黑體輻射 普朗克能量子假說

黑體輻射普朗克能量子假說08眼視光七年制一班主講：周麗娜成員：陳海絲陸瑩雪董春曉林丹

黑體輻射邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)光電效應(yīng)氫原子光譜康普頓效應(yīng)量子力學(xué)狹義相對(duì)論

1899年開爾文在歐洲科學(xué)家新年聚會(huì)的賀詞中說：物理學(xué)晴朗的天空上，飄著幾朵令人不安的烏云主講內(nèi)容一黑體黑體輻射二斯特藩-波爾茲曼定律維恩位移定律三黑體輻射的瑞利-金斯公式經(jīng)典物理的困難四普朗克假設(shè)普朗克黑體輻射公式16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)熱輻射：任何物體在任何溫度下，由于分子、原子受到熱激發(fā)而使物體向外發(fā)射電磁輻射的現(xiàn)象。物體在輻射的同時(shí)，也吸收輻射平衡熱輻射：輻射的能量等于在同一時(shí)間所吸收的能量

特征是物體的溫度保持不變有關(guān)熱輻射的實(shí)驗(yàn)表明：1.任何物體都輻射電磁波2.輻射電磁波的能量及能量按波長的分布均與溫度有關(guān)3.好的輻射體同時(shí)也是好的吸收體熱輻射描述熱輻射的物理量1.單色輻出度從熱力學(xué)溫度為T物體的單位面積上，單位時(shí)間內(nèi)，在波長λ附近單位波長范圍內(nèi)所輻射的電磁波能量因?yàn)閐λ與dν始終反號(hào)，上式可以表示為16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)2.輻出度在單位時(shí)間內(nèi)，從溫度為T的黑體的單位面積上所輻射出的各種波長的電磁波的能量總和單位:W·m－2黑體黑體輻射1.黑體：輻射（吸收）能力最強(qiáng)的物體，能全部吸收一切外來輻射。不反射，不投射。黑體是理想模型16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)斯特藩-波爾茲曼定律

會(huì)聚透鏡空腔小孔平行光管棱鏡熱電偶測(cè)量黑體輻射出射度實(shí)驗(yàn)裝置16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)斯特藩-波爾茲曼定律0100020001.0

可見光區(qū)0.56

000

K3

000

K16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)斯特藩-波爾茲曼定律：黑體輻出度與黑體熱力學(xué)溫度的四次方成正比斯特藩-波爾茲曼常數(shù)：注意：隨溫度的升高輻出度增大16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)維恩位移定律維恩位移定律：當(dāng)黑體的熱力學(xué)溫度升高時(shí)，與單色輻出度相對(duì)應(yīng)的波長向短波方向移動(dòng)常量溫度發(fā)射的能量電磁波的短波成分注意：b為與溫度無關(guān)的常數(shù)只適用于短波M0(T)l2200K2000K1800K1600Km16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)維恩位移定律例題（1）溫度為的黑體，其單色輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長是多少？(2)太陽的單色輻出度的峰值波長，試由此估算太陽表面的溫度.（3）以上兩輻出度之比為多少？解（1）由維恩位移定律16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)（2）由維恩位移定律（3）由斯特藩-玻耳茲曼定律16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)實(shí)驗(yàn)曲線****************0123612345瑞利-金斯公式瑞利-金斯公式ν?。ㄩL波）時(shí)與實(shí)驗(yàn)曲線符合良好ν大（短波）時(shí)“紫外災(zāi)難”瑞利-金斯公式只適用于長波16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)普朗克（1858—1947）普朗克能量子假設(shè)構(gòu)成黑體腔壁的輻射物質(zhì)中電子的振動(dòng)可視為一維諧振子,它們和腔內(nèi)的電磁場(chǎng)交換能量(輻射和吸收).而這些微觀的諧振子只能處于某些特殊的狀態(tài),在這些特殊狀態(tài)中,它們相應(yīng)的能量是某一最小能量(叫能量子）的整數(shù)倍,在輻射和吸收能量時(shí),振子只能從一個(gè)可能狀態(tài)躍遷到其它一個(gè)可能狀態(tài).對(duì)頻率為的諧振子,其最小能量為

=h(普朗克常數(shù)h=6.63×10-34

J·s)一個(gè)諧振子的能量為16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)普朗克黑體輻射公式普朗克黑體輻射公式Ml維恩線瑞利－金斯線普朗克線實(shí)驗(yàn)結(jié)果16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)人體是一個(gè)輻射體，其輻射的能量可以用下式表示：W表示人體每秒每平方厘米輻射功率(瓦)ε表示皮膚輻射率，σ為常數(shù)從式中可以看出，人體輻射能功率與皮膚絕對(duì)溫度T的四次方成正比。斯特藩-波爾茲曼定律從知，物體輻射能最大值的分布，隨著絕對(duì)溫度的增加而向波長短的方向移動(dòng)。正常人體的輻射本領(lǐng)與絕對(duì)溫度310°K的黑體相似，輻射能主要分布在紅外線長波部分，其波段范圍在5—50μm之間，其中8—14μm占全部人體輻射能的46％，在9．5μm處。不論膚色如何，輻射率ε都近于1。維恩位移定律醫(yī)用熱像圖術(shù)醫(yī)用熱像圖術(shù)16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)醫(yī)用熱像圖術(shù)(MedicalThermography),是利用人體紅外輻射成像原理,研究體表溫度布狀態(tài)的一種現(xiàn)代物理學(xué)檢測(cè)技術(shù)。紅外線熱像儀是一種測(cè)量人體表面溫度分狀態(tài)的儀器，它是利用人體的紅外輻射把熱能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，掃描成像的原理，揭示人體溫度的分布及其變化規(guī)律，從而對(duì)疾病做出診斷。人體就是一個(gè)自然的生物紅外輻射源，是恒溫動(dòng)物，能維持一定的體溫，當(dāng)人體患病或某些生理狀況發(fā)生變化時(shí)，這種全身或局部的熱平衡受到破壞或影響紅外熱像診斷所檢查的是體表溫度這一生理機(jī)能，它所反映的是被檢測(cè)部位的皮膚血流量及調(diào)節(jié)血流量的神經(jīng)（主要是交感神經(jīng)）作用的變化；由紅外熱像儀所提供的圖像并不表示人體內(nèi)部的某種構(gòu)造，而是人體表面的溫度分布圖像，稱為人體的功能影像16-1黑體輻射普朗克能量子假設(shè)紅外熱像圖檢查的臨床應(yīng)用范圍

1．健康人群普查：疾病的初篩，亞健康狀態(tài)。

2．腫瘤早期診斷：乳腺癌，皮膚癌，甲狀腺癌等。

3．血循環(huán)早期障礙疾病的診斷：腦血管病變，心肌供血不足，糖尿病足等。

4．炎癥性疾病的診斷：強(qiáng)直性脊柱炎，腱鞘炎，前列腺炎等。

5．疼痛性疾病的診斷：頭痛、神經(jīng)痛，頸肩腰腿痛，關(guān)