黑体辐射
黑体辐射的规律和结论
黑体辐射是由德国物理学家爱因斯坦在20世纪初提出的一种热辐射的理论。
黑体辐射的规律是物体的温度越高，它所发出的辐射能量就越大。
黑体辐射的结论是：物体的温度越高，它所发出的辐射能量也就越大，而且辐射能量随着物体温度的增加而增加，并且辐射能量随着物体温度的升高而升高。
黑体辐射还有一个重要的结论，就是黑体辐射的能量分布是随着波长缩短而增加的，这个结论叫做黑体辐射定律。
黑体辐射的理论对于热学和光学领域有重要的意义，并且在宇宙学、天文学、材料科学等领域有广泛的应用。
黑体辐射是由热力学原理推导出来的，它是描述物质在高温下发射出的电磁辐射能量分布的理论。
黑体是指在黑暗中发射的辐射，它是理论上的概念，不存在真正的黑体。
黑体辐射的规律是物体的温度越高，它所发出的辐射能量就越大。
这个规律称为黑体辐射定律，也被称为爱因斯坦辐射定律。
定律表明，对于同一温度的黑体，它所发出的辐射能量是固定的，并且随着温度的升高而增加。
黑体辐射还有一个重要的结论，就是黑体辐射的能量分布是随着波长缩短而增加的，这个结论叫做黑体辐射定律。
根据这个定律，可以得出黑体辐射能量在红外波段和紫外波段较强，而在可见光波段较弱。
黑体辐射的理论对于热学和光学领域有重要的意义，并且在宇宙学、天文学、材料科学等领域有广泛的应用。
黑体辐射
1-2 黑体辐射何谓黑体？一般的物体对外来的辐射，都有反射和吸收作用（假定透明度为零）. 若一个物体对外来的一切波长的辐射，在一切温度下都能够全部吸收而不发生反射，该物体称为绝对黑体，简称黑体. 事实上当然不存在绝对黑体，但有些物体可以近似地作为黑体来处理，比如，一束光一旦从狭缝射入空腔体内，就很难再通过该狭缝反射回来，那么，这个开着狭缝的空腔体就可以看作是黑体.所有的物体都能发射热辐射，而热辐射和光辐射一样，都是一定频率范围内的电磁波，在常温和低温下，物体一般辐射出不可见的红外线；而在高温下，会辐射可见光、紫外线. 黑体是一种物体，自然也应该辐射电磁波.【实验原理】历史上，很多物理学家都企图用经典理论解释黑体辐射规律.1859年基尔霍夫以实验证明了黑体与热辐射达到平衡时，单色辐射能量密度E(ν,T )随频率ν变化曲线的形状与位置只与黑体的绝对温度有关，而与腔体的形状及组成的材料物质无关.1877年玻尔兹曼由分子运动论认识到熵S 与几率的对数成正比. 他的方法是将能量E 划分为P 个相等的小份（叫能量元ε）, 这些能量元ε在N 个谐振子中可以按不同的比例分给单个谐振子. 若单个谐振子的平均能量：NP N E U ε==(1-2-1) 假设有W 种分配方案（也叫配容数），则：k S N =W l N (1-2-2) 配容数W 就是几率，k 为玻尔兹曼常量，2310346.1-⨯=k （J/K ），N 个谐振子系统的熵N S 是单个谐振子的熵的N 倍.1893年维恩从实验中发现了黑体辐射的位定律. 他假定辐射能量按频率的分布类似于麦克斯韦速度分布律，得到了现在称之为维恩公式的辐射公式()Taeb T λλλ--=5,R (1-2-3)式中R(λ,T )称为单色辐射度（旧称为单色发射本领），它表示在单位时间内，在黑体的单位面积上从λ到λ+d λ内，单位波长间隔内所辐射出的能量；T 表示绝对温度，a ，b 是两个任意常数，分别称为第一和第二辐射常数. 维恩公式只在短波段与实验结果相符合，在长波段则出现明显偏差.1895年普朗克正在德国柏林大学任理论物理教授，经常参加德国帝国技术物理研究所有关热辐射的讨论. 他认为维恩的推导不大令人信服. 于是从1897年起，投身于这个问题的研究. 普朗克把电磁理论用于热辐射和谐振子的相互作用，通过熵的计算，得到了维恩分布定律，从而使这个定律获得了普遍意义. 但他发现温度增高时，在长波方向，与实验结果仍有偏差，看来需作某些修正. 这时英国物理学家瑞利从另一途径也提出了能量分布定律.1900年6月，瑞利（后经金斯修改）发表了一篇论文，他根据经典电动力学和统计物理学推导而得单色辐射能量密度E(ν,T )由下式决定：ννπννd 8d ),E(23kT cT =(1-2-4) 即瑞利——金斯公式. 式中c 为光速，k 为玻尔兹曼常量，T 为热力学温度，ν为辐射频率. 此公式在低频部分与实验还算相符，但随频率增大与实验值的差距越来越大，当∞→ν时引起发散，这是当时有名的“紫外灾难”, 见图1-2-1.1900年12月14日普朗克在德国物理学会提出：电磁辐射的能量只能是量子化的. 他认为以频率ν作谐振动的振子其能量只能取某些分立值，在这些分立值决定的状态中，其对应的能量应该是某一最小能量的h ν整数倍, 即E=n h ν n=1,2,3,… 这最小的能量称为能量子，h 称为普朗克常量，341065.6⨯=h J ⋅s ，在此能量量子化的假定下，他推导出著名的普朗克公式：()1d 8d ,23-=kT he c h T E νννπνν (1-2-5) 因为 νλc= (1-2-6)λλνd d 2c=(1-2-7)将(1-2-6)和(1-2-7)代入(1-2-5)得1d 8d ),E(5-=kT hc e hc T λλλπλλ (1-2-8)即黑体辐射波长在(λλλd ,+)范围中单色辐射能量密度的分布公式，它与实验结果符合的很好. 普朗克提出的能量子假说具有划时代的意义，标志了量子物理学的诞生，因此获得了1918年诺贝尔物理学奖.考虑到单色辐射能密度E(λ,T )与单色辐射度R(λ,T )之间的关系：),R(4),E(T cT λλ=，(1-2-8)式还可写成如下形式： 1d 2d ),R(52-=kThcehc T λλλπλλ (1-2-9)图1-2-1 黑体辐射能量图 图1-2-2二维恩位移图普朗克公式经微分后可得维恩位移定律：Tk hcm λ=4.965 (1-2-10) 式中m λ为黑体辐射曲线的峰值对应的波长，T 为绝对黑体温度，其他各意义同上. 见图1-2-2，光谱亮度的最大值的波长与它的绝对温度成反比：T A m /=λ (1-2-11)A 为常数，A =2.8978310-⨯m ⋅k ，随温度的升高，绝对黑体光谱亮度的最大值的波长位置会向短波方向移动. 只要测出λ，就可求得黑体的温度，这为光测高温得供了另一种手段。
黑体辐射_精品文档
黑体辐射实验19世纪末，物理学晴朗的天空中飘着两朵乌云，其中之一被称为“紫外灾难”，即瑞利和金斯用经典的能量均分定理并不能完全解释热辐射现象。
1900年，普朗克提出金属空腔壁以与振子频率成正比的能量子为基本单元来吸收或发射能量，得到著名的普朗克公式，从理论上解释了黑体辐射频谱分布。
这一贡献引起物理学的一场革命，对量子理论的建立起到了重要作用。
本实验利用WGH ——10型黑体实验装置测量黑体的辐射能量曲线，从而验证普朗克公式，唯恩位移定律以及斯特藩——玻耳兹曼定律，并进一步研究黑体与一般发光体辐射强度的关系，学会测量一般发光光源的辐射能量曲线。
一、实验原理1、热辐射，黑体任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。
辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。
这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。
为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。
黑体的特点：1、热辐射与辐射体材料的具体性质无关。
2、黑体辐射仅与温度有关。
3、黑体是为理论研究方便假想出来的，世界上不存在真正的黑体。
2、描述热体辐射的几个物理量单色辐出度()T M λ：在单位时间内物体从表面单位面积上发射的波长界于λ和λd 之间的辐射电磁波能量λE d 则λE d 与λd 之比称为单色辐出度()T M λ 即()T M λ=λE d /λd （与辐射体的温度和辐射波长有关）。
（1）辐出度()T M ：在单位时间内物体从单位表面积上发射的所有各种波长的电磁波能量总和为辐出度()T M 即()()λλd M T M =T ⎰∞（1）2）单色吸收率()T λa ：当辐射从外界入射到物体表面时，被物体吸收的能量与入射总能量之比称为吸收率A ，其中波长在λ到λ+λd 之间的吸收率A d 与λd 之比为单色吸收率()T λa 即()λλd d a A=T （2）3、黑体辐射定律（1）斯特藩——玻耳兹曼定律此定律首先由斯特藩于1879年从实践数据的分析中发现。
黑体辐射名词解释
黑体辐射名词解释
黑体辐射，也称之为核电磁辐射，是由原子弹、核反应堆以及射线技术等可
观测核技术产生的一种辐射能。
它指的是射线的能量以电磁波的形式被释放出来。
由于具有伦理与安全性的威胁，黑体辐射一直被严格监管。
黑体辐射有很多类型，比如可见光、紫外线和X射线仅仅是其中的几种。
这种
辐射的性质为单色的、短波的、高能的电磁辐射，且具有穿透性，能够穿过绝大多数物质，当它们与物质碰撞时会释放出能量。
说起黑体辐射，首先应引起人们对它的足够重视，一定要谨慎处理和使用，防
止造成污染和对人体造成伤害。
一般情况下，人们长时间接触黑体辐射可能会有不良后果，其中常见的损害有损伤皮肤、眼睛、呼吸道等组织和器官，同时还可能对免疫力造成干扰，甚至诱发癌症。
因此，为了人们的健康，应避免接触黑体辐射。
对于待在高辐射水平区域的人群，最好避免低限，使用保护设施并减少长期接触时间。
另一方面，应当充分改进监测技术与抗辐射研究，以更好地分析黑体辐射的危害，以免发生不可逆转的事故。
什么叫黑体辐射
B(λ, T)=2hc2 /λ5·1/exp(hc/λRT)1
B(λ, T)—黑体的光谱辐射亮度(W, m2 , Sr1 ,μm1 )
λ—辐射波长(μm)
T—黑体绝对温度(K、T=t+273k)
图表62410K下的斯特潘玻尔兹曼定律数据
误差：△=（1.91591.8214）/1.9159=4.9%
5
图表72580K下的斯特潘玻尔兹曼定律数据
误差：△=（2.57022.5164）/2.5164=2.1%
图表82670K下的斯特潘玻尔兹曼定律数据
误差：△=（3.03642.8863）/2.8863=5.2%
但现实世界不存在这种理想的黑体,那么用什么来刻画这种差异呢?对任一波长,定义发射率为该波长的一个微小波长间隔内,真实物体的辐射能量与同温下的黑体的辐射能量之比。显然发射率为介于0与1之间的正数,一般发射率依赖于物质特性、环境因素及观测条件。如果发射率与波长无关,那么可把物体叫作灰体(grey body),否则叫选择性辐射体。
中国石油大学近代物理实验实验报告成班级：姓名：同组者：教师：
黑体辐射实验
1、了解黑体辐射实验现象,掌握辐射研究方法。
2、学会仪器调整与参数选择,提高物理数量关系与建模能力。
3、通过验证定律,充实物理假说与思想实验能力。
黑体是指能够完全吸收所有外来辐射的物体,处于热平衡时,黑体吸收的能量等于辐射的能量,由于黑体具有最大的吸收本领,因而黑体也就具有最大的辐射本领。这种辐射是一种温度辐射,辐射的光谱分布只与辐射体的温度有关,而与辐射方向及周围环境无关。事实上当然不存在绝对黑体,但有些物体可以近似地作为黑体来处理,比如,一束光一旦从狭缝射入空腔体内,就很难再通过该狭缝反射回来,那么,这个开着的狭缝空腔体就可以看作是黑体。
黑体辐射通俗理解
黑体辐射通俗理解
摘要：
一、黑体辐射的定义
二、黑体辐射的特点
三、斯特藩- 玻尔兹曼定律
四、普朗克辐射定律
五、黑体辐射与量子力学的关系
六、实际应用与前景
正文：
黑体辐射是指黑体（理想热辐射体）在热平衡状态下产生的辐射现象。
黑体辐射具有以下特点：
1.连续谱：黑体辐射的强度与波长之间的关系是连续的，没有明显的谱线。
2.强度与温度成正比：黑体辐射的强度与温度成正比，这一特点由斯特藩- 玻尔兹曼定律描述。
3.紫外灾难：经典物理理论无法解释黑体辐射在紫外区的强度分布，导致紫外灾难。
为了解决紫外灾难，普朗克提出了量子假说，认为能量是以离散的量子形式传递的。
这一假说不仅解决了紫外灾难，还为量子力学的发展奠定了基础。
黑体辐射的研究对量子力学产生了深远的影响。
从黑体辐射现象中，科学家们发现了量子化、能量量子、波粒二象性等重要概念。
这些概念为量子力学
的发展奠定了基础。
在实际应用中，黑体辐射在许多领域都有重要作用，如热辐射、太阳能电池、红外遥感等。
黑体辐射什么
黑体辐射什么
黑体辐射是指一个处于热平衡状态的理想物体所发出的电磁辐射。
其名称“黑体”是因为这个物体能够完全吸收所有射入它的辐射，不反射也不透过任何辐射。
黑体辐射的研究与理解起源于19世纪，当时科学家们通过实验观察到，当一个物体被加热至足够高的温度时，它会发出一种特定的光谱，这种光谱与物体的温度有关。
根据理论推导和实验测量，经典物理学建立了黑体辐射的描述模型。
根据普朗克的理论，黑体辐射的能量与频率之间存在一定的关系，即普朗克公式。
这个公式描述了单位面积、单位时间内每个频率的辐射能量的数量。
根据普朗克公式，辐射的能量随着其频率的增加而增加，而根据维恩位移定律，辐射最强的频率对应于其温度的倒数。
黑体辐射的研究不仅对物理学有重大影响，还对天文学和热力学等其他科学领域都有重要意义。
通过观察天体的光谱，科学家们可以推断出它们的温度和成分，从而了解宇宙的起源和演化。
在热力学中，黑体辐射是理解热平衡和热传导等现象的关键。
黑体辐射理论的发展也导致了量子力学的诞生。
经典物理学无法解释黑体辐射中的紫外灾变问题，而量子理论则成功解释了这一现象。
这一发现标志着经典物理学的失败，同时也为量子力学的发展铺平了道路。
总之，黑体辐射是一个重要的物理现象，它在物理学、天文学和热力学等领域都有广泛应用。
通过对黑体辐射的研究，科学家们不仅在理论上增进了对自然界的理解，还在技术上取得了一系列重大突破，如发展了激光、红外线技术等。
黑体辐射通俗理解
黑体辐射通俗理解黑体辐射是物体在热平衡状态下发出的电磁辐射，也被称为热辐射。
它是由于物体内部的分子和原子的热运动引起的。
所有物体在绝对零度时，其分子和原子将停止运动，不再发出辐射。
但是在室温下，物体的分子和原子会以不同的速度运动，从而产生不同频率和能量的辐射。
这种辐射的特点是无需媒介传播，可以在真空中传播，因此也被称为真空辐射。
黑体辐射的能谱分布可以通过普朗克辐射定律来描述。
根据普朗克辐射定律，黑体辐射的能量与频率呈正比，即能量越高，频率越大。
同时，根据斯特凡-玻尔兹曼定律，黑体辐射的总辐射功率与物体的温度的四次方成正比。
这意味着温度越高，黑体辐射的功率越大。
根据普朗克辐射定律和斯特凡-玻尔兹曼定律，可以推导出黑体辐射的能谱分布公式，即普朗克公式。
普朗克公式可以用来计算不同温度下的黑体辐射能谱分布。
根据普朗克公式，黑体辐射的能谱分布呈现出一个峰值，峰值对应的频率称为峰值频率。
峰值频率与物体的温度成正比，即温度越高，峰值频率越大。
根据普朗克公式，可以得出黑体辐射的另一个重要性质——斯特凡-玻尔兹曼定律。
根据斯特凡-玻尔兹曼定律，黑体辐射的总功率与温度的四次方成正比。
这意味着温度越高，黑体辐射的总功率越大。
斯特凡-玻尔兹曼定律为理解黑体辐射的能量转换提供了重要依据。
除了能谱分布和总功率，黑体辐射还具有其他一些特性。
首先，黑体辐射是各向同性的，即无论从哪个方向观察，其辐射强度都是相同的。
其次，黑体辐射的强度与观察者的位置无关，只与物体的温度有关。
再次，黑体辐射的强度与观察者所处的环境无关，即无论在真空中还是在介质中观察，其强度都是相同的。
黑体辐射在许多领域都有重要应用。
在天文学中，黑体辐射被用来研究星体的性质和组成。
在工程领域中，黑体辐射被用来设计和优化照明设备和太阳能电池等能源设备。
在医学领域中，黑体辐射被用来研究人体组织的热传导和热损伤等问题。
总之，黑体辐射是由物体内部分子和原子的热运动引起的电磁辐射。
黑体辐射极限
黑体辐射极限
摘要：
1.黑体辐射的背景知识
2.黑体辐射极限的概念
3.普朗克辐射定律与黑体辐射极限的关系
4.斯特藩- 玻尔兹曼定律与黑体辐射极限的关系
5.应用与影响
正文：
黑体辐射是物理学中一个重要的现象，它描述了物体在热平衡状态下发射电磁波的现象。
黑体辐射的强度与温度有关，这一现象最早由威廉·斯特藩和威廉·玻尔兹曼通过实验观测和理论推导得出。
在此基础上，阿尔伯特·爱因斯坦提出了光子理论，为解释黑体辐射现象提供了更深入的认识。
黑体辐射极限是指在特定温度下，黑体辐射的强度达到最大值。
这个极限值与物体的温度有关，温度越高，黑体辐射极限的强度越大。
黑体辐射极限的概念有助于我们理解热辐射现象，并为实际应用提供依据。
普朗克辐射定律是描述黑体辐射强度与温度关系的定律，它指出黑体辐射的强度与温度的四次方成正比。
这个定律为解释黑体辐射现象提供了基本依据，并将量子观念引入了物理学。
斯特藩- 玻尔兹曼定律则进一步修正了普朗克辐射定律，指出黑体辐射的强度与温度的四次方成正比，但指数部分减去1。
黑体辐射极限的应用广泛，例如在太阳能电池、热辐射等领域都有重要应
用。
此外，黑体辐射极限的研究对量子力学、原子物理学等学科的发展产生了深远影响。
黑体辐射概念
黑体辐射指黑体发出的电磁辐射.
黑体不仅仅能全部吸收外来的电磁辐射,且发射电磁辐射的能力比同温度下的任何其它物体强.
黑体辐射能量按波长的分布仅与温度有关.
对于黑体的研究,使得自然现象中的量子效应被发现.
或许我们换一个角度来说：
所谓黑体辐射其实就是当地的状态光和物质达到平衡所表现出的现象：物质达到平衡,所以可以用一个温度来描述物质的状态,而光和物质的交互作用很强,而如此光和光之间也可以用一个温度来描述（光和光之间本身不会有交互作用,但光和物质的交互作用很强）.而描述这关系的便是普朗克分布(Plank distribution).
而在现实上黑体辐射是不存在的,只有非常近似（好比在一颗恒星之中）.
举个例来说,我们观测到宇宙背景辐射(CMBR),对应到一个约3K的黑体辐射,
这暗示宇宙早期光是和物质达到平衡的.而随著时间演化,温度慢慢降了下来,但function的form却留了下来（还是blackbody）.（频率和温度的效应抵销）。
黑体辐射及紫外灾难
黑体辐射及紫外灾难
黑体辐射是指处于热平衡状态下的一个物体发出的热辐射。
根据普朗克辐射定律和斯特凡–玻尔兹曼定律，黑体辐射的强度
与物体的温度有关，高温物体发出的辐射更强。
辐射的波长也与温度有关，高温物体主要发出短波长的辐射。
黑体辐射对地球的生物圈产生了重要影响。
太阳是一个高温的黑体辐射源，它发出的辐射包括可见光和紫外线等。
可见光光谱范围为400-700纳米，是人眼可以感知的波长范围；而紫外
线波长较短，分为UVA(320-400纳米)、UVB(280-320纳米)和UVC(100-280纳米)三个波段。
紫外线对生物有一定的危害性。
UVA辐射能够穿透大气层并
到达地表，对皮肤造成损伤，同时也是导致皮肤晒黑的主要原因。
UVB辐射能够被大气层一部分吸收，但仍然会引起皮肤
晒伤和导致皮肤癌等疾病。
UVC辐射在大气层外部被完全吸收，因此对地球生物没有直接影响。
紫外灾难是指由于大气层的稀薄化和破坏，导致紫外辐射过量的情况。
紫外灾难可能会对生物圈产生严重影响。
高强度的紫外辐射会导致植物凋落，损害水生生物，破坏生态系统平衡。
同时，人类也会受到紫外灾难的影响，皮肤癌发病率可能增加，眼睛受到损伤等。
为了预防和减轻紫外灾难的潜在影响，需要采取有效的措施，包括加强大气环境保护，降低温室气体排放以减缓气候变暖，
使用遮阳伞、太阳镜等防护措施，以及加强公众对紫外线危害的认识和防护意识。
黑体辐射PPT课件
好的辐射体也是好的吸收体。
辐射出射度：在一定温度下，单位时间内物体单位面积上辐射的各种波长电磁波的总能量，也叫发射本领。
二、黑体辐射
在任何温度下，若物体都能吸收外来辐射，这种物体叫做黑体辐射。 用不透明的材料做一个空腔，在空腔壁开一个小孔，就得到一个黑体模型。
有关黑体辐射的实验规律 辐射出射度随绝对温度的升高而升高‘ 当黑体的温度升高时，单色辐出度的最大值向短波方向移动。
黑体辐射及普朗克公式的发现
科教陈全
一、对热辐射的认识。
通过实验认识
任何物体在任何温度下都会存在热辐射。
辐射电磁波的能量以及能量按波长的分布均与温度有关；温度增加，发射的能量增加，电磁波的短波成分增加。
单色辐出度：在一定温度下，物体在单位时间内由单位面积上辐射的单位波长间隔的辐射能，也叫单色发射本领。
经典物理学遇到困难
普朗克公式的提出
量子假说
谢谢观看
黑体辐射的实验规律
黑体辐射的实验规律
黑体辐射的实验规律由黑体辐射定律、斯特藩-玻尔兹曼定律
和维恩位移定律组成。
1. 黑体辐射定律（普朗克定律）：描述了黑体辐射的能量密度与频率之间的关系。
根据该定律，黑体辐射的能量密度与频率的平方成正比。
数学表达式为：B(ν, T) = (2hν^3 / c^2) * (1 / (exp(hν / kT) - 1))，其中B(ν, T)表示单位频率范围内的能量密度，ν表示频率，T表示黑体的温度，h为普朗克常数，c为光速，k为玻尔兹曼常数。
2. 斯特藩-玻尔兹曼定律：描述了黑体辐射的总辐射功率与温
度之间的关系。
根据该定律，黑体辐射的总辐射功率与温度的四次方成正比。
数学表达式为：P = σ * A * T^4，其中P表示
黑体辐射的总辐射功率，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，约等于
5.67 × 10^−8 W/(m^2·K^4)，A表示黑体的表面积，T表示黑体的温度。
3. 维恩位移定律：描述了黑体辐射的主峰频率与温度之间的关系。
根据该定律，黑体辐射的主峰频率与温度成反比。
数学表达式为：λ_max = b / T，其中λ_max表示主峰频率对应的波长，b为维恩位移常数，约等于2.898 × 10^−3 m·K。
这些规律揭示了黑体辐射现象与温度、频率、波长之间的基本关系，对理解和研究热辐射、热力学以及量子物理学等领域有着重要的意义。
高中物理黑体辐射规律
高中物理黑体辐射规律黑体辐射是热学中的重要现象之一，它指的是处于热平衡状态的物体对外发射的电磁辐射。
黑体辐射规律是描述黑体辐射特性的定律，也是热辐射研究的基础。
本文将从黑体辐射规律的原理、应用以及实验验证等方面进行探讨。
一、黑体辐射规律的原理黑体是指对所有波长的辐射都能完全吸收的物体，它能够实现热平衡状态并对外发射电磁波。
根据黑体辐射规律，我们可以得出以下结论：1. 黑体辐射的频谱分布：根据普朗克公式，黑体辐射的频谱分布与物体的温度有关。
温度越高，辐射的峰值频率越高，而且辐射强度也随温度升高而增加。
2. 黑体辐射的强度与温度的关系：根据斯特藩-玻尔兹曼定律，黑体辐射的总辐射强度与温度的四次方成正比。
这意味着温度越高，黑体辐射的总辐射强度越大。
3. 黑体辐射的能量密度与温度的关系：根据斯特藩-玻尔兹曼定律，黑体辐射的能量密度与温度的四次方成正比。
这意味着温度越高，黑体辐射的能量密度越大。
二、黑体辐射规律的应用黑体辐射规律在许多领域都有广泛的应用，下面我们将介绍其中的几个典型应用：1. 太阳辐射：太阳可以看作是一个近似黑体辐射源，其辐射能量的分布规律符合黑体辐射规律。
太阳辐射的研究对于理解地球的气候变化、太阳能利用以及天体物理学等方面都具有重要意义。
2. 热辐射测温：利用黑体辐射规律，可以通过测量物体辐射的能量密度来推算物体的温度。
这在工业生产中的温度测量、红外线测温等方面有广泛应用。
3. 热辐射能源利用：利用黑体辐射的特性，可以设计高效的热辐射能源利用系统，如太阳能电池板、热辐射加热系统等。
三、黑体辐射规律的实验验证为了验证黑体辐射规律，科学家们进行了一系列实验。
其中最著名的是普朗克的黑体辐射定律实验和斯特藩-玻尔兹曼定律的实验验证。
普朗克的实验通过对黑体辐射的频谱分布进行测量，验证了黑体辐射的频谱与温度相关的规律。
他的实验结果与普朗克公式的预测相符，为黑体辐射规律奠定了基础。
斯特藩-玻尔兹曼定律的实验验证主要是通过测量黑体辐射的总辐射强度和能量密度与温度的关系。
黑体辐射通俗理解
黑体辐射通俗理解
（最新版）
目录
1.黑体辐射的定义与特性
2.黑体辐射的实验验证
3.黑体辐射的理论解释
4.黑体辐射的重要性与应用
正文
黑体辐射是一种特殊的电磁波辐射现象，指的是在一个完全吸收入射电磁波的物体（称为黑体）中产生的辐射。
黑体辐射具有以下几个特性：首先，黑体辐射是全频段的，即它包含了从红光到紫光，甚至包括不可见光和射线在内的所有电磁波。
其次，黑体辐射的强度与黑体的温度有关。
温度越高，黑体辐射的强度越大。
再次，黑体辐射的强度与辐射的频率和角度有关。
在特定温度和频率下，黑体辐射的强度呈现出一个峰值，而随着频率的增加，峰值向高频方向移动。
黑体辐射的实验验证主要依赖于普朗克辐射定律和斯特藩 - 玻尔兹
曼定律。
普朗克辐射定律描述了黑体辐射的强度与黑体温度、频率和波长的关系，而斯特藩 - 玻尔兹曼定律则给出了黑体辐射强度的最大值与黑
体温度的关系。
黑体辐射的理论解释主要依赖于量子力学。
根据量子力学的观点，黑体辐射是由于黑体内部电子的热运动产生的。
当黑体内部电子吸收能量时，它们会从低能级跃迁到高能级，而当它们释放能量时，它们会从高能级跃迁到低能级，这个过程中就会产生辐射。
黑体辐射在现实生活中具有广泛的应用。
例如，它可以用于测量物体的温度，因为黑体辐射的强度与物体的温度有关。
黑体辐射极限
黑体辐射极限摘要：一、黑体辐射的基本概念二、黑体辐射的极限特性三、黑体辐射极限在实际应用中的意义四、如何应对黑体辐射极限挑战五、总结正文：黑体辐射极限是指在一定温度下，黑体辐射的能量密度达到最大值的辐射强度。
黑体辐射是一种热辐射，其辐射强度与温度有关。
当黑体的温度升高时，其辐射强度也会相应地增加。
而在某一特定温度下，黑体的辐射强度将达到极限值，这就是黑体辐射极限。
黑体辐射极限具有以下几个特点：1.普朗克辐射定律：黑体辐射强度与温度的四次方成正比，即I∝T^4。
2.威恩位移定律：黑体辐射强度的最大值出现在某个特定波长，该波长与黑体温度成反比。
在实际应用中，黑体辐射极限有着重要的意义。
例如，在红外探测、热成像、节能减排等领域，黑体辐射极限理论为设计和优化相关设备提供了理论依据。
了解黑体辐射极限，有助于我们更好地掌握热辐射规律，提高红外探测设备的灵敏度和性能。
然而，黑体辐射极限也给实际应用带来了一定的挑战。
例如，在高温环境下的红外探测器，由于黑体辐射极限的影响，其性能可能会受到限制。
为应对这一挑战，研究人员需要寻找新型材料和结构，以降低辐射损失，提高红外探测器的性能。
在面对黑体辐射极限挑战时，我们可以从以下几个方面入手：1.设计新型结构：通过改变探测器结构，降低辐射损失，提高探测性能。
2.选用新材料：寻找具有较低黑体辐射极限的材料，以降低热辐射的影响。
3.优化工作环境：通过改善工作环境，降低黑体辐射的影响。
总之，黑体辐射极限是热辐射领域的一个重要概念，掌握其规律对于红外探测、热成像等领域的技术发展和应用具有重要意义。
在面对黑体辐射极限挑战时，我们需要不断创新，寻找新型材料和结构，以提高红外探测设备的性能。
黑体辐射的概念
黑体辐射的概念黑体辐射是指一种理论上的光谱辐射，它表示了温度为给定值的物体所发出的辐射的特征。
这种光谱辐射是一个特定温度下，模拟了“完美吸收体”一种模型所计算出的光谱辐射。
黑体辐射的概念是在19世纪中叶由物理学家格斯托夫·柏姆发现的。
柏姆发现，所有温度不同的物体都会放出电磁波，因此他将这一现象称为“辐射”。
随后，柏姆继续研究，探究了各个温度下光谱的特点。
他发现，当物体的温度高于绝对零度时，它会放出光谱，这种光谱过程就是黑体辐射。
黑体辐射是一种具有独特特性的辐射效应。
首先，它的辐射强度与物体的温度有关，随着物体温度的升高，放射强度也会快速升高。
其次，黑体辐射的光谱强度会随着波长的增加而降低，当波长过长时几乎可以忽略不计。
在研究这种辐射的过程中，一种称为普朗克公式的理论被提出，它成了研究黑体辐射的基础。
普朗克公式是描述黑体辐射光谱的一个数学公式。
它从两种因素入手。
第一，黑体辐射强度与物体温度有关：温度升高时，辐射强度会增加。
第二，黑体辐射的光谱强度会随着波长的增加而降低。
普朗克根据这两种因素推导出了公式，该公式准确地预测了黑体辐射光谱在不同温度下的行为。
事实上，在研究黑体辐射的过程中，普朗克公式起到了关键作用。
黑体辐射在物理学和热力学领域有广泛的应用。
它被用来研究地球上的天气现象、太阳辐射、宇宙射线和其他物质的辐射行为。
此外，黑体辐射的研究也有很多工程应用，例如在照明、太阳能和辐射治疗方面的应用，以及广义相对论和量子力学等领域的基础研究。
总之，黑体辐射是物理学中一个重要的概念，它描述了物体温度和放射强度之间的关系，为我们理解物理世界提供了一个基本模型。
黑体的辐射
黑体的辐射
黑体的辐射是指黑体在各个波长范围内所发射的热辐射。
黑体的辐射性质由普朗克公式和斯特藩-玻尔兹曼定律描述。
普朗克公式描述了黑体辐射发射功率与频率的关系，即普朗克公式：
\[B(\nu, T) =
\frac{{2h\nu^3}}{{c^2}}\frac{1}{{e^{\frac{{h\nu}}{{kT}}} - 1}}\]
其中，\(B(\nu, T)\)为频率为\(\nu\)、温度为\(T\)的黑体辐射的
辐射发射功率，\(h\)为普朗克常数，\(c\)为光速，\(k\)为玻尔
兹曼常数。
斯特藩-玻尔兹曼定律描述了黑体辐射发射功率与温度的关系，即斯特藩-玻尔兹曼定律：
\[P = \sigma T^4\]
其中，\(P\)为黑体辐射的辐射发射功率，\(\sigma\)为斯特藩-玻尔兹曼常数，\(T\)为黑体的温度。
综合上述公式，可以得知黑体的辐射主要受到温度和波长的影响。
随着温度的升高，黑体的辐射功率也会增加，而随着波长的增大，黑体的辐射功率会下降。
黑体辐射的频谱曲线呈现出一个明显的峰值，称为黑体辐射曲线，其峰值波长与黑体的温度呈反比关系，即温度越高，峰值波长越短。
黑体辐射的研究对于理解宇宙射电背景辐射、天体物理学、热辐射测量等领域具有重要意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
黑体辐射实验19世纪末，物理学晴朗的天空中飘着两朵乌云，其中之一被称为“紫外灾难”，即瑞利和金斯用经典的能量均分定理并不能完全解释热辐射现象。
1900年，普朗克提出金属空腔壁以与振子频率成正比的能量子为基本单元来吸收或发射能量，得到著名的普朗克公式，从理论上解释了黑体辐射频谱分布。
这一贡献引起物理学的一场革命，对量子理论的建立起到了重要作用。
本实验利用WGH ——10型黑体实验装置测量黑体的辐射能量曲线，从而验证普朗克公式，唯恩位移定律以及斯特藩——玻耳兹曼定律，并进一步研究黑体与一般发光体辐射强度的关系，学会测量一般发光光源的辐射能量曲线。
一、实验原理1、热辐射，黑体任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。
辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。
这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。
为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。
黑体的特点：1、热辐射与辐射体材料的具体性质无关。
2、黑体辐射仅与温度有关。
3、黑体是为理论研究方便假想出来的，世界上不存在真正的黑体。
2、描述热体辐射的几个物理量单色辐出度()T M λ：在单位时间内物体从表面单位面积上发射的波长界于λ和λd 之间的辐射电磁波能量λE d 则λE d 与λd 之比称为单色辐出度()T M λ 即()T M λ=λE d /λd （与辐射体的温度和辐射波长有关）。
（1）辐出度()T M ：在单位时间内物体从单位表面积上发射的所有各种波长的电磁波能量总和为辐出度()T M 即()()λλd M T M =T ⎰∞（1）2）单色吸收率()T λa ：当辐射从外界入射到物体表面时，被物体吸收的能量与入射总能量之比称为吸收率A ，其中波长在λ到λ+λd 之间的吸收率A d 与λd 之比为单色吸收率()T λa 即()λλd d a A=T （2）3、黑体辐射定律（1）斯特藩——玻耳兹曼定律此定律首先由斯特藩于1879年从实践数据的分析中发现。
五年以后，1894年玻耳兹曼从热力学理论也得出同样的结果。
定律的内容为：黑体的辐出度与黑体的热力学温度的四次方成正比，即()()4000T =T M =T M ⎰∞σλλd （3）这就是斯特藩——玻耳兹曼定律，式中σ叫做斯特藩——玻耳兹曼常量，其值为42810670.5---⋅⋅⨯km W 。
（2）维恩位移定律图-1 黑体单色辐出度)(0T M λ的实验曲线从图-1可以看到，随着黑体温度的升高，每一条曲线的峰值波长m λ随1-T 成正比例的减小。
维恩于1893年用热力学理论找到T 与m λ之间的关系为b m =T λ （4）式中b 为常量，其值为k m ⋅⨯-310898.2。
上式表明，当黑体的热力学温度升高时， 在()λλ-T M 0的曲线上，与单色辐出度()T M λ0的峰值相对应的波长m λ向短波方向移动，这称为维恩位移定律。
（3）黑体辐射公式1900年德国物理学家普朗克提出了量子假设，并用经典的玻耳兹曼统计替代能量均分定理，求出了一维谐振子的平均能量，从而得到在单位时间内，从温度为T 的黑体单位面积上，频率在ννd →范围内的辐射的能量为：()3221h k h d d c e ννπνννT M T =⋅- （5） 这就是著名的普朗克黑体辐射公式，其中s J h ⋅⨯=-341063.6普朗克黑体辐射公式还可以写成()12520-⋅=T M Tλλλλπλk hc ed hc d 即()112520-⋅=T M T λλλπk hce hc（6）令212hc c π=，为第一辐射常数；k hc c /2=，为第二辐射常数。
对-6式中λ求导且令为0，得011152522541222=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅T +⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅T T T λλλλλλλc c c ec e e c即2552c ec -T T =Tλλλ，由此式可解出k m ⋅⨯=T -3108976.2λ。
因此，()T M λ0有极值存在，容易推出该极值为最大值，记为m λ，即k m m ⋅⨯=T -3108976.2λ，此即为维恩位移定律。
若将普朗克公式带入辐出度的表达式中，即可得出斯特藩——玻耳兹曼公式： ()()4000T =T M =T M ⎰∞σλλd （7）三、实验装置WGH——10型黑体实验装置专门用于进行黑体辐射能量的测量和任意发射光源的辐射能量的测量。
可以记录出发光源的能量曲线。
在实验时，通过改变光源的温度，分别进行扫描，可以从记录的光谱辐射曲线直接看到维恩位移现象，并能够对普朗克定律，斯特藩——波耳兹曼定律进行精确的验证。
该实验装置所配的光源是溴钨灯，溴钨灯的谱线大致类似于黑体，但是由于溴钨灯的发射系数不是1，所以需要进行修正。
软件可以对不同温度下溴钨灯的曲线进行发射系数 (仅限与溴钨灯)的修正。
该实验装置还可以作为光谱区间在800——2500nm范围的光栅光谱仪使用，进行其他实验。
WGH——10型黑体实验装置，由光栅单色仪、接受单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元、电压可调的稳压溴钨灯光源、计算机组成。
该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术与一体。
图-2为装置各部分的连线图。
图-2 WGH—10型黑体实验装置主机（光谱仪）有以下几部分组成：单色器、狭缝、接收单元、光学系统以及光栅驱动系统等。
1、狭缝狭缝为直狭缝，宽度范围0—2.5mm连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之为减小。
每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm。
为延长使用寿命，调节时应注意最大不超过2.5mm，平时不使用时，狭缝最好开到0.1-0.5mm左右。
在做本实验时，出缝和入缝要开到相同的宽度不要太大，以防止基线饱和。
为去除光栅光谱仪的高阶次光谱，在使用过程中，操作者可根据需要把备用的滤光片插入入缝插板上。
2、仪器的光学系统光学系统采用C —T 型，如图-3：光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G 上，衍射后的平行光束，经物镜M3成像在S2上。
经M4，M5会聚在光电接收器D 上。
3、仪器的机械转动系统仪器采用丝杠由步进电机通过同步驱动，绕光栅台中心回转，从而带动光栅转动，使不同波长的单色光依次通过出射狭缝而完成“扫描”，如图-4。
图5 光栅转台图-3 光学原理图M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、M4反射镜 、M5深椭球镜、G 平行衍射光栅、S1入射狭缝、S2，S3出射狭缝、T 调制器 D 接收器图-4光栅转动平台4、溴钨灯光源标准黑体应是黑体实验的主要设置，但购置一标准黑体价格太高，所以本实验装置采用稳压溴钨灯作光源。
溴钨灯的灯丝用钨丝制成。
钨是难熔金属，熔点较高。
而且，其光谱中可见光只占较少部分，大量的是看不见的红外光。
钨丝灯是一种选择性的辐射体，它产生的光谱是连续的总辐射本领T R 可由下式表示4T R T T σε=式中T ε为温度T 时的总辐射系数，在给定温度下，钨丝灯辐射强度与绝对黑体的辐射强度之比为：TT T =E R ε或()BT e -T -=1ε（B 为常数41047.1-⨯）出厂时将给配套用的钨灯光源一套标准的工作电流与色温度对应关系的资料。
溴钨灯工作电流——色温对应表-15、接收器用PbS 为光信号接收器。
PbS 在Hz 50范围内的相对输出大而在高频段很小。
从单色仪出缝射出的单色光信号频率过高，所以要调制成50HZ 的频率信号才被PbS 接收。
（PbS 的具体性质请看附录）该器件可在高温，潮湿条件下工作且性能稳定可靠。
对于PbS 光电导体，在弱光照下，光电流Ip 与照度E 具有良好的线性关系，在强光下则为非线性关系，在弱光照下有Ip=SgEU （Sg 为光点灵敏度，U 为光敏电阻两端所加的电压）。
因此，为保持光信号接收器PbS 在线性范围内工作，不要将狭缝开得太大。
四、实验内容及步骤本实验研究的内容为：①验证斯特藩玻尔兹曼定律；②普朗辐射定律；③维恩位移定律；④研究黑体和一般发光体辐射强度的关系。
1、打开系统（1）检查线路正确后，合上220V 的总电源，先后打开溴钨灯电源和电控箱电源。
（2）打开计算机，点击黑体图标，打开黑体界面。
（3）预热20分钟后，即可开始实验。
2、基线和传递函数的建立任何型号的光谱仪在记录辐射光源的能量时都受光谱仪的各种光学元件，接收器件在不同波长处的响应系数影响，习惯称之为传递函数。
在做实验之前，必须扣除其影响。
在软件内存储了一条该标准光源在2940K时的能量线。
（1）选择工作模式为“基线”，调节狭缝宽度和增益大小使最大值不超过饱和值4096，否则谱线将失真。
（2）将溴钨灯电源电流调至2.5A，对应温度为2940K。
（3）进行单程扫描。
在此之前，右上角“修正为黑体”和“传递函数”均不选。
（4）待扫描完毕，计算传递函数，系统将自动保存。
3、验证斯特藩玻尔兹曼定律，普朗克公式及维恩位移定律（1）选择工作模式为“能量”，右上角“修正为黑体”和“传递函数”均选中。
（2）调好你要的温度所对应的电流，输入温度。
（3）进行扫描，系统将扫出此温度对应的黑体能量谱线（4）待扫描完毕，通过归一化使谱线与理论谱线起点一致。
（5）然后陆续研究三个定律。
（6）之后可调节电流测不同温度下的谱线并观察其随温度的变化情况。
4、关闭系统先检索波长到800nm之处，使机械系统受力最小，然后关闭应用软件，最后按下电控箱电源关闭仪器电源。
五、思考题1、本实验的波长范围是800——2500nm，为什么选择在这个范围，它与哪些因素有关？２、为什么在验证斯特番波尔兹曼定律与普朗克公式之前要归一化？３、当传递函数建立之后，开始扫出的谱线比较光滑，过一段时间，谱线会变得很不光滑，与理论谱线相差较远，但若重新建立传递函数，效果就会好很多，为什么？参考文献1. 王少杰，顾牡，毛俊健.大学物理学（第二版）.同济大学出版社出版，2002。