黑体辐射实验

维恩
o
1
2
3 4
5
6 7
8 9 λ (μ m)
M (T )
实验值
紫 外 灾 难 瑞利--金斯
o
1
2
3 4
5
6 7
8 9 λ (μ m)
M (T )
实验值
紫 外 灾 难 瑞利--金斯
维恩
o
1
2
3 4
5
6 7
8 9 λ (μ m)
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普朗克量子假说
问题：如何从理论上找到符合实验的函数式 M (T ) ？ 能量子假说：辐射物质中具有带电的线性谐振 子，它和周围电磁场交换能量。这些谐振子只能处 于某种特殊的状态，它的能量取值只能为某一最小 能量 （称为能量子）的整数倍，即：
M (T ) 2c h
2
5
1 e
hc kT
c ——光速
1
k 1.38 10 J/K
23
——玻尔兹曼恒量
e ——自然对数的底
（下一页）
这一公式称为普朗克公式,它和实验符合得很好。
e0 ( , T )
实验值
8h d 3 c
3
1 e
h 1 kT
d
1. 黑体、黑体辐射
普朗克量子假设
热辐射 实验表明：一切物体在任何温度下都 以电磁波的形式向外辐射能量。辐射 的能量与温度有关，∴称之为热辐射。
平衡热辐射 辐射和吸收的能量相等时称为热平衡。 此时物体具有稳定温度
发射电磁辐射能量
相等
吸收电磁辐射能量
（下一页）
绝对黑体 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 为绝对黑体，简称黑体。
普朗克的量子假说 普郎克公式
问题：如何从理论上找到符合实验的函数式
M (T ) ？
瑞利(Rayleigh)--金斯(Jeans)经验公式
M (T )d 2c kTd
4
维恩(Wien)经验公式
e0 ( , T ) c1 e
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5 c2 T
M (T )
实验值
普朗克
o
1
2
3
4
5
6
7
8
9 λ (μ m)
普朗克能量子假说的意义： 首次提出了能量不连续的假设， 成功的解决了黑体辐射的理论问题。 开量子之先河。所以人们称普朗克为 “量子力学之父”。
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1918诺贝尔物理学奖
• M.V.普朗克
• 研究辐射的量子 理论，发现基本 量子，提出能量 量子化的假设
绝对黑体—— 一个理想模型
实例
?
空腔
用不透明材料制成一空心容器，壁上 开一小孔，该小孔可看成绝对黑体
绝对黑体的辐出度
0
M 0 (T ) M 0 ( , T )d
（下一页）
绝对黑体的辐射定律
绝对黑体单色辐出度按波长分布实验
实验装置 T
绝对黑体
绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线
M (T )
0
1
2
3
4
5
6
λ
(μm)
绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线
M (T )
0
1
2
3
4
5
6
λ
(μm)
物体辐射总能量及能量按波长分布决定于温 度 固体在温度升高时颜色的变化
800 K
1000 K
1200 K
1400 K
例子：低温火炉辐射能集中在红光。 高温物体辐射能集中在蓝、绿色。
应用：光测高温计，测量发电厂炉内温度。

, 2 , 3 , , n
（n为正整数）
对于频率为 的谐振子最小能量为 h h 称为普朗克常数， 正整数 n 称为量子数。
h 6.63 10
34
Js
（下一页）
振子在辐射或吸收能量 时，从一个状态跃迁 到另一个状态。 在能量子假说基础上，从理论上推导，普朗克得到了 黑体辐射公式：