黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)

1、 量子概念是 1900 年普朗克首先提出，距今已有一百多年的歷史. 其間，經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、德布羅意、玻恩、海森伯、薛定諤、狄拉克等許多物理大師的創(chuàng)新努力，到 20 世紀(jì) 30 年代，就建立了一套完整的量子力學(xué)理論.第19章 量子物理基礎(chǔ)1 19.1 熱輻射和普朗克量子假設(shè)一、熱輻射：物體在任一溫度下發(fā)射從紅外線、可見光到紫外線的現(xiàn)象。二、熱輻射的特點：（1）實質(zhì)是電磁輻射（2）熱輻射與溫度和輻射波長有關(guān)（3）任何物質(zhì)輻射的同時，也在吸收熱輻射，吸收本領(lǐng)最強(qiáng)的物質(zhì)也是輻射本領(lǐng)最強(qiáng)的物質(zhì)火爐600度1000度400度因輻射與溫度有關(guān)，故稱熱輻射2三、熱輻射的描述方法（1）輻射本領(lǐng) 單位時間內(nèi)，

2、溫度為T的物體上單位面積上發(fā)射波長在+d范圍內(nèi)的輻射能與波長間隔d比值。單輻射本領(lǐng)：全輻射本領(lǐng)：（2） 吸收比和反射比 單位時間內(nèi)從物體單位面積上所輻射的各種波長的總的輻射能，3四、絕對黑體（理想模型） 如果一個物體能全部吸收投射在它上面的輻射而無反射，這種物體稱為絕對黑體，簡稱黑體。注意：1）黑體是對入射的輻射能全部吸收（不 管什么波長）的物體，不反射。因 此當(dāng)其自身的熱輻射很弱時，看上去 是黑洞洞的。2）黑體是理想化的模型4（五） 基爾霍夫定律在同樣的溫度下，各種不同的物體對相同波長的單色輻出度與單色吸收率之比值都相等，且等于在該溫度下黑體對同一波長的單色輻出度。因為絕對黑體有：56六、黑

3、體輻射的實驗研究1）實驗裝置AL1BL2C黑體準(zhǔn)直系統(tǒng)三棱鏡測量系統(tǒng)70 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K2）黑體輻射的規(guī)律80 1 2 3 4 5 61700K1500K1300K1100K2）黑體輻射的規(guī)律A)斯忒蕃-玻爾茲曼定律：黑體輻射出射度與絕對溫度有如下關(guān)系：含義：它說明對于黑體，溫度越高，輻出度 RB（T）越大且隨T增高而迅速增大。90 1 2 3 4 5 61700K1500K1300K1100K2）黑體輻射的規(guī)律B)維恩位移定律：黑體溫度增高時，其單色輻出度的峰值波長向短波方向移動，且有如下關(guān)系：峰值波長T：絕對溫度火爐1000度2000度

4、800度爐火純青10 1）以上兩規(guī)律只適用于黑體，對非黑體只 近似成立。2）熱輻射規(guī)律在現(xiàn)代技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用 -高溫測量、遙感、遙測、紅外跟蹤等。例：太陽可以看成黑體，地球上測出其峰值波長為 m=5100，則其表面溫度和輻出度為多少？由解：注意：11當(dāng)時經(jīng)典力學(xué)占統(tǒng)治地位，人們自然用經(jīng)典力學(xué)理論來解釋熱輻射并建立了兩個公式：七、黑體熱輻射的理論解釋、普朗克量子假說 1）維恩公式2）瑞利-金斯公式12實驗值維恩瑞利金斯紫外災(zāi)難13八、普朗克假設(shè)：1918諾貝爾物理學(xué)獎輻射黑體是由帶電諧振子組成，這些諧振子輻射電磁波并和周圍電磁場交換能量，但這些諧振子只能處于某些特殊的狀態(tài)。它們的能量只能是某些

5、能量子的整數(shù)倍。14具體講：輻射物體是由一些線性諧振子組成，對頻率為的諧振子，它具有的最小能量是h，能具有的其它能量值是h的整數(shù)倍，因此它吸收與輻射的能量也只能是h的整數(shù)倍。即能量只能是：15實驗值維恩瑞利金斯紫外災(zāi)難普朗克公式h=6.6310-34js稱為普朗克恒量16注意：普朗克這一思想是完全背離經(jīng)典物理，并受到當(dāng)時許多人的懷疑和反對，包括當(dāng)時的物理學(xué)泰斗-洛侖茲。乃至當(dāng)時普朗克自已也想以某種方式來消除這一關(guān)系式。它寫道： “我試圖將h納入經(jīng)典理論的范圍，但一切這樣的嘗試都失敗了”，這個量非常頑固后來他又說： “在好幾年內(nèi)我花費了很大的勞動，徒勞地去嘗試如何將作用量子引入到經(jīng)典理論中去。我的一些同事把這看成是悲劇。但我有自已的看法，因為我從這種深入剖析中獲得了極大的好處，起初我只是傾向于認(rèn)為，而現(xiàn)在是確切地知道