1.3 热辐射基本定律

黑体辐射
（1）维恩（Wein—德国物理学家）的解释 1896年, 维恩根据经典热力学得出：
( , T )
c1C
3
3
e
2
c2C T
实验
( , T )
瑞利-琼斯
( )d c1 3ec / T d
维恩
结论: 在短波（高频）部分与 实验符合得很好，但长波（低频） 部分与实验不符。 获得1911年诺贝尔物理学奖
Planck-德国物理学家，
h
(
h ) 2
基于能量子假设，Planck利用统计 物理推导出与实验符合得很好的黑 体辐射公式——Planck公式：
8 h 3 ( )d 3 h / KT d c e 1
其中 h 6.385 1034 J （称为Planck常数）
S
讨论：
0
c1C
3 3
维恩公式
( , T )
( , T ) Biblioteka Baidu
c1C 3
e
c2C T

3
e
c2C T
1

瑞利-琼斯公式
Planck公式
c1C 2T 8 kT ( , T ) 2 c2 C 2
注：Planck的“能量子”假说与经典物理中振子的能量是连续的相 抵触。可见，Planck理论突破了经典物理学在微观领域的束缚，打 开了认识光的粒子性的大门。 1918年Planck获得诺贝尔物理学奖。
1.3 热辐射基本定律
1．黑体辐射
黑体
黑体辐射问题所研究的是辐射（电磁波）与周围物体处于平 衡状态时能量按波长（频率）的分布。
对于外来的辐射，物体有反射 和吸收作用。 如果一个物体能全部吸收投射 在它上面的辐射而无反射，这种物体 称为黑体。一个开有小孔的封闭空腔 可看作是黑体。
黑体辐射实验事实：
在 d 频率之间的辐射能量密度 ( )d 只 与空腔的温度T有关，而与空腔的形状及其组成物质无关。实验 曲线：
结论: 在长波（低频）部分与 实验符合，短波部分不符合。此 外存在“紫外光的灾难”
瑞利-琼斯
维恩
T=1646k

0
( )d
0
8 2 kTd 3 c

长波吻合好,短波段差
（3）普朗克解释（1900年） Planck assumption: 黑体可看作一组连续振动的带电谐振子， 这些谐振子的能量应取分立值，这些分立 值都是最小能量的整数倍，这些分立的能 量称为谐振子的能级。 可见：黑体与辐射场交换能量只能以为 单位进行，亦即黑体吸收或发射电磁辐 射能量的方式是不连续的，只能“量子” 式地进行，每个“能量子”的能量为:
T=1646k

短波吻合好,长波段差
（2）瑞利—金斯（Raileigh-Jeans英国物理学家）的解释 1900年, 瑞利和琼斯用能量均分定理 和电磁理论(驻波法) 得出：
( , T )
8 kT 2 c 2
实验
( , T )
8 2 ( , T )d 3 kTd c