大学物理 热辐射
大学热学知识点总结图
大学热学知识点总结图一、热力学基础知识1. 温度、热量和热平衡温度是物质内部微观运动的表现，热量是能量的一种形式，热平衡是指两个系统之间不再有能量的净传递。
2. 热力学第一定律能量守恒定律，在自然界中能量不会自行减少或增加。
3. 热力学第二定律热量不会自发地由低温物体传递给高温物体，熵增加原理。
4. 热力学第三定律当温度趋近于绝对零度时，任何实体的熵均趋于零，即系统的熵在温度趋近绝对零度时趋于一个常数。
5. 理想气体理想气体状态方程和理想气体内能的表达式。
6. 凝固和融化物质由固态转变为液态称为融化，由液态转变为固态称为凝固。
凝固和融化温度是由物质特性决定的。
二、热力学循环1. 卡诺循环卡诺循环是热机的理想循环，包括等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程。
2. 斯特林循环斯特林循环是一种热机的实际循环，包括等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程。
3. 高尔辛循环高尔辛循环是一种蒸汽轮机工作的热力循环过程，包括等压加热、等容膨胀、等压冷凝和等容压缩四个过程。
三、热力学系统1. 开放系统与闭合系统开放系统和闭合系统能够与外界进行物质、能量交换。
2. 热力学过程等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程。
3. 热力学函数内能、焓、吉布斯自由能、哈密顿函数等热力学函数的定义和性质。
四、热传导1. 热传导的基本定律傅里叶热传导定律、傅里叶热传导方程、热导率概念。
2. 热传导的应用导热系数、传热表面积、传热温度差、传热距离等参数。
3. 热传导的热阻和导热系数热阻的概念和计算、导热系数的概念和计算。
五、热辐射1. 热辐射的基本定律斯特藩—玻尔兹曼定律、维恩位移定律、铂居—史恩定律。
2. 黑体辐射和表面发射系数黑体的定义、黑体的吸收、发射和反射的关系。
3. 热辐射的热平衡和热不平衡热辐射的观测和应用。
六、热功学1. 热功学的基本定律各态函数、热力学基本关系和亥姆霍兹自由能、君体—吉布斯函数的性质。
2. 熵增加原理和热功学过程热功学过程的熵增加原理，等熵过程、绝热过程等。
《热辐射及辐射传热》课件
目录
• 热辐射概述 • 辐射传热原理 • 热辐射与辐射传热的关联 • 热辐射与辐射传热的实验研究 • 总结与展望
01
热辐射概述
热辐射的定义
01
热辐射：物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
02
热辐射与热传导、热对流并列，是热量传递的三种 方式之一。
03
热辐射不需要物体间相互接触，可以在真空中传播 。
能利用等。
热辐射与辐射传热的研究前景展望
新理论和新方法的探索
01
展望未来在热辐射和辐射传热领域的新理论和新方法的研究，
如量子热辐射理论等。
交叉学科的研究
02
强调了热辐射和辐射传热与其他学科交叉研究的可能性，如生
物学中的光合作用过程等。
实际应用的拓展
03
探讨了未来在各领域中热辐射和辐射传热的更多应用，如航天
热辐射的特性
1
热辐射具有光谱性，其电磁波的波长分布与物体 的温度和组成有关。
2
温度越高，热辐射的强度越大，波长越短。
3
热辐射的传播不需要介质，可以在真空中传播。
热辐射的应用
红外线加热
利用红外线波长较长的特性，用于加热物体和烘 干物料。
红外诊断和理疗
利用红外线波长较短的特性，用于诊断疾病和理 疗。
实验原理
热辐射是物体通过电磁波形式传递能量的过程，辐射传热则是通过物体之间的 辐射能量交换实现热量传递。本实验将通过具体实验操作和数据分析，探究热 辐射和辐射传热的规律。
实验设备与实验步骤
实验设备：黑体辐射源、光谱辐射计 、温度传感器、恒温槽、支架、实验
数据处理软件等。
实验步骤
1. 准备实验设备，搭建实验装置；
第6章热辐射的基本定律PPT课件
１、基本概念
辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式。
热辐射:由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射。
辐射传热:物体之间相互辐射和吸收的总效果。
1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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0.38
0.76
图8-1 电 磁 辐 射 波 谱
5
红外辐射的应用 以波长25μm为界，分为近红外线和远红外线 远红外线加热技术的应用 微波： λ＝1mm～1m λ>1m的电磁波广泛应用于无线电技术中。
6
3. 物体表面对电磁波的作用
（1）吸收比、反射比和穿透比之间的一般关系 当热辐射投射到物件上时，遵循着可见光的规律，其中部 分被物体吸收，部分被反射，其余则透过物体。
维恩位移定律：确定黑体的光谱辐射力峰值所对于的最 大波长。
26
6.3 实际物体的辐射和吸收
7.3.1 实际物体的辐射力
同温度下，黑体发射热辐射的能力最强，包括所有方向和
所有波长。真实物体表面的发射能力低于同温度下的黑体；
因此定义发射率 (也称为黑度) ：相同温度下，实际物体
的辐射力与黑体辐射力之比:
E 0 ()Ebd
Eb
T4
单色黑度：实际物体的光谱辐射力与黑体的光谱辐射力之比：
() E
Eb
方向黑度：实际物体的定向辐射强度与黑体的定向辐射强
度之比：
() I() I() Ib() Ib
35
7.4 实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系
7.4.1 实际物体的吸收比
大学物理中的热辐射与热电效应
大学物理中的热辐射与热电效应热辐射和热电效应是大学物理中两个重要的概念，它们在研究热现象和应用中起着重要的作用。
本文将分别介绍热辐射和热电效应的基本原理和应用，并探讨其在现代科技领域的应用。
一、热辐射1.1 热辐射的基本概念热辐射是指物体处于一定温度下，由于内部热运动而发出的电磁辐射。
根据物体的温度和性质的不同，热辐射的特征也有所不同。
瑞利-金斯公式是描述黑体辐射的基本定律，公式表明黑体辐射的强度与辐射频率的四次方成正比。
1.2 热辐射的特性热辐射具有以下几个主要特性：1) 色温：热辐射的颜色与物体的温度有关，高温物体呈现蓝色或白炽色，而低温物体呈现红色或暗红色。
2) 热辐射定律：斯蒂芬-玻尔兹曼定律描述了热辐射辐射通量和物体表面温度之间的关系。
该定律指出，辐射通量与物体表面温度的四次方成正比。
3) 热辐射的反射和吸收：物体对不同波长的热辐射有不同的反射和吸收能力，热辐射的吸收能力被称为发射率。
根据基尔霍夫定律，发射率与吸收率相等。
热辐射在工业、航空航天等领域有着广泛的应用。
下面列举几个典型的应用：1) 红外线热成像技术：通过测量物体发出的红外辐射来获得物体的温度分布图像，广泛应用于夜视、隐身技术等领域。
2) 太阳能利用：太阳辐射是地球上最主要的能源来源之一，太阳能电池利用光的热辐射转化为电能，用于实现清洁能源发电。
3) 热治疗技术：通过利用高能热辐射破坏肿瘤细胞，实现对癌症等疾病的治疗。
4) 热成像仪器：热成像仪器可通过红外线辐射成像技术，对建筑、机械设备等进行无损检测。
二、热电效应2.1 热电效应的基本概念热电效应是指当两个不同材料的接触处存在温度差时，导致电压和电流的产生。
热电效应可以分为塞贝克效应、珀尔效应以及汤姆逊效应，其中塞贝克效应最为常见。
2.2 塞贝克效应塞贝克效应是指当两个不同材料的接触处存在温度差时，产生电势差。
材料的热电功率与温度差成正比。
塞贝克系数是描述材料电势差和温度差的线性关系的物理量。
热辐射的基本定律分解课件
红外线诊断
利用红外线辐射技术，对 设备进行无损检测和故障 诊断，如航空航天、石油 化工等领域。
太阳能利用
太阳能通过热辐射形式传 递到地球表面，为人类提 供能源，如太阳能电池板 、太阳能热水器等。
CHAPTER 02
基尔霍夫定律
基尔霍夫定律的表述
热辐射的能量分布在 不同物体表面之间， 满足叠加原理。
利用效率。
CHAPTER 03
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
斯蒂芬-玻尔兹曼定律的表述
• 斯蒂芬-玻尔兹曼定律表述为：对于一个黑体表面，其辐射的功 率密度（W/m²）与表面温度的四次方成正比，与波长的四次 方成反比。
斯蒂芬-玻尔兹曼定律的物理意义
• 斯蒂芬-玻尔兹曼定律描述了黑体表面辐射的规律，它反映了热辐射与温度和波长的关系。在热辐射过程中，随着表面温度 的升高，辐射功率密度增大；而随着波长的增加，辐射功率密度减小。
在一定的温度下，物体发射的能量最大的频率是极辐射频率。
普朗克辐射定律的应用场景
工业生产中的热辐射防护。
高温测量和温度监控。
红外光谱分析和红外遥感技术。
激光器、红外光源等光学器件的设计与应用。
CHAPTER 05
三大定律的相互关系与总结
三大定律的相互关系
热辐射的三大定律分别是：斯蒂芬-玻尔 兹曼定律、普朗克定律和维恩位移定律 。
未来研究可以进一步探索热辐射的微观机制，如分子振动和电子激发等对热辐射的影响；也 可以利用新材料和新技术，如纳米材料和光子晶体等来实现对热辐射的控制和利用。
同时，对于复杂环境和条件下（如高温、高压、强磁场等）的热辐射特性也需要进一步研究 和探索。
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热辐射的基本定律分解 课件
大学物理中的热力学实验结果分析
大学物理中的热力学实验结果分析热力学是研究能量转化和宏观物体间相互作用的一门学科。
在大学物理中，热力学实验是非常重要的一部分，通过实验可以验证和探索各种热力学定律和原理。
本文将对大学物理中常见的热力学实验结果进行分析和解读。
一、摩尔热容实验摩尔热容实验是研究气体热容的一种实验方法。
通过测量气体在等压条件下的温度变化，可以得到气体的摩尔热容。
实验中，通常使用恒压容器，并使气体与热源接触，然后测量气体的温度变化。
根据理想气体状态方程，PV=nRT，可以得到气体的摩尔热容公式：Cp = q / (nΔT)。
二、焓变实验焓变实验是热力学中研究化学反应焓变的一种实验方法。
通过测量反应前后系统的温度变化，以及实验过程中吸取或释放的热量，可以计算出反应的焓变。
在实验中，通常采用绝热容器，以确保热量不流入或流出系统。
三、热传导实验热传导实验是研究热传导现象的一种实验方法。
通过测量不同材料的导热性能，可以了解材料的热导率和热传导机制。
实验中，通常使用热敏电阻或热电偶来测量不同位置的温度变化，并根据温度变化与时间的关系，计算出导热系数。
四、卡诺循环实验卡诺循环实验是研究理想热机效率的一种实验方法。
通过在一个热机中进行四个不可逆过程（绝热膨胀、等温膨胀、绝热压缩、等温压缩），可以验证卡诺循环的效率最大。
实验中，通常使用气体或蒸汽作为工作物质，测量其压力、体积和温度的变化，并计算出热机的效率。
五、热辐射实验热辐射实验是研究物体辐射能力和辐射规律的一种实验方法。
通过测量不同温度下物体的辐射能量和波长分布，可以得到物体的辐射谱和辐射功率。
实验中，通常使用辐射计或热电偶来测量辐射能量，并分析其与温度的关系。
总结起来，大学物理中的热力学实验主要包括摩尔热容实验、焓变实验、热传导实验、卡诺循环实验和热辐射实验。
通过这些实验，可以深入了解热力学的基本概念和定律，并将理论知识与实际应用相结合。
热力学实验结果的分析和解读是物理学学习中的重要环节，通过深入分析实验数据，可以得出结论并验证理论模型的准确性，进一步提升学生对热力学的理解和应用能力。
热辐射
基础
热辐射温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，当温度为300℃时热辐射中最强的波长在红外区。当 物体的温度在500℃以上至800℃时，热辐射中最强的波长成分在可见光区。
关于热辐射，其重要规律有4个：基尔霍夫辐射定律、普朗克辐射分布定律、斯蒂藩-玻耳兹曼定律、维恩位 移定律。这4个定律，有时统称为热辐射定律。
热辐射
具有温度而辐射电磁波的现象
01 基础
03 特点
目录
02 发展历史 04 概念
热辐射，物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。热量传递的3种方式之一。一切温度高于绝对零度的物体都 能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理 论上可从0直至∞，一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线传播。由于电磁波的传播无需任何介质，所以 热辐射是在真空中唯一的传热方式。
发展历史
发展历史 1889年O.lummer等测定了黑体辐射光谱能量分布的实验数据。 1879年J.Stefan根据实验数据确立了黑体辐射力正比绝对温度的四次方规律。 M.Planck1884年L.Boltzmann从理论上证实了上述定律。1896年Wien位移定律。 19世纪末L.Rayleigh-公式。 1900年M.Planck定律。 2013年国内首次探测到系外行星热辐射，并研究其大气性质。 2021年山西大学近场热辐射研究获重要进展。
特点
热辐射的特点： 1、任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射； 2、可以在真空和空气中传播； 3、伴随能量形式的转变； 4、具有强烈的方向性； 5、辐射能与温度和波长均有关； 6、发射辐射取决于温度的4次方。
概念
人体热辐射 （1）辐射：物体以电磁波的方式向外传递热量的过程。 （2）辐射能：物体以电磁波的方式向外传递的能量。 通常以辐射表示辐射能。 （3）热辐射：因热引起的电磁波辐射称为热辐射。它是由物体内部微观粒子在运动状态改变时所激发出来的。 激发出来的能量分为红外线、可见光和紫外线等。其中红外线对人体的热效应显著。 （4）能量转换：内能->辐射能->内能 A物体（发射）---->B物体（吸收） （5）辐射换热：是指物体之间相互辐射和吸收过程的总效果。当物体的温度处于平衡时，则它们之间辐射和 吸收的能量相等，处于热的动平衡状态。 （6）电磁波的速率、波长和频率的关系： c=nl 电磁波的特性取决于波长或频率。在热辐射分析中通常用波长来描述电磁波。
《热辐射》 讲义
《热辐射》讲义一、热辐射的定义与基本概念当我们提及热辐射，它是一种通过电磁波来传递热量的方式。
简单来说，热辐射不需要任何介质，能够在真空中进行。
这与我们常见的热传导和热对流有很大的不同。
想象一下，太阳的热量是如何到达地球的？中间可是广袤的宇宙真空，没有物质来传导或对流热量，这时候热辐射就发挥了关键作用。
热辐射的电磁波谱范围相当广泛，包括了从红外线、可见光到紫外线等。
不同波长的电磁波所携带的能量也有所不同。
要理解热辐射，还需要知道黑体这个概念。
黑体是一种理想化的物体，它能够吸收所有照射到它上面的辐射，并且不会反射或透射。
黑体的辐射特性对于研究热辐射具有重要的意义。
二、热辐射的原理热辐射的产生源于物体内部的微观粒子的热运动。
这些微观粒子，比如原子、分子等，在不断地运动和振动，从而产生了电磁辐射。
物体的温度越高，其微观粒子的热运动就越剧烈，所产生的热辐射的强度和频率也就越高。
这也就解释了为什么高温物体看起来更亮，比如烧红的铁块。
同时，热辐射的强度还与物体的表面积、表面特性等因素有关。
表面积越大，辐射出去的热量也就越多；表面越粗糙，辐射能力通常也越强。
三、热辐射的特点热辐射具有一些独特的特点。
首先，它的传播速度是光速，非常之快。
这使得热辐射能够在瞬间传播到很远的地方。
其次，热辐射是一种双向的过程。
物体既会向外辐射热量，同时也会吸收来自周围环境的热辐射。
另外，热辐射的能量分布与物体的温度密切相关。
根据普朗克定律，我们可以知道不同温度下物体辐射能量的分布情况。
而且，热辐射不受周围介质的影响，无论在真空、气体、液体还是固体中，都能发生。
四、热辐射的影响因素热辐射的强度和特性受到多种因素的影响。
温度无疑是最重要的因素之一。
温度越高，热辐射的总量和强度就越大。
物体的材料和表面特性也起着关键作用。
不同材料的辐射率不同，辐射率高的材料更容易辐射热量。
表面的颜色、粗糙度等也会影响热辐射的发射和吸收。
环境的温度和物体周围的物体也会对热辐射产生影响。
热辐射成像实验
3、依据维恩位移定律，测绘物体辐射能量与波长的关系图。
4、测量不同物体的防辐射能力，你能够从中得到哪些启发？（选做）
5、了解红外成像原理，根据热辐射原理测量发热物体的形貌（红外成像）。
实验原理：
热辐射的真正研究是从基尔霍夫（G.R.Kirchhoff）开始的。1859年他从理论上导入了辐射本领、吸收本领和黑体概念，他利用热力学第二定律证明了一切物体的热辐射本领r(ν,T)与吸收本领α(ν,T)成正比，比值仅与频率ν和温度T有关，其数学表达式为：
重 庆 大 学 物 理 实 验 报 告
物理学院2015级物理学专业姓名高晓君学号20152702006
开课学院、实验室:物理学院、DS1208试验时间：2016年4月18日
课 程
名 称
近代物理实验1
实验项目
名 称
热辐射成像实验
实验项目类型
验证
演示
综合
设计
其他
指 导
老 师
刘安平
成 绩
实验目的：
1、研究物体的辐射面、辐射体温度对物体辐射能力大小的影响，并分析原因。
260
240
220
辐射强度P(mV)
0.64
0.652
0.663
0.671
0.678
0.685
0.697
距离S（mm）
200
180
160
140
120
100
80
辐射强度P(mV)
0.702
0.709
0.726
0.786
0.845
0.911
大学生热辐射实验报告
大学生热辐射实验报告引言热辐射是物体由于其温度而发出的电磁辐射。
在日常生活中，热辐射是非常常见的现象，我们可以感受到太阳的热辐射，也可以通过红外线摄像机观察到物体的热辐射。
本次实验旨在通过热辐射实验，深入了解热辐射的基本原理和特性。
实验目的1. 掌握热辐射实验的基本操作和方法；2. 通过实验，了解物体的热辐射特性和辐射能量的分布；3. 分析热辐射与温度之间的关系。
实验仪器和材料1. 红外线热像仪2. 不同温度的物体（如玻璃杯、铝杯和塑料杯）3. 温度计4. 电源5. 计时器实验步骤1. 调节红外线热像仪，使其工作在合适的模式；2. 准备不同温度的物体，如玻璃杯、铝杯和塑料杯。
首先，将物体放置于室温环境中一段时间，以达到与环境相同的温度；3. 使用温度计分别测量物体的温度，并记录下来；4. 将物体放置在热像仪的视野范围内，观察红外线图像，并记录下相应的数据；5. 将物体分别加热，使得其温度升高，并记录下加热过程中的数据；6. 根据测得的数据进行分析和讨论。
实验数据物体初始温度（）最终温度（）红外线亮度-玻璃杯25 30 60铝杯25 50 80塑料杯25 35 70实验结果与讨论通过实验，我们观察到了不同温度物体的热辐射特性。
当温度升高时，物体的热辐射强度也随之增加。
从实验数据中可以看出，铝杯在相同温度下热辐射强度最高，而玻璃杯和塑料杯的热辐射强度相对较低。
根据普朗克黑体辐射定律可知，物体的热辐射强度与其温度的四次方成正比。
因此，我们可以推测铝杯的温度要高于玻璃杯和塑料杯，从而导致了铝杯的热辐射强度更高。
此外，根据实验数据还可以观察到，不同物体的热辐射特性也有所不同。
相同温度下，铝杯的热辐射强度要高于玻璃杯和塑料杯。
这是因为铝杯的热导率较高，材料的热辐射能力较强。
结论通过本次实验，我们了解了热辐射的基本原理和特性。
实验结果表明，温度与物体的热辐射强度成正比，不同材料的热导率也会影响热辐射的特性。
热辐射实验是学习热辐射物理学的重要方法，有助于深入理解热辐射现象的本质。
大学物理量子力学总结（范本）
大学物理量子力学总结大学物理量子力学总结篇一：大学物理下必考15量子物理知识点总结15.1 量子物理学的诞生—普朗克量子假设一、黑体辐射物体由其温度所决定的电磁辐射称为热辐射。
物体辐射的本领越大，吸收的本领也越大，反之亦然。
能够全部吸收各种波长的辐射能而完全不发生反射和透射的物体称为黑体。
二、普朗克的量子假设：1. 组成腔壁的原子、分子可视为带电的一维线性谐振子，谐振子能够与周围的电磁场交换能量。
2. 每个谐振子的能量不是任意的数值, 频率为ν的谐振子，其能量只能为hν, 2hν, …分立值，其中n = 1,2,3…，h =6.626×10 –。
3. 当谐振子从一个能量状态变化到另一个状态时,辐射和吸收的能量是hν的整数倍。
15.2 光电效应爱因斯坦光量子理论一、光电效应的实验规律金属及其化合物在光照射下发射电子的现象称为光电效应。
逸出的电子为光电子，所测电流为光电流。
截止频率：对一定金属，只有入射光的频率大于某一频率ν0时, 电子才能从该金属表面逸出，这个频率叫红限。
遏制电压：当外加电压为零时，光电流不为零。
因为从阴极发出的光电子具有一定的初动能，它可以克服减速电场而到达阳极。
当外加电压反向并达到一定值时，光电流为零，此时电压称为遏制电压。
1 mvm2?eU2二、爱因斯坦光子假说和光电效应方程1. 光子假说一束光是一束以光速运动的粒子流，这些粒子称为光子；频率为v 的每一个光子所具有的能量为??h?, 它不能再分割，只能整个地被吸收或产生出来。
2. 光电效应方程根据能量守恒定律, 当金属中一个电子从入射光中吸收一个光子后，获得能量hv，如果hv 大于该金属的电子逸出功A，这个电子就能从金属中逸出，并且有 1上式为爱因斯坦光电效应方程，式中mvm2为光电子的最大初动能。
大学物理_量子物理基础_课件
单色吸收比 α(λ,T ) :物体 2.辐出度和吸收比 2.辐出度和吸收比 在温度T 对于波长在 波长在λ 在温度T时,对于波长在λ附 近单位波长间隔内吸收的能 近单位波长间隔内吸收的能 单色辐出度: 单色辐出度: 量与辐射的能量的比值 比值. 量与辐射的能量的比值. Mλ (T) = dMλ dλ 若用 ρ(λ,T ) 表示对应的 单色反射比, 单色反射比,对于不透明 单位时间内从物体单位表面 的物体有 发出的波长在 波长在λ 发出的波长在λ附近单位波 α(λ,T ) + ρ(λ,T ) =1 长间隔内的电磁波的能量 长间隔内的电磁波的能量 的电磁波的能量. ∞ 3.基尔霍夫定律 基尔霍夫定律(1859) 3.基尔霍夫定律(1859) 辐出度 : M(T) = ∫ Mλ (T)dλ Mλ (T) 0 = f (λ,T) 单位:W·m－2 单位 α(λ,T) 单位时间从物体表面单位 推论I:在热平衡态下, I:在热平衡态下 推论I:在热平衡态下,凡强 面积辐射的总能量. 面积辐射的总能量 吸收体必然是强辐射体. 吸收体必然是强辐射体.
理论物理学家寻找 MBλ (T ) 3. 斯特藩 玻耳兹曼定律 斯特藩-玻耳兹曼定律 黑体的辐出度与黑体 的温度的四次方成正 由热力学得出) 比.(由热力学得出 由热力学得出
MBλ (T) = αλ e
−5 −β λT
公式只在短波(高频) 公式只在短波(高频) 0 低温时才和实验相符, 区,低温时才和实验相符, σ = 5.67×10-8 W/m2K4 × 在长波范围内与实验不符. 在长波范围内与实验不符. 显然, ——斯特藩-玻耳兹曼常数 显然,维恩未找出 f (λ,T) 斯特藩斯特藩 dMBλ (T) 但令 定律只适用于黑体 黑体. =0 定律只适用于黑体 dλ 显然,斯特藩 斯特藩显然 斯特藩-玻耳兹 可得 维恩位移定律 曼未找出 f (λ,T ) λm T = b 4．维恩定律 b = 2.897756×10-3 m·K × 假设腔内谐振子的能量 当黑体的温度升高时,与单 当黑体的温度升高时 与单 按玻耳兹曼分布,可得出: 按玻耳兹曼分布,可得出: 色辐出度Mλ的峰值对应的 色辐出度 −5 −β λT 波长λ 向短波方向移动. 波长λm向短波方向移动 MBλ (T) = e 这与实验一致. 这与实验一致
《热辐射》 讲义
《热辐射》讲义一、热辐射的基本概念当我们在寒冷的冬天靠近火炉，会感到温暖；在夏日的阳光下，皮肤会被晒热。
这些现象背后的原理就是热辐射。
热辐射，简单来说，就是由物体自身温度所引起的，以电磁波形式向外传递能量的过程。
它与我们常见的热传递方式——热传导和热对流有着明显的区别。
热传导需要物体之间的直接接触，热对流则依赖于流体的流动来传递热量，而热辐射不需要任何介质，在真空中也能进行。
所有温度高于绝对零度（约为－27315 摄氏度）的物体都会不停地向外辐射能量。
这意味着，哪怕是一块冰冷的石头，或者遥远的恒星，都在时刻进行着热辐射。
二、热辐射的特点1、不需要介质热辐射的一个显著特点就是它可以在真空中传播。
这与热传导和热对流截然不同。
想象一下太阳的能量能够穿越浩瀚的宇宙空间到达地球，靠的就是热辐射。
2、与温度密切相关物体的温度越高，热辐射的能力就越强。
例如，烧红的铁块比常温下的铁块辐射出的热量要多得多。
而且，热辐射的波长分布也与温度有关。
温度较低时，主要辐射出较长波长的红外线；温度升高，波长逐渐变短，会出现可见光，甚至紫外线。
3、遵循一定的规律热辐射遵循斯特藩玻尔兹曼定律、维恩位移定律等。
斯特藩玻尔兹曼定律表明，黑体的辐射出射度与热力学温度的四次方成正比。
维恩位移定律则指出，黑体辐射光谱中辐射强度的峰值波长与绝对温度成反比。
三、热辐射的影响因素1、物体的材料和表面特性不同材料的物体，其热辐射的能力和吸收能力是不同的。
比如，黑色的物体通常比白色的物体更善于吸收和辐射热量。
物体的表面粗糙度也会产生影响，粗糙的表面比光滑的表面更有利于热辐射。
2、物体的温度如前所述，温度是决定热辐射强弱的关键因素。
温度越高，热辐射越剧烈。
3、环境温度周围环境的温度会影响物体与环境之间的热交换。
当物体温度高于环境温度时，物体向外辐射热量；反之，物体吸收热量。
四、热辐射在生活中的应用1、取暖设备常见的电暖器、红外线取暖器等，都是利用热辐射的原理来为我们提供温暖。
1.2 热辐射大学物理
一. 热辐射的基本概念 室
2. 对热辐射的初步认识
温
任何物体任何温度(T≠0)均存在热辐射
热辐射谱是连续谱
热辐射谱与温度有关
几 千 K
一. 热辐射的基本概念
3. 热辐射的描述
1) 辐射出射度 (辐出度) M(T ) [SI]：W/m2
单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的各种频 率（波长）电磁波能量的总和。
二. 基尔霍夫定侓
1859年，基尔霍夫应用热力学理论得出
M1 M2
1( ) 2( )
I(,T )
与物体无关的普适函数
平衡热辐射：一个好的吸收体也是一个好的幅射体
G.R.Kirchhoff （1824~1887） 德国物理学家
室温下 反射光1100K,自身辐射源自谢谢3. 热辐射的描述
3) 单色吸收比 ,T 和单色反射比 ,T
物体在温度T，吸收或反射的频率在（波长）附近单位 频率（波长）范围内电磁波能量与相应频率（波长）的入射 波能量之比，称为单色吸收或单色反射比。
对于不透明物体：
,T + ,T =1
规定：
,T =1 的物体称为绝对黑体，简称黑体。
wm物体在温度t吸收或反射的频率在波长附近单位频率波长范围内电磁波能量与相应频率波长的入射波能量之比称为单色吸收或单色反射比
大学物理——量子物理
热辐射
一. 热辐射的基本概念
白炽灯
室 温
20W 昏黄色
200W 特别亮 刺眼
几
1. 热辐射的定义
千
K
物体发出的各种电磁波的能量按频率（波长
）的分布会随温度而变化的电磁辐射现象。
2) 单色辐射出射度（单色辐出度）M λ(T )或Mν (T )
《热辐射》 讲义
《热辐射》讲义一、什么是热辐射在我们日常生活中，热的传递是一种常见的现象。
热可以通过传导、对流和辐射这三种方式进行传递。
而热辐射，是一种不需要任何介质就能发生的热传递方式。
想象一下，在一个寒冷的夜晚，我们站在篝火旁，即使没有直接接触火焰，也能感受到温暖。
这就是热辐射在起作用。
热辐射是由物体内部的分子、原子的热运动引起的。
当物体的温度高于绝对零度（约为－27315℃）时，它的分子和原子就会处于不断的运动中，并向外发射电磁波，这种电磁波携带着能量，也就是我们所说的热辐射。
与传导和对流不同，热辐射不需要依靠物质的接触或流动来传递热量。
它可以在真空中进行，比如太阳的热量能够穿越遥远的太空到达地球，就是通过热辐射实现的。
二、热辐射的特点1、不需要介质这是热辐射最为显著的特点之一。
无论在真空、气体、液体还是固体中，热辐射都能发生。
这使得热辐射在宇宙空间等特殊环境中成为热量传递的重要方式。
2、与温度的关系物体的温度越高，热辐射的强度就越大，辐射出的电磁波的频率也越高。
例如，一个炽热的铁块会发出强烈的红光，随着温度继续升高，它会逐渐变成橙色、黄色甚至白色。
3、具有方向性热辐射并不是向四面八方均匀地发射，而是具有一定的方向性。
物体表面的粗糙度、形状等因素都会影响热辐射的方向分布。
4、遵循黑体辐射定律黑体是一种能够完全吸收所有入射辐射，并且在相同温度下发射出最大辐射能的理想物体。
实际物体的热辐射特性可以通过与黑体的比较来描述，并遵循黑体辐射定律。
三、热辐射的原理从微观角度来看，热辐射的产生源于分子和原子的热运动。
这些微观粒子在运动过程中，其电荷分布会发生变化，从而产生变化的电磁场，向外发射电磁波。
电磁波的波长范围很广，从红外线、可见光到紫外线等都有可能。
不同波长的电磁波携带的能量不同，物体温度越高，短波长的电磁波所占比例就越大。
对于一个给定的物体，其热辐射的能量分布与波长之间的关系可以用普朗克定律来描述。
这个定律揭示了热辐射的本质规律，是研究热辐射的重要基础。
《热辐射》 讲义
《热辐射》讲义在我们的日常生活中，热辐射是一种常见但又常常被忽视的现象。
从太阳温暖地球，到冬天我们靠近火炉取暖，热辐射都在默默地发挥着作用。
那么，什么是热辐射呢？它又有着怎样的特点和规律呢？让我们一起来深入了解一下。
一、热辐射的定义热辐射，简单来说，就是由物体自身的温度所决定的，以电磁波的形式向外传递热量的过程。
只要物体的温度高于绝对零度（约为－27315℃），就会不停地向外发射电磁波，从而产生热辐射。
需要注意的是，热辐射不同于热传导和热对流。
热传导是依靠物体内部的分子、原子等微观粒子的热运动来传递热量；热对流则是通过流体（如气体或液体）的流动来转移热量。
而热辐射不需要任何介质，在真空中也能进行。
二、热辐射的特点1、不需要介质如前面所提到的，热辐射可以在真空中传播，这使得它在宇宙空间中也能发挥重要作用。
例如，太阳的能量就是通过热辐射的方式传递到地球的。
2、与温度相关物体的温度越高，其热辐射的强度越大，同时辐射的电磁波的频率也越高。
这意味着高温物体不仅会辐射出更多的热量，而且辐射的电磁波波长更短。
3、具有方向性热辐射并不是均匀地向各个方向传播，而是具有一定的方向性。
这与物体的形状、表面特性等因素有关。
三、热辐射的规律1、斯蒂芬玻尔兹曼定律该定律表明，黑体的辐射出射度与绝对温度的四次方成正比。
也就是说，温度的微小变化会导致热辐射强度的显著改变。
2、维恩位移定律它指出黑体辐射的峰值波长与绝对温度成反比。
当物体温度升高时，辐射的峰值波长会向短波方向移动，即从红外线向可见光甚至紫外线区域移动。
四、热辐射的应用1、红外加热利用红外线的热辐射特性，可以实现对物体的快速加热。
在工业生产中，常用于烘干、加热处理等工艺。
2、太阳能利用太阳能热水器、太阳能电池板等都是利用太阳的热辐射来获取能量。
3、遥感技术通过检测物体发射的热辐射，可以获取物体的温度、状态等信息，广泛应用于气象、地质、农业等领域。
4、医学领域红外线成像技术可以用于诊断疾病，如检测肿瘤、炎症等。
大学物理15--1热辐射
§19—1黑体辐射、普朗克量子假说
（Heat Radiation、Planck’ Quantum Supposition）
一）何谓热辐射 物体在任一温度下发射从红外线、可见光到 紫外线的现象。
1000 600度 400 度
火 炉
因辐射与温度有关，故称热 辐射
注意： 1）从经典物理学看来热辐射过程的实质是 物质 以电磁波的形式向外辐射电磁波的过程。其 辐射的能量称之为辐射能。 2）热辐射有平衡热辐射与非平衡热辐射： 当物体因辐射而失去的能量等于从外界吸收 的辐射能时，这时物体的状态可用一确定的 温度来描述，这种热辐射称为平衡热辐射。 反之称为非平衡 热辐射。 二）单色辐出度、辐射出射度 实验表明：物体辐射能多少决定于物体的 温度（T）、辐射的波长、时间的长短、发 射的面积
线、电子和放射性。这三大发现打开了微观世界的大门，使人类 的经验从宏观领域扩展到微观领域，其结果是物理革命的全面开 展。 这一切都发生在从1895－1905年的10年间。这10年间物理学 的大事按时间顺序列举如下： 年代 1895年 人物 伦琴 事件 发现X射线
1896年
1896年 1897年 1898年 1898年 1900年
2）黑体辐射的规律 炉火纯青 B)维恩位移定律：黑体 1 1 温度增高时，其单色 M 0( T ) ( w.cm m ) 2200K 辐出度的峰值波长向 60 短波方向移动，且有 50 2000 度 800 度 1000 度 40 如下关系： 火 2000K 30 Tm b 炉 1800K
波耳兹曼从电磁理论和热力学出发给出的理 论证明，称为斯特藩—波耳兹曼定律。德国 物理学家维恩于1893年提出维恩位移定律， 即辐射能谱密度最大值所在的波长与温度成 反比。
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E (T ) T 5.67 10 (5700)
4 8
4
6.00 10 w / m
7
2
五、热辐射的理论解释、普朗克量子假说 eB ( , T ) 当时经典力学占统治地位，人们自然用经典力 ( w.cm 学理论来解释热辐射并建立了两个公式： m ) 1、维恩公式（Wien’s formula） 1896年德国维恩（Wien）从热力学普遍理论 (nm) 出发，将黑体谐振子能量按频率分布类同于 1.02.0 3.04.05.0 6.0 7.08.0 9.0 Maxwell速度分布，由经典理论导出以下公式
e B ( , T ) 2hC
2
5
1 e
hC kT
讨论： 1）当h>>kT（高频段）
1
hC 1 kT
e B ( , T ) 2hC e
2 5
hC kT
令： c1 2hc
2
hC c2 k
e B ( , T )
c1
5
e
C2 T
维恩公式
2)维恩位移定律：黑体 炉火纯青 温度增高时，其单色 辐出度的峰值波长向 eB ( , T )( w.cm 1 m 1 ) 短波方向传播，且有 60 2200K 如下关系： 50 2000 度 800 度 1000 度 Tm b 40 火 2000K 3 30 b 2.898 10 m.K 炉 1800K 20 m峰值波长 1600K 10 T：绝对温度 (nm)
eB ( , T )( w.cm m )
1 1
60 50 40 30
2200K
E B (T ) T
8
2000K 1800K 1600K
4
5.67 10 w / mK
பைடு நூலகம்斯忒蕃--玻尔兹曼常数
20
10
(nm)
5.0
1.0 2.0 3.0 4.0
含义：它说明对于黑体，温度越高，辐出度 EB(T)越大且随T增高而迅速增大。
基尔霍夫定律（Kirchhoff’s Law） 在同样的温度下，各种不同 的物体对相同波长的单色辐出 度与单色吸收率之比值都相等 ，且等于在该温度下黑体对同 一波长的单色辐出度。 M2
T=C 真空 M1 B
绝热恒温体
e1 ( , T ) e2 ( , T ) e B ( , T ) e B ( , T ) 1 ( , T ) 2 ( , T ) B ( , T )
1 1
e B ( , T )
c1
5
e
c2 T
此公式在长波方面 与实验数据不符。
维恩公式
C1、C2须用实验确定。
2瑞利—琼斯公式（Rayleigh-jean’s formula） 1900年瑞利--琼斯利用经典电动力学和统计力学 （将固体当作谐振子且能量按自由度均分原则及 电磁辐射理论）得到一个公式： C为光速 2CKT K=1.38065810-23J/K e B ( , T ) 4 波尔兹曼常数
乾 通 隆 宝 通 通
乾 乾 宝 宝 隆
1000 600度 400 度
火 炉
因辐射与温度有 关，故称热辐射
火 炉 1000度
1、注意： 1）从经典物理学看来热辐射过程的实质是 物质 以电磁波的形式向外辐射能量的过程。其辐 射的能量称之为辐射能。 2）热辐射有平衡热辐射与非平衡热辐射： 当物体因辐射而失去的能量等于从外界吸收 的辐射能时，这时物体的状态可用一确定的 温度来描述，这种热辐射称为平衡热辐射。 反之称为非平衡 热辐射。 2、单色辐出度、辐射出射度、单色吸收率、单 色反射率 实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度 （T）、辐射的波长、时间的长短、发射的面积
于是1900年英国物理学家开尔文在瞻望20世纪物 理学的发展的文章中说到： “在已经基本建成的科学大厦中， 后辈的物理学家只要做一些零碎 的修补工作就行了。” --开尔文-也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后 一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据 的小数点后面在加几位罢了！ 但开尔文毕尽是一位重视现实和有眼力的科 学家，就在上面提到的文章中他还讲到：
“在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令 人不安的乌云，----” 迈克尔逊莫雷实验
黑体辐射实验
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为 一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨， 浇灌着两朵鲜花。
相对论问世
普朗克量子力学的诞生
高速领域 微观领域
相对论
量子力学
经典力学
§4-0 黑体辐射 一、 热辐射 物体在任一温度下发射从红外线、可见光到 紫外线的现象。
普朗克量子假设： 辐射黑体是由带电谐振子组成，这些谐振子辐 射电磁波并和周围电磁场交换能量，但这些谐振 子只能处于某些特殊的状态。它们的能量只能是 某些能量子的整数倍。 En n n 1.2.3 量子数 为谐振 34 子频率 h h 6.63 10 j s
具体讲：辐射物体是由一些线性谐振子组成，对 频率为的谐振子，它具有的最小能量是h，谐振 子具有的其它能量值是h的整数倍，因此它吸收 与辐射的能量也只能是h的整数倍。即能量只能是：
2）黑体是理想化的模型，实际中的物体的吸收率 总是小于1。 抛光的铜镜表面：
一般金属表面：
煤烟： 3）一个开有小孔的内表面粗糙的空腔可近似看成 理想的黑体。 如远处不点灯 的建筑物 若室内点灯 （自身辐射不很弱）
0.6 ~ 0.8 0.95 ~ 0.98
0.02
三、基尔霍夫定律（Kirchhoff’s Law） 一个实验 T=C N个不同的物体置于一绝热 恒温体内，经过热辐射交换 能量，达到热平衡态---物体 真空 M1 与容器具有相同温度且保持 不变。 要维持温度不变，则 M2 物体吸收的辐射能必须等于 B 辐射出去的能量 但不同物体的辐射出射度 是不同的，即每个物体单位 绝热恒温体 时间、单位面积辐射的能量 是不同的。因此要维持平衡热辐射，只有辐射能 量较多的物体吸收能量也多，反之亦然。
h
2h
3h
注意：普朗克这一思想是完全背离经典物理，并 受到当时许多人的怀疑和反对，包括当时的物理 学泰斗---洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某 种方式来消除 En nh 这一关系式。它写道： “我试图将h纳入经典理论的范围，但一切 这样的尝试都失败了，这个量非常顽固。后来他 又说： “在好几年内我花费了很大的劳动，徒劳 地去尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。 我的一些同事把这看成是悲剧。但我有自已的看 法，因为我从这种深入剖析中获得了极大的好处 ，起初我只是倾向于认为，而现在是确切地知道 作用量子 将在物理中发挥出巨大作用”。
其中：eB ( , T )为黑体的单色辐出度 B ( , T ) 为黑体的单色吸收率 物理含义：好的吸收体也是好的辐射体。
研究热辐射的中心问题是研究黑体的辐射问题
四、黑体辐射的实验研究
1、实验装置
P B L1 黑体 A 准直系统 三棱镜 L2 C
测量系统
2、黑体辐射的规律 1）斯忒蕃--玻尔兹曼 定律：黑体辐射出 射度与绝对温度有 如下关系：
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
注意：1）以上两规律只适用于黑体，对非黑体只 近似成立。
2）热辐射规律在现代技术中有广泛的应用 ---高温测量、遥感、遥测、红外跟踪等。
例：太阳可以看成黑体，地球上测出其峰值波长 为 m=5100Å，则其表面温度和辐出度为多少？ 解： 由
Tm b
2.898 10 T 5700( K ) 10 m 5100 10 b
2）当h<<kT（低频段）
hC 1 kT
hC e B ( , T ) 2hC / kT
2 5
e B ( , T )
2CkT
4
瑞利—琼斯公式
普朗克注意到在过去的理论中，把黑 体中的原子和分子都看成可以吸收 或 辐射电磁波的谐振子，且电磁波与谐 振子交换能量时可以以任一大小的分 额进行，（从0到大）。普朗克当时 大胆地放弃了这一概念，提出了能量 的吸收与辐射只能按不连续的一份一份能量进行。
S=1
光源
E (T )
E (T ) e( , T )d (W .m 2 ) 0
显然，它是温度的函数
入
3)单色吸收率 单色反射率 实验表明:吸收与反射 的能量与物体温度有 关、与辐射能的波长 范围有关. 射 E入 吸收
E反 射 反 E吸
不透明介质
定义：一束波长为+， 强度为E入的电磁辐射入射到温 度为T的物体上时，若反射光的 强度为E反(,T)，吸收光的强度 为E吸（，T），则定义：
e B ( , T ) 2hC
2
( w.cm 1
5
1 e
hC kT
eB ( , T )
1
m )
2hC
2
5
1 1
e
h kT
1
(n m)k波尔兹曼常数 C为光速 1.02.0 3.04.0 5.0 6.07.0 8.0 9.0 e为自然对数底 -34 h=6.6310 j· s称为普朗克恒量 该公式与实验数据符合得很好！
( , T ) ( , T ) 1
二、 黑体（black body）
在任何温度、对于任何波长的辐射的吸收率均 为1的物体，称之为黑体。
注意：1）黑体是对入射的辐射能全部吸收（不 管什么波长）的物体，也不反射。因 此当其自身的热辐射很弱时，看上去 是黑洞洞的。
B 1 B ( , T ) 0
入 射 E入
E反 射 反
单色吸收率： ( , T )
E吸 ( , T ) E入 ( , T ) 吸收
E吸
单色反射率： r（ , T） 显然，对不透明的物体：