平衡热辐射 吸收的辐射能等于发射的辐射能,它的温 度维持不变。 热辐射的几个物理量 1.单色辐出度(单色发射本领) T ds dt -2+dE T:单位面积单位时间4-2+d2dM2 dM,∝d dM温度T时,在波长九附近 M,(T) d 单位波长间隔内的辐射强 度
3. 平衡热辐射 吸收的辐射能等于发射的辐射能，它的温 度维持不变。 二、热辐射的几个物理量 1. 单色辐出度（单色发射本领） T： dS dt − + d E T：单位面积 单位时间 − + d dM dM d d d ( ) M M T = 温度T 时，在波长 附近 单位波长间隔内的辐射强 度。
讨 dM M2(T) d (1)T一定: dM,随波长变 太阳 反映了该温度下|12(5800K 辐射能按波长的10 可见 分布 光区 8 (2)T改变: 6鸬钨丝 反映了辐射能按4 (5800K) 波长的分布与T2 的关系。 024681012 (3)与材料有关
dM 随波长变 （1）T 一定： （2）T 改变： 反映了辐射能按 波长的分布与T 的关系。 讨论 d d ( ) M M T = 反映了该温度下 辐射能按波长的 分布。 （3）与材料有关 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 20 30 10 40 50 60 (nm) M (T) 2200K 2000K 1800K 1600K 0 2 4 6 8 10 12 2 12 10 4 6 8 可见 光区 太阳 （5800K） 钨丝 （5800K） M (T)
M(T)爍外线 红外光— 荧光灯放电中的电子 12.000K 太阳表面 6000K 白炽灯 3o00K
M (T) λ
2.辐出度(总发射本领)M(T 温度T时,单位面积单位时间所发射的各 种波长的总辐射能。 两者关系: M(T)=M4(T)dx_曲线下面积 3.吸收比与反射比 吸收能量 a2(T) 入射总能量 (m)、反射能量 入射总能量 对不透明物体:ax(T)+r2(T)=1
2. 辐出度（总发射本领） 温度T 时，单位面积单位时间所发射的各 种波长的总辐射能。 M(T) 两者关系： = 0 M(T) M (T)d —曲线下面积 3. 吸收比与反射比 入射总能量 吸收能量 (T) = 入射总能量 反射能量 r (T) = 对不透明物体： (T)+ r (T) = 1
黑体的热辐射 1.黑体ab2(T)=1,nb2(T)=0 能全部吸收任何波长的热辐射而不反射和 透射的一类物体。 说明(1)理想模型 2)一个开有小孔的空腔,小孔可近似看成 理想黑体
（2）一个开有小孔的空腔，小孔可近似看成 理想黑体。 三、黑体的热辐射 1. 黑体 能全部吸收任何波长的热辐射而不反射和 透射的一类物体。 b (T) = 1,rb (T) = 0 说明 （1）理想模型
(3)基尔霍夫定律 好的吸收体也是好的辐射体 同样温度下,不同物体对同真空4 波长的单色辐出度与单色 吸收比之比值都相等, A 且等于在该温度下黑体对 同一波长的单色辐出度。 M1(T)M2()M2()绝热恒温体 2(7) (T) (T) =M2(T 研究热辐射的中心问题是研究黑体的辐射问题
（3）基尔霍夫定律 同样温度下，不同物体对同 一波长的单色辐出度与单色 吸收比之比值都相等， 好的吸收体也是好的辐射体 绝热恒温体 A1 A2 A3 真空 ( ) = Mb T ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 1 1 a T M T a T M T a T M T b b = == 研究热辐射的中心问题是研究黑体的辐射问题 且等于在该温度下黑体对 同一波长的单色辐出度
黑体辐射的实验研究 (1)实验装置: 黑体 平行光管三棱镜 Mbt 测量系统 (2)实验曲线: 2200K 峰值波长: 2000K 对应最大单色 幅出度的波长 1800K 16004nm)
三棱镜 A 黑体 C 测量系统 （2）实验曲线： (nm) M (T) b 2200K 2000K 1800K 1600K 平行光管 峰值波长： 对应最大单色 幅出度的波长 （1）实验装置： 2. 黑体辐射的实验研究 m