Friday, May 30, 2014

當黑體變為白色的時候,它同時會放出大量的紫外線

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量子力學/近代物理 - 中研院物理研究所

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當黑體變為白色的時候,它同時會放出大量的紫外線。 ... 將空腔加熱至某一溫度後,空腔內壁表面所釋放出的熱輻射將充滿空腔內部,而後透過小洞慢慢釋放至外界, ...

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2007年4月27日 - 10 篇文章 - ‎4 位作者
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    哥白尼. 太陽中心說:地球與其他行星繞太陽作圓形軌道運行. 克卜勒. 引用丹麥天文學家 ...... 空腔中,經過空腔內壁多次的吸收和反射之後,僅有極少量的輻射可以由小.

  • 黑體,舊稱絕對黑體,是一個理想化了的物體,它能夠吸收外來的全部電磁輻射,並且不會有任何的反射與透射。換句話說,黑體對於任何波長的電磁波的吸收係數為1,透射係數為0。但黑體不見得就是黑色的,即使它沒辦法反射任何的電磁波,它也可以放出電磁波來,而這些電磁波的波長和能量則全取決於黑體的溫度,不因其他因素而改變。當然,黑體在700K以下時看起來是黑色的,但那也只是因為在700K之下的黑體所放出來的輻射能量很小且輻射波長在可見光範圍之外。若黑體的溫度高過上述的溫度的話,黑體則不會再是黑色的了,它會開始變成紅色,並且隨著溫度的升高,而分別有橘色、黃色、白色等顏色出現,即黑體吸收和放出​​電磁波的過程遵循了光譜,其軌跡為普朗克軌跡(或稱為黑體軌跡)。黑體輻射實際上是黑體的熱輻射。在黑體的光譜中,由於高溫引起高頻率即短波長,因此較高溫度的黑體靠近光譜結尾的藍色區域而較低溫度的黑體靠近紅色區域。

    在室溫下,黑體輻射的能量集中在長波電磁輻射和遠紅外波段;當黑體溫度到幾百攝氏度之後,黑體開始發出可見光。以鋼材為例根據溫度的升高過程,分別變為紅色,橙色,黃色,當溫度超過1300攝氏度時開始發白色[1]和藍色。當黑體變為白色的時候,它同時會放出大量的紫外線。

    黑體一詞是在1862年由基爾霍夫所命名並引入熱力學內,黑體所輻射出來的光線則稱做黑體輻射。黑體單位表面積的輻射功率P與其溫度的四次方成正比,即:

    P= σT式中σ稱為斯特藩-玻爾茲曼常數,又稱為斯特藩常數。

    黑體的放射過程引發物理學家對量子場內的熱平衡狀態的興趣。在經典物理中,所有熱平衡的傅里葉模型都遵循能量均分定理。當物理學家使用經典物理解釋黑體時,不可避免的發生了紫外災難,即用於計算黑體輻射強度的瑞利-金斯定律在輻射頻率趨向於無窮大時計算結果也趨向於無窮大。由於黑體可以用於檢驗熱平衡的性質,因為它放出的輻射遵循熱力學散射,歷史上對黑體的研究成為了量子物理開始的契機。

    定義

    ⑴在任何溫度下,完全吸收任何波長的外來輻射而無任何反射的物體。

    ⑵吸收比為1的物體.

    ⑶在任何溫度下,對入射的任何波長的輻射全部吸收的物體。

    以上三條等價。

    工業應用

    應用簡介

    黑體在工業上主要應用於測溫領域,最主要的產品是黑體爐[1]。對輻射溫度計的校準、檢定,通常採用比較法,就是通過高穩定度的輻射源(通常為黑體輻射源)和其他配套設備,將標準器所復現的溫度與被檢輻射溫度計所復現的溫度進行比較,以判斷其是否合格或給出校準結果。

    在校準、檢定工作中,輻射源一般在-6∼1 200 ℃(或1 600 ℃)範圍內可用開口式中、低溫黑體爐,1 200 (或1 600 ℃)∼3 200 ℃採用抽真空並充惰性氣體保護的高溫黑體爐。標準器分別為二等標準熱電偶(二等標準鉑電阻溫度計)和標準光學(光電)高溫計。

    應用原理

    輻射溫度計是依據物體輻射的能量來測量溫度的儀表。根據輻射理論,任何物體只要不處於絕對零度(-273.15 ℃),那麼在其他任意溫度下都存在熱輻射。處於熱平衡狀態的黑體在半球方向的單色輻射出射度是波長和溫度的函數。

    在一定的波長下,黑體的單色輻射出射度是溫度的單值函數,可以通過某一波長下的單色輻射出射度的測量來得出黑體的溫度。這就是輻射測溫學的理論基礎,黑體輻射的普朗克定律。

    在實際測量中,輻射溫度計的單色器不可能是完全單色的。而且,探測器也要求獲得一定光譜範圍的輻射能量,否則由於所接收的能量很小而無法作出響應。同時,實際被測物體也不是黑體。

    測溫時,將輻射溫度計瞄準被測物體,輻射溫度計的探測器接收到被測物體所輻射的能量,經信號處理電路轉換為相應的電信號或進一步通過顯示器直接顯示出被測物體的溫度值。

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