威廉·維恩：熱輻射、電磁學(xué)物理學(xué)家

1、.威廉·維恩：熱輻射、電磁學(xué)物理學(xué)家威廉·維恩Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien，1864年1月13日1928年8月30日，德國物理學(xué)家，研究領(lǐng)域為熱輻射與電磁學(xué)等。1911年，他因?qū)τ跓彷椛涞任锢矸敲捶瞰I(xiàn)，而獲得諾貝爾物理學(xué)獎。火星上有一個隕石坑以他的名字命名。在國家物理工程研究所，維恩與路德維希·霍爾伯恩Ludwig Holborn一起研究用勒沙特列Le Chatelier溫度計測量高溫的方法，同時對熱動力學(xué)進(jìn)展理論研究，尤其是熱輻射的定律。1893年，維恩提出波長隨溫度改變的定律，后來被稱為維恩位移定律。18

2、94年他發(fā)表了一篇關(guān)于輻射的溫度和熵的論文，將溫度和熵的概念擴(kuò)展到了真空中的輻射，在這篇論文中，他定義了一種可以完全吸收所有輻射的理想物體，并稱之為黑體。1896年他又發(fā)表了維恩公式，即維恩輻射定律，給出了這種確定黑體輻射的關(guān)系式，提供了描繪和測量高溫的新方法。雖然后來被證明維恩公式僅適用于短波，但維恩的研究使得普朗克可以用量子物理學(xué)方法解決熱平衡中的輻射問題。維恩也因為這一研究成果獲得了1911年的諾貝爾物理學(xué)獎。1896年前往亞琛接替菲利普·萊納德后，他在那里建立實驗室研究真空中的靜電放電。1897年開場研究陰極射線，借助帶萊納德窗的高真空管，他確認(rèn)了讓·巴蒂斯特

3、83;皮蘭兩年前的發(fā)現(xiàn)，即陰極射線由高速運動的帶負(fù)電的粒子電子組成。幾乎與約瑟夫·湯姆孫在劍橋發(fā)現(xiàn)電子的同時，維恩用與湯姆孫不同的方法測量到了這些粒子帶電量和質(zhì)量的關(guān)系，并且得出了與湯姆孫一樣的結(jié)果，即它們的質(zhì)量只有氫原子的一千分之一。1898年維恩又研究了歐根·戈爾德施泰因Eugen Goldstein發(fā)現(xiàn)的陽極射線，指出它們的帶正電量與陰極射線的帶負(fù)電量相等，他測量了它們在磁場和電場影響下的偏移，并得出陽極射線由帶正電的粒子組成，并且它們不比電子重的結(jié)論。維恩所使用的方法在約20年后形成了質(zhì)譜學(xué)，實現(xiàn)了對多種原子及其同位素質(zhì)量的準(zhǔn)確測量，以及對原子核反響所釋放能量的計算

4、。1900年維恩發(fā)表了一篇關(guān)于力學(xué)的電磁學(xué)根底的理論論文，此后又繼續(xù)研究陽極射線，并在1912年發(fā)現(xiàn)，在并非高真空的環(huán)境下，氣壓不是非常弱時，陽極射線通過與剩余氣體的原子碰撞，會在運動過程中損失并重得它們的帶電量。1918年他再次發(fā)表對陽極射線的研究結(jié)果，他測量了射線在分開陰極后，發(fā)光度的累積減少過程，通過這些實驗，他推斷出在經(jīng)典物理學(xué)中所稱的原子發(fā)光度的衰退，對應(yīng)于量子物理學(xué)中的原子處于活潑狀態(tài)的時間有限。維恩的這些研究成果，為從牛頓的經(jīng)典物理學(xué)向量子物理學(xué)過渡做出了奉獻(xiàn)，正像馬克斯·馮·勞厄1914年諾貝爾物理學(xué)獎所說的，維恩的不朽的榮耀是“他為我們翻開了通往量子物理學(xué)

5、的大門。維恩因發(fā)現(xiàn)熱輻射規(guī)律維恩位移定律和建立黑體輻射的維恩公式，獲得了1911年度諾貝爾物理學(xué)獎。19世紀(jì)末，人們已經(jīng)認(rèn)識到熱輻射和光輻射都是電磁波，并對輻射能量在不同頻率范圍內(nèi)的分布問題，特別是黑體輻射，進(jìn)展了較深化的理論和實驗研究。維恩和拉梅爾創(chuàng)造了第一個實用黑體空腔發(fā)射體，為他們的實驗研究提供了所需的“完全輻射。維恩在前人研究的根底上于1893年提出了理想黑體輻射的位移定律：lmaxT=常數(shù)。該定律指出，隨著溫度的升高，與輻射能量密度極大值對應(yīng)的波長向短波方向挪動。由于輻射通量密度與輻射能量密度之比為c/4，所以在測出對應(yīng)輻射通量密度極大值的lmax后，就可以根據(jù)維恩位移定律確定輻射體的溫度。光測溫度計就是根據(jù)這一原理制成的。接著，維恩研究了黑體輻射能量按波長的分布問題。他從熱力學(xué)理論出發(fā)，在分析了實驗數(shù)據(jù)之后，得到了一個半經(jīng)歷的公式.即維恩公式。其中，El為在波長l處單位波長間隔的輻射能量；C1和C2是兩個經(jīng)歷參數(shù)，通過符合實驗曲線來確定；T為平衡時的溫度。維恩公式在短波波段與實驗符合得很好，但在長波波段與實驗有明顯的偏離。后來，在進(jìn)