黑体与黑体辐射

科技名词定义

中文名称：黑体辐射

英文名称：blackbody radiation;black body radiation

定义1：黑体发出的电磁辐射。它比同温度下任何其他物体发出的电磁辐射都强。

应用学科：大气科学（一级学科）；大气物理学（二级学科）

定义2：研究实际物体吸收和发射辐射能量的性能时的一种理想化的比较标准。

应用学科：电力（一级学科）；通论（二级学科）

8-1 黑体辐射

黑体辐射即为热辐射，是物体由于自身温度高于环境温度而产生的向外辐射电磁波的现象。

一、热辐射

1、有关热辐射的物理量

（1）辐射能量分布函数：，时刻t、空间点r附近单位体积内的辐射场中，方向为轴的

立体角内、频率附近内的能量为

辐射场的能量密度：U，单位体积内的辐射能量

辐射场的谱密度：单位体积、单位频率内的辐射能量u

即，而

辐射场的亮度B：沿s方向单位立体角内的辐射能流密度

辐射场的亮度的谱密度：

通过面元的辐射通量及其谱密度

辐射本领：单位表面积发出的辐射通量R。

辐射本领的谱密度。，

辐射照度：照射在物体上的单位表面积的辐射通量E及其谱密度e：

，（各向同性辐射场）

吸收本领

辐射通量：温度为T时，频率附近单位频率间隔内的辐射能量。

，：辐射谱密度、辐射本领。）吸收本领、吸收比：照射到物体上的通量，其中被物体吸收的通量，比例

，称为吸收本领或吸收比。

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，比值只与有关。

即，是普适函数，与物质无关。

吸收大，辐射也大。

二、黑体辐射

1．绝对黑体：只有吸收，没有反射。即吸收本领。

则此时，=，通过研究辐射本领就可以得知普适函数的特性，使得对物质热辐射

的研究大为方便。

只开有一个小口的空腔，对于射入其中的光，可以完全吸收,故该空腔的开口可以作为绝对黑体。

2．绝对黑体热辐射的实验规律，可以用辐射本领与波场的关系描述。

三、黑体辐射的定律

1．Stefan-Boltzmann定律

，，

Stefan-Boltzmann常数。

辐射的总能量，即曲线下的面积与成正比。

2．Wien位移定律

，函数的极大值满足，

3．Rayleigh-Jeans定律

绝对黑体空腔内的光以驻波的形式存在，单位体积内、频率在到

之间的驻波数为

，而从小孔辐射出的驻波数为，辐射出的能量，即辐射本领为

或

。

，与实验结果偏离。称为"紫外灾难"。

四、Plank的量子假设（1900年提出，1918年获Nobel奖）

空腔中的驻波是一系列的谐振子，只能取一些分立的能量，即

，

且，，Plank常数。

则一个谐振子处于态的几率为，空腔内每一个驻波，即每一个谐振子的平均能量为

=

黑体的辐射本领为

=

长波段，，==，

=与Rayleigh-Jeans定律符合。

短波段，，

，与实验结果一致。