Saturday, March 30, 2013

qm01 热辐射,亦称温度辐射,任何物体(固体、液体、 致密气体)在任何温度均可进行这种辐射,并且 其光谱是连续光谱,能量对不同波长的分布随波 长连续改变。 ? 但对不同温度的系统,能量对波长的分布也不同。 ? 例如,温度低的铁块主要辐射不可见的红外线; 温度到500℃左右,铁块才开始辐射暗红色的可 见光;随着温度的提高,不但光的强度逐渐增大, 颜色也由暗红转为橙红;温度越高,波长较短的 辐射越丰富,大约到1500℃开始显示为白光,还 有相当多的紫外线。 1727 ?? C 1477 ?? C 1227 ?? C 977 ?? C 0 1 2 3 4 5 6 ? 当然,这种辐射所耗散的能量需要补充, 否则物体的温度会下降,辐射的能量分布 就会改变。只要维持它的温度,辐射即可 按照原来的能量分布不停地继续进行。所 以这是一种平衡辐射。 ? 而发光与此不同,不能仅用维持温度来使 辐射继续下去,而且还要依靠某种激发机 制来获得能量才能发生辐射。它包括电致 发光、光致发光、化学发光、热发光,它 们都有一个共同点,即都是非平衡辐射, 其光谱主要是分立的线状谱或带状谱

热辐射,亦称温度辐射,任何物体(固体、液体、 致密气体)在任何温度均可进行这种辐射,并且 其光谱是连续光谱,能量对不同波长的分布随波 长连续改变。 ? 但对不同温度的系统,能量对波长的分布也不同。 ? 例如,温度低的铁块主要辐射不可见的红外线; 温度到500℃左右,铁块才开始辐射暗红色的可 见光;随着温度的提高,不但光的强度逐渐增大, 颜色也由暗红转为橙红;温度越高,波长较短的 辐射越丰富,大约到1500℃开始显示为白光,还 有相当多的紫外线。 1727 ?? C 1477 ?? C 1227 ?? C 977 ?? C 0 1 2 3 4 5 6 ? 当然,这种辐射所耗散的能量需要补充, 否则物体的温度会下降,辐射的能量分布 就会改变。只要维持它的温度,辐射即可 按照原来的能量分布不停地继续进行。所 以这是一种平衡辐射。 ? 而发光与此不同,不能仅用维持温度来使 辐射继续下去,而且还要依靠某种激发机 制来获得能量才能发生辐射。它包括电致 发光、光致发光、化学发光、热发光,它 们都有一个共同点,即都是非平衡辐射, 其光谱主要是分立的线状谱或带状谱


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xizai910贡献于2010-12-13
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黑体辐射

开头的话 漆黑夜空,满天繁星,浩渺宇宙。 夜空为什么是黑的?因为宇宙是膨胀的。 繁星为什么是彩色的?因为它与“黑体”相似! 这些光耀时空的天体为什么又被当作“黑体”? 它们中有的塌缩为“黑洞”后其“视界”有多大? 膨胀着的无限宇宙怎么竟然会像“黑洞”一样也 有视界? ? 诸位朋友,请我们大家一起来侃! ? ? ? ? ? ? 黑体辐射 黑体模型的建立 ? 要破译电磁波所携带的信息,不仅需要有 记录和测量电磁波自身物理特征(振幅、 频率、相位和偏振)的方法,还需要在理 论上掌握电磁波与物质的相互作用方式。 ? 电磁波辐射和物质的相互作用有四种方式: 发射、吸收、反射和透射。一个物体发射 电磁波的同时,也会吸收其他物体的电磁 辐射。 ? 如果物体发射出去的能量恰好等于在同一 时间内所吸收的能量,则辐射过程达到平 衡,称为平衡辐射,此时物体具有确定的 温度。否则为非平衡辐射。 ? 以太阳和恒星的光球(层)为例。太阳光 500km 球是太阳大气最低的一层(厚度约500km, 仅为太阳半径的1/1400),一方面它不断 地吸收其下方的对流层给予的能量,另一 方面它同时又持续地发射能量,在某种机 制的调节下达到局部热动平衡。 ? 中小学课本所说的太阳表面温度就是指光 球(层)的有效温度(5770K)。 ? 不同的物体对同样电磁波的吸收、反射和透射 的程度各不相同。实际比较常见的是这三种同 时进行。 ? 科学家们发现,分析一个问题最好是从一个过 分简化的极端状况入手,这样容易奏效。然后, 再把问题加以适当的修正,让它接近真实世界 中比较复杂的状况。这就是理想模型 理想模型的方法。 理想模型 ? 黑体就是一个模型,实际上自然界并没有黑体。 ? 设某物体的透射率、反射率和 吸收率分别为t、r和a,且t +r +a =1, ? 则当t =1时该物体为理想透射体; ? 当r =1时该物体为理想反射体; ? 当a =1时该物体为理想吸收体, 即绝对黑体 绝对黑体。 绝对黑体 ? 有趣的是天文学家们在研究各种 发光天体的热辐射甚至宇宙微波 背景辐射时,普遍使用的竟然是 绝对黑体模型。 ? 太阳光球的电磁辐射强度随波长 的分布就与温度为6000K的黑体 辐射非常接近 ? 宇宙中什么最明最亮?反之,什么最 暗最黑?显然,辐射本领最强的最明 亮,吸收本领最强的最黑暗。 ? 但是,如果有人说“热辐射本领最大 热辐射本领最大 也就是吸收辐射本领最大的”, 的,也就是吸收辐射本领最大的 你会相信吗? 在说明这个命题之前, 要先区分发光与热辐射实际上 是两个概念, 是光能发射的两种不同形式。 ? 热辐射,亦称温度辐射,任何物体(固体、液体、 致密气体)在任何温度均可进行这种辐射,并且 其光谱是连续光谱,能量对不同波长的分布随波 长连续改变。 ? 但对不同温度的系统,能量对波长的分布也不同。 ? 例如,温度低的铁块主要辐射不可见的红外线; 温度到500℃左右,铁块才开始辐射暗红色的可 见光;随着温度的提高,不但光的强度逐渐增大, 颜色也由暗红转为橙红;温度越高,波长较短的 辐射越丰富,大约到1500℃开始显示为白光,还 有相当多的紫外线。 1727 ?? C 1477 ?? C 1227 ?? C 977 ?? C 0 1 2 3 4 5 6 ? 当然,这种辐射所耗散的能量需要补充, 否则物体的温度会下降,辐射的能量分布 就会改变。只要维持它的温度,辐射即可 按照原来的能量分布不停地继续进行。所 以这是一种平衡辐射。 ? 而发光与此不同,不能仅用维持温度来使 辐射继续下去,而且还要依靠某种激发机 制来获得能量才能发生辐射。它包括电致 发光、光致发光、化学发光、热发光,它 们都有一个共同点,即都是非平衡辐射, 其光谱主要是分立的线状谱或带状谱。不 同的原子、离子和分子分别具有不同的标 识谱线或谱带。 ? 各种发光中,尤其要说明的是热发光与热 辐射的区别。 ? 热发光要加热到一定温度才会辐射,例如 在燃气灯的火焰中放入钠或钠盐,达到一 定温度后火焰中的质点(原子、分子、离 子、电子)有了足够的动能去碰撞钠原子 或钠离子。才能使钠原子激发,辐射具有 确定特征的标识谱线,其中以橙黄色的D双 线最为显著。 ? 而热辐射不是限于一定温度之上的,而是 在任何温度下的热平衡状态都要进行,并 且不是辐射分立的线状谱而是辐射连续谱。 太阳和其他恒星的辐射是热辐射(黑体谱、 连续谱)和热发光(非连续谱)的叠加。 牛顿发现阳光可分解为七彩 基尔霍夫发现天体谱线, 基尔霍夫发现天体谱线,开创天体光谱学 连续谱 线状谱 明线谱 暗线谱 高温致密 思考题 ? 下列说法对吗? ? 天体发光的颜色会随表面温度的改变而改 变; ? 不同温度的天体发出的电磁波频率不同; ? 任何温度的天体都能向外发射各种频率的 电磁波; ? 不同表面温度的天体所发出的各种电磁波 的能量按频率有不同的分布。 思考题 ? 一块金属在1100K发出红色光辉,而在同样 温度下,一块石头看起来却不发“光”。 这是为什么? ? 猎户α和猎户β,前者看起来是橘红色,后 者白中略带蓝色,比较它们与太阳的表面 温度。 ? 估计人体热辐射最强的波长。 ? 在不同温度下可见光(760~400nm)占热 辐射的百分比以太阳温度下最高,太阳光 谱中辐射最强的波长与人眼最敏感的波长 (555nm)大体相符。 λ 例。若视太阳为黑体,测得 m = 460nm或510nm 若视太阳为黑体, 由维恩位移律 Tλm = b 得T表面 = 6000或5800 K 维恩位移律是测量高温、 维恩位移律是测量高温、 测量高温 遥感和红外追踪等技术的 遥感和红外追踪等技术的 物理基础。 物理基础。 红外照相机拍摄的 人的头部的热图 人的头部的热图 热的地方显白色, 热的地方显白色, 冷的地方显黑色。 冷的地方显黑色。 维恩定律怎么来的? 黑体辐射(和普朗克的能量子假说) 黑体辐射(和普朗克的能量子假说) 分子(含有带电粒子) 分子(含有带电粒子)的热运动使物体辐射 电磁波。这种与温度有关的辐射称为热辐射 电磁波。这种与温度有关的辐射称为热辐射 与此相应, (heat radiation)。[与此相应,也有非热辐射 。 与此相应 也有非热辐射] 热辐射的电磁波的能量对频率有一个分布。 热辐射的电磁波的能量对频率有一个分布。 温度不同,热辐射的电磁波的能量不同, 温度不同,热辐射的电磁波的能量不同, 频率分布也不同。 分布也不同 频率分布也不同。 例如加热铁块,随着温度的升高: 例如加热铁块,随着温度的升高: 开始不发“光”→ 开始不发“ 暗红 → 橙色 → 黄白色 同一个黑白花盘子的两张照片 室温下, 室温下,反射光 1100K,自身辐射光 , (与温度有关) 与温度有关) 激光、日光灯发光不是热辐射。 激光、日光灯发光不是热辐射。 ? 你信吗?世界上辐射能力最大的竟 你信吗? 预习§1.1 然是吸收本领最大的! 然是吸收本领最大的! ? 什么是“光谱辐射出射度”?该量的符号和 单位是什么? ? 物体吸收辐射的能力用什么量描述?其符号 是什么? ? Mν与a(ν)的比与材料种类有关系吗? ? 何谓(绝对)黑体?黑体有辐射能力吗
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