黑体辐射实验规律
大学物理：潘国卫主讲
实验曲线
M 0 (T ) /(W cm 2 m 1 )
0
1
2
3
4
5
/ m
绝对黑体的辐出度按波长分布曲线
黑体辐射实验规律
大学物理：潘国卫主讲
根据实验得出黑体辐射的两条定律： （1） 斯特藩-玻耳兹曼定律 黑体的辐出度与黑体的绝对温度四次方成正 比：
7 2
太阳辐射的总功率
2 PS M 0 4RS 6.87 107 W m 2 4 (6.96 108 )2
4.2 1026W
这功率分布在以太阳为中心、以日地距离为 半径的球面上，故地球表面单位面积接受到的辐 射功率 26 4 . 2 10 W PS 3 2 4d 2 PE 1 . 49 10 W / m 4 (1.496 1011 m )2
黑体辐射实验规律
大学物理：潘国卫主讲
由于地球到太阳的距离远大于地球半径，可将地 球看成半径为RE的圆盘，故地球接受到太阳的辐 射能功率
2 RE PE PE 1.50 10 3W m 2 (6.37 106 m )2
1.90 1017W
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4. 普朗克量子假设
问题：如何从理论上找到符合实验曲线的函数式
M 0 (T ) f ( , T )
维恩经验公式
C2 T
M 0 (T ) C1 e
5
这个公式与实验曲线波长短处符合得很好，但 在波长很长处与实验曲线相差较大。
普朗克量子假设
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瑞利--金斯经验公式
1. 热辐射现象
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长 的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发 而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的 特征仅与温度有关。 固体在温度升高时颜色的变化
800K
Байду номын сангаас
1000K
1200K
1400K
物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度。
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M 0 (T ) C3 T
4
这个公式在波长很长处与实验曲线比较相近， 但在短波区，按此公式， M 0 将随波长趋向于零而 趋向无穷大的荒谬结果，即“紫外灾难”。 维恩公式和瑞利-金斯公式都是用经典物理学 的方法来研究热辐射所得的结果，都与实验结果 不符，明显地暴露了经典物理学的缺陷。黑体辐 射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。
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纳米材料
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微观结构
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第二十章电磁辐射的量子性
十九世纪末、二十世纪初经典物理学理论已经确立。但仍然 有两个实验现象无法很好解释。 ①热辐射实验； ②迈克尔孙--莫雷实验
量子理论的诞生
相对论的诞生
§20-1 热辐射
普朗克的量子假设
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M 0 (T ) T
斯特藩常数
4
8 2 4
5.67 10 W/(m K )
热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。
黑体辐射实验规律
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（2） 维恩位移定律
对于给定温度T ，黑体的单色辐出度M 0 有一 最大值,其对应波长为 m 。
T m b
b 2.897 10 m K
2. 基尔霍夫辐射定律
单色辐出度：单位时间内，温度为T 的物体单 位面积上发射的波长在 到 d 范围内的辐 射能量 d M 与波长间隔 d 的比值，用 M (T ) 表示。
d M M (T ) d
单色辐出度 M (T ) 与物体的 温度和辐射波长有关。
基尔霍夫
解
根据维恩位移定律 mT b
T
b m

2.897103 m K 490109 m
5.9 10 K
3
根据斯特藩-玻尔滋蔓定律可求出辐出度， 即单位表面积上的发射功率
黑体辐射实验规律
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M 0 T 4 5.67 10 8W m 2 K 4 (5.9 10 3 K )4 6.87 10 W / m
普朗克量子假设
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即好的吸收体也是好的辐射体。
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3. 黑体辐射实验规律
不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看 作黑体。
研究黑体辐射的 规律是了解一般物体 热辐射性质的基础。
黑体模型
黑体辐射实验规律
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P
L2
A
L1
B1
B2
B1PB2为分光系统 C为热电偶
C
A为黑体
测定黑体辐出度的实验简图
基尔霍夫辐射定律
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辐射出射度:单位时间内，从物体单位面积上
所发射的各种波长的总辐射能，称为物体的辐
射出射度，简称辐出度。
M (T ) 0 M (T ) d
辐出度只是物体温度的函数。

基尔霍夫辐射定律
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单色吸收比和单色反射比:被物体吸收的能量 与入射能量之比称为吸收比,在波长 到 d 范围内的吸收比称为单色吸收比,用 a (T ) 表 示;反射的能量与入射能量之比称为反射比,波 长 到 d 范围内的反射比称为单色反射比, 用r (T )表示。
绝对黑体:若物体在任何温度下,对任何波长的 辐射能的吸收比都等于1,则称该物体为绝对黑 体,简称黑体。
基尔霍夫辐射定律
大学物理：潘国卫主讲
基尔霍夫辐射定律:在同样的温度下,各种不同物体 对相同波长的单色辐出度与单色吸收比之比值都相 等,并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐出度。
M 1 (T ) M 2 (T ) M 0 (T ) a1 (T ) a 2 (T )
热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着 短波方向移动。
3
黑体辐射实验规律
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例题19-1 实验测得太阳辐射波谱的 m 490nm，若把太 阳视为黑体，试计算（1）太阳每单位表面积上所发射的功 率，（2）地球表面阳光直射的单位面积上接受到的辐射功 率，（3）地球每秒内接受的太阳辐射能。（已知太阳半径 RS=6.96×108m,地球半径RE=6。37×106m,地球到太阳的距 离d=1.496×1011m.)