• 经过一个过程后，所有物体的 温度相同，达到热平衡
• 热平衡时，每一个物体辐射的 能量等于其吸收的能量
• 热平衡状态下，吸收本领大， 辐射本领也大
• 基尔霍夫热辐射定律：热平衡 状态下物体的辐射本领与吸收 本领成正比，比值只与T，ν有 关。
E(ν ,T ) = f (ν ,T ) 吸收大，辐射也大。 A(ν ,T )
乎可以全部吸收
• 等效于绝对黑体
测量空腔开口处的
辐射本领 E(ν ,T )
• 即可以得到
f (ν ,T ) = E(ν ,T )
测量黑体辐射的实验装置
光谱仪
E( λ,T) , mW/cm2nm
10000 8000 6000 4000
6000K 5500K 5000K
2000
0 0Leabharlann 4000K 3000Kf (ν ,T ) 是普适函数，与物质无关 应当通过实验测量 f (ν ,T )
必须同时测量 E(ν ,T )和A(ν ,T )
如果让 A(ν ,T ) ≡ 1 则 f (ν ,T ) ≡ E(ν ,T )
A(ν ,T ) ≡ 1的物体，称为绝对黑体
绝对黑体
• 一个开有小孔的空腔，对射入其中的光几
Lord Kelvin
• The first came into existence with the undulatory theory of light, and was dealt with by Fresnel and Dr. Thomas Young; it involved the question, how could the earth move through an elastic solid, such as essentially is the luminiferous ether?
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
λ, nm
E( λ,T) , mW/cm2nm
实验测量的结果
10000
8000
6000K
6000
5500K
4000
5000K
2000
0 0
4000K 3000K
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Michelson
Morley
• The second is the Maxwell–Boltzmann doctrine regarding the partition of energy.
Maxwell
Boltzmann
6.1 黑体辐射
• 物体的温度与环境温度有差异时， 两者之间将有能量交换，热辐射 是能量交换的一种方式。
• 其次，通过克劳修斯、玻耳兹曼和吉布斯 等人的巨大努力，建立了体系完整而又严 密的热力学和统计力学，并且应用越来越 广泛。
• 由安培、法拉第和麦克斯韦等人对电磁现 象进行的深入而系统的研究，为电动力学 奠定了坚实的基础，特别是由麦克斯韦的 电磁场方程组预言了电磁波的存在，随即 被赫兹的实验所证实。
第六章 黑体辐射与光的量子性
6.1 黑体辐射 6.2 黑体辐射的实验定律 6.3 光量子模型 6.4 光电效应 6.4 康普顿散射 6.5 激光
物理世界上空的乌云
历史回顾
• 十九世纪末期，物理学各个分支的发展都 已日臻完善，并不断取得新的成就。
• 首先在牛顿力学基础上，哈密顿和拉格朗 日等人建立起来的分析力学，几乎达到无 懈可击的地步，海王星的发现充分表明了 牛顿力学是完美无缺的。
Jeans
1、Stefan-Boltzmann定律
辐射谱密度、辐射本领：温度为T 时，频率 ν附近单位频率间隔内的辐射能量，亦称单 色辐出度。
E(ν ,T )
辐射通量：温度为T时，频率ν附近dν频率间隔 内的辐射能量。
dΦ(ν ,T ) = E(ν ,T )dν
• 吸收本领、吸收比：照射到物体上的通量
dΦ(ν ,T )
其中被物体吸收的通量 dΦ′(ν ,T )
1.00E+015
1.50E+015 2.00E+015
υ, Hz
6.2 黑体辐射的定律
• 1、Stefan-Boltzmann定律（1879年、1884年） • 2、Wien位移定律（1893年） • 3、Rayleigh-Jeans定律（1900年，1905年）
Stefan
Wien
Rayleigh
• 后来又把惠更斯和菲涅耳所建立的光学也 纳入了电动力学的范畴。
开尔文的演讲
• Nineteenth-Century Clouds over the Dynamical Theory of Heat and Light （1900）
• The beauty and clearness of the dynamical theory, which asserts heat and light to be modes of motion, is at present obscured by two clouds.
A(ν ,T ) = dΦ′(ν ,T ) dΦ(ν ,T )
称为吸收本领或吸收比
物体间的热交换
• 与外界隔绝的几个物体，起 初温度各不相同
• 假设相互间只能以热辐射的 形式交换能量
• 每一个物体向外辐射能量， 也吸收其它物体辐射到其表 面的能量
• 温度低的，辐射小，吸收大； 温度高的，辐射大，吸收小
• 物体以电磁波的形式向外辐射能 量，或吸收辐照到其表面的能量
• 分子(含有带电粒子)的热运动使物 体辐射电磁波。这种辐射与温度 有关，称为热辐射。
辐射场
• 辐射的电磁波形成一个波场，即辐射场。 • 辐射场与波长（频率）、温度、方向等有关。 • 辐射场的物理参数：温度T，波长λ或频率ν，
辐射场的能量密度，辐射场的谱密度 u （ T ，λ，θ ），辐射通量，辐射通量的谱密 度，辐射照度，辐射照度的谱密度，等
λ, nm
以频率分布表示的黑体辐射定律
E( υ,T) , mW/cm2s
1.40E-008 1.20E-008
6000K
1.00E-008
8.00E-009
5000K
6.00E-009 4.00E-009
4000K
2.00E-009 3000K
0.00E+000 0.00E+000
5.00E+014