"1998年,在國防計量科研課題的研究中,專家在基于等溫和漫反射的基礎上,應用輻射換熱原理,導出了黑體發射率全新的計算公式,從理論上證明了只要黑體腔內表面溫度均勻且為漫反射,黑體的發射率只與黑體的腔口面積與內表面面積之比、黑體腔內表面發射率有關,而與黑體的形狀、黑體的溫度無關,系統闡述了黑體發射率的理論"
X射线在晶体上的漫反射 - 读书网|ReadBooks.cc
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1:2.3与在晶体中进行的波列相应的倒易点阵 1:2.4二级及高级漫散射 1:3实验方法 1:"牛顿把下述规律宣布为宇宙的原理,即两个物体以与其质量成正比与其距离的平方成反比的力相互吸引。上述依存关系是每一物体实际上都承受着来自无数个其它物体各个方面的引力这一情况的抽象"
"把观察者和时空中的其他物质放在一起研究。 然后让观察者自身的引力趋向于零"
感觉叠加 自感觉和他感觉的叠加
"入空腔的電磁波,在器壁上經多次反射後,幾乎全部被吸收而無從逸出,故空腔可視為黑體", 弹性散射,理想黑体,成了有界无边
riemann curvature tensor=界, 边=those extreme curvatures
黑体内辐射场,量子化,能带,叠加
The Riemann Legacy: Riemannian Ideas in Mathematics and Physics
https://books.google.com/books?id=LqTqCAAAQBAJ&pg=PA117&lpg=PA117&dq=riemann+curvature+tensor+ideal+blackbody&source=bl&ots=AQo72-myL6&sig=cqpZrRPPHsn55uT07rOOYHkyehI&hl=en&sa=X&ei=w7OhVanVI9bsoAS9gJnAAg&ved=0CEYQ6AEwBg#v=onepage&q=riemann%20curvature%20tensor%20ideal%20blackbody&f=false
黑體受熱以電磁波的形式向外輻射能量,是一種理想物體的熱輻射(見熱傳遞)。
所謂黑體是指能夠全部吸收入射的任何頻率的電磁波的理想物體,實際上黑體是不存在的。但可以用某種裝置近似地代替黑體。一個帶有小孔的空腔,并且小孔對于空腔足夠小,不會妨礙空腔內的平衡。通過小孔射入空腔的所有頻率的電磁波經腔內壁多次反射后,幾乎全部被吸收,再從小孔射出的電磁波極少。所以,可以將空腔上的小孔近似地看成黑體。
在溫度T下,空腔壁也跟其他固體一樣,不斷輻射電磁波,腔內形成一輻射場,經過一定時間,腔內的輻射場與腔壁達到了熱平衡。這時平衡輻射的性質只依賴于溫度,與腔壁的其他性質無關。由于小孔是腔上的一部分,也處于同樣的溫度,因此,小孔的輻射性質就代表了空腔內的輻射性質。
可以證明,黑體單位表面積單位時間發出的總輻射能量,即輻射通量密度(又稱輻射出射度)M,與輻射場總能量密度ω之間的關系式中с為光速,ω(T)只依賴于溫度。
在統計物理學中,把空腔內的輻射場看作光子氣體,光子是玻色子,根據玻色分布可以導出處于平衡的黑體輻射場能量密度按頻率的分布即普朗克公式。也可求得描述黑體輻射場的總能量與熱力學溫度間關系的斯忒藩-玻耳茲曼定律,和黑體輻射的物態方程式中p 是輻射壓力。上述由統計物理得到的關于黑體輻射的公式和定律與實驗結果完全符合
黑體輻射:- 黑體:一個理想的熱輻射吸收體,能完全吸收外來的輻射能而不反射,也必定是極佳的熱輻射發射體。
- 空腔:在一中空的密封物體的器壁上鑽穿一小孔。不論空腔器壁的材質為何,從小孔進入空腔的電磁波,在器壁上經多次反射後,幾乎全部被吸收而無從逸出,故空腔可視為黑體。
- 黑體輻射的性質:若將空腔加熱,空腔內壁即向各方輻射熱能,有一部分熱能從小孔中所射出,稱為黑體輻射。十九世紀末有許多黑體輻射的研究發現
- 黑體熱輻射的特性曲線,完全和空腔器壁的材料成分無關,僅和其溫度有關。
- 黑體的溫度愈高,所發出的熱輻射強度就愈強,涵蓋的頻率範圍也愈廣。
- 峰值強度所對應的波長 λmax,隨溫度 T 的升高而往短波長的方向移動,兩者之間有反比的關係
第一章 引论 - 上海交通大学科学史与科学哲学系
上述依存关系是每一物体实际上都承受着来自无数个其它物体各个方面的引力这一情况的抽象。古典力学按照把两个物体的抽象的图景向着三个物体的更为具体的 ...
"第9章静电场_百度文库
从头计算_百度百科
即根据物理模型的三个基本近似(非相对论近似、绝热近似和单电子近似),采用数学上的变分或微扰近似方法,不借助任何经验参数而全部严格计算分子积分以求解全 ...
百度百科_开放分类_量子化学
baike.baidu.com/taglist?tag=量子化学&offset=10 - 轉為繁體網頁
即根据物理模型的三个基本近似(非相对论近似、绝热近似和单电子近似),采用数学上的变分或微扰近似方法,不借助任何经验参数而全部严格计算分子积分以求解全 ...复旦固体物理讲义-14专题二:单电子近似(12.1)_百度文库
wenku.baidu.com/view/1d1f76eef8c75fbfc77db206
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2010年6月1日 - 本讲目的? 从这一讲开始,我们进入固体物理学最核心的内容?能带理论。本讲介绍它的三个基本近似中的两个:绝热近似和单电子近似* 单电子近似 ...[轉為繁體網頁
PDF]1.9 多电子原子结构理论的轨道近似模型
202.207.160.42/jxzy/jiajianfeng131205/upfiles/.../1-9.pdf
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N. 电子i的受力. (N-1)个电子对它的排斥力. 核吸引力. 电子1的势能(算符):. ∑ .... 1. 中心势场近似. 在单电子近似的基础上:提出其它电子所产生的. 有效平均场是一种 ...
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Page 1
§1-9 多电子原子结构理论的轨道近似模型—原子轨道
一. 多电子原子的Hamilton算符
ˆ ˆ ˆ
H T V
= +
对于N个电子体系,令其电子为1、2、3、… N.
电子i的受力
(N-1)个电子对它的排斥力
核吸引力
电子1的势能(算符):
∑
≠
+
-
=
N
i
i
r
e
r
Ze
V
1
10
2
10
2
1
4
4
ˆ
πε
πε
电子2的势能(算符):
∑
≠
+
-
=
N
i
i
r
e
r
Ze
V
2
20
2
20
2
2
4
4
ˆ
πε
πε
…
…
Page 2
N电子体系的势能(算符):
Hamilton算符:
核吸引能算符总和 电子间排斥能算符总和
∑ ∑
∑
≠
=
+
-
=
+
+
+
=
i
ij
ij
N
i
i
N
r
e
r
Ze
V
VVV
0
2
1
0
2
2
1
4
2
1
4
ˆ
ˆˆˆ
πε
πε
∑ ∑
∑∑
=
=
≠
+
-
∇
-
=
N
i
N
i
i
ij
ij
i
i
r
e
r
Ze
m
H
1
1
0
2
0
2
2
2
4
2
1
4
2
ˆ
πε
πε
Page 3
ˆ
H
E
Ψ = Ψ
Schrödinger方程:
由于
无论采取什么坐标
都不能将 变量分离,所以无法求解.
2
2
2
(
) (
) (
)
ij
i
j
i
j
i
j
r
x x
y y
z z
=
-
+ -
+ -
ij
r
1
二. 近似处理方法
在非相对论近似、B.O近似的基础上而引入的.
假定:
电子i处于
核的静电场
其余电子的
有效平均场
中独立运动,而不考虑瞬时作用
1. 轨道近似
Page 4
电子i总势能函数为:
)(
4
)(
0
2
ii
i
ii
ru
r
Ze
rV
+
-
=
πε
单电子Hamilton算符:
( )ii
i
i
i
ru
r
Ze
m
H
+
-
∇
-
=
∧
0
2
2
2
4
2
πε
单电子Schrödinger方程:
ii
ii
E
H
ψ
ψ =
∧
其中:
——电子i在其它电子有效平均场中
的势能函数
)(
ii
ru
Page 5
2. 方程的解
由于单电子近似提供了“原子轨道”这样一个
物理图像,因此称为轨道近似
体系总波函数:
i
N
i
ψ
1=
Π
=
Ψ
2
1
2
i
N
i
ψ
=
Π
=
Ψ
本征值 :
——轨道能
i
E
本征函数 : ——描述第 i个电子运动状态的
单电子波函数 原子轨道(AO)
)(
ii
r
Ψ
Page 6
这样电子i的势能只是ri
的函数,即处于一种只与径
向r有关的中心势场中运动。
三. 轨道近似模型的发展
1. 中心势场近似
在单电子近似的基础上:提出其它电子所产生的
有效平均场是一种球对称场。
如电子j处于非球对称的开壳层p、d、f轨道,则
可对 在各个方向进行平均化,使成近似球对
称。
∑
≠
N
ji
ij
r
e
0
2
4πε
求平均
│
│
⌋
⌉
│
│
⌊
⌈
= ∑
≠
N
ji
ij
i
i
r
e
ru
0
2
4
)(
πε
Page 7
2. 半经验处理方法——屏蔽模型
——屏蔽常数,相当于抵消了 个原子核
正电荷的作用.
i
σ
i
σ
——有效核电荷
(
)i
Z
Z
σ
-
=
*
其中
——可由原子光谱实验数据总结得到
∑
=
j
ij
i
σ
σ
i
i
i
i
i
i
ii
r
eZ
r
e
Z
r
e
r
Ze
rV
0
2
0
2
0
2
0
2
4
*
4
)
(
4
4
)(
πε
πε
σ
πε
σ
πε
-
=
-
-
=
+
-
=
在中心势场模型的基础上,进一步假定:
i
i
ii
r
e
ru
0
2
4
)(
πε
σ
=
Page 8
方程的解
——单电子i的原子轨道
——轨道能:
⎩
⎨
⎧Ψ
i
i
E
单电子Schrödinger方程:
(
)
(
)
.
6.13
2
2
2
2
eV
n
Z
n
Z
R
E
i
i
i
σ
σ
-
×
-
=
-
-
=
(
)
ii
i
i
i
i
E
r
e
Z
m
Ψ
=
Ψ
│
⌋
⌉
│
⌊
⌈
-
-
∇
-
0
2
2
2
4
2
πε
σ
Page 9
3. 定量处理方法 —— Hartree自洽场法
即:
j电子对i电子的作用取其所
有位置平均,忽略瞬时相互作
用。
在轨道近似的基础上:提出自洽场模型(Self-Consistent Field)
——SCF
∫
∫
Ψ
=
Ψ
│
│
⌋
⌉
│
│
⌊
⌈
Ψ
=
│
│
⎠
⎞
│
│
⎝
⎛
ij
j
j
j
j
ij
j
j
ij
r
de
d
r
e
r
e
0
2
2
0
2
*
0
2
4
4
4
πε
τ
τ
πε
πε
平均
对
Page 10
(N-1)电子对电子的统计平均势场为:
∑∫
∑
≠
≠
Ψ
=
│
│
⎠
⎞
│
│
⎝
⎛
=
N
ij
ij
j
j
N
ij
ij
ii
r
de
r
e
ru
0
2
2
0
2
4
4
)(
πε
τ
πε
求平均
ii
i
N
ij
ij
j
j
i
i
E
r
de
r
Ze
m
Ψ
=
Ψ
│
│
⌋
⌉
│
│
⌊
⌈
Ψ
+
-
∇
-
∑∫
≠
0
2
2
0
2
2
2
4
4
2
πε
τ
πε
单电子 Hartree方程(积分—微分方程):
Page 11
先假定N个(等于电子数)零级近似波函数:
N
Ψ
Ψ
Ψ ,,,
2
1
N
Ψ
Ψ
Ψ ,,,
2
1
N
H
HH
ˆ,,ˆ,ˆ
2
1
代入积分
SCF法: 在求解方程的解Ψi
之前必先知道方程的
解Ψj
,是鸡生蛋,蛋生鸡无法求解的循
环问题。
Page 12
求解单电子方程组:
得到解:
N
N
N
N
H
H
H
ψ
ε
ψ
ψ
ε
ψ
ψ
ε
ψ
′
=
′
′
=
′
′
=′
ˆ,,
ˆ,
ˆ
22
22
11
11
一级近似
,
及
→
′
′
′
N
N
ε
ε
ε
ψ
ψ
ψ
,,
,,,
2
1
2
1
.
,, →
→
→
′′
N
ψ
再将一级近似波函数代入单电子方程,可得二
级近似波函数:
直到前后两组的能量,
单电子波函数十分接近或相同为止.
-----此过程叫做迭代.
Page 13
最后结果为自洽解:
i
ψ 和
i
E
全部轨道能之和:
体系总波函数:
i
N
i
ψ
1
=
Π
=
Ψ
全部电子动能
+全部电子核吸收能
+2倍全部电子间的平均排斥能
=
∑
=
N
i
i
E
1
Page 14
N个电子的原子总能量:
能
全部电子间的平均排斥
-
= ∑
i
i
E
E
∫∫
∑ ∑
∑
∫∫
∑ ∑
∑
∑ ∑
∑
=
-
=
-
=
│
│
⎠
⎞
│
│
⎝
⎛
-
=
<
<
<
ij
j
i
j
i
ij
ij
ji
i
i
ij
j
i
j
i
ji
i
i
ji
ij
ji
i
i
r
dd
e
J
J
E
r
dd
e
E
r
e
E
0
2
22
0
2
22
.
0
2
4
4
4
πε
τ
τ
ψ
ψ
πε
τ
τ
ψ
ψ
πε
库仑积分:
平均
对
几何直观地介绍广义相对论中的时空以及大爆炸模型 (18) [ changshou ] 于:2012-02-18 09:13:02 复:3659016
几何直观地介绍广义相对论中的时空以及大爆炸模型 (18) [ changshou ] 于:2012-02-18 09:13:02 复:3659016
几何直观地介绍广义相对论中的时空以及大爆炸模型 (18)测地线
18.0 度量结构决定测地线
在时空洛仑兹流形确定后,度量结构就有了。12.1告诉我们可以考虑测地线。这样即使在闵可夫斯基时空不是好的近似的情况下,我们也能有精确的距离计算(算测地线长度)。
可是测地线长度和观察者未必有直接关系, 因为观察者的世界线 未必是测地线。
18.1 自由运动的观察者的世界线 是测地线
自由运动 指的是不与其他物质发生作用(不受外力)。在牛顿力学中,第一定律说自由运动就是匀速直线运动。 狭义相对论中 假定惯性观察者的存在(惯性观察者间相对作匀速直线运动), 假定 自由运动的观察者 就是 惯性观察者。 然后用惯性参照系 定义 闵可夫斯基时空。广义相对论中 时空是洛仑兹流形。洛仑兹流形上一般而言没有直线,但有直线的直接推广 这就是测地线。 因此广义相对论中认为 自由运动的观察者的世界线 是时空中的测地线。 这样当我们使用狭义相对论作局部近似时,自由运动的观察者的世界线 就自动退化为 闵可夫斯基时空中的直线(惯性观察者)。注意 在说外力时 我们不考虑引力了(因为我们已经在弯曲时空中,引力效应已经记入)。
至此 我们似乎做了一个假设:自由运动的观察者的世界线是测地线。然而 不要忘记广义相对论中 时空是会受其中运动的物质影响的。因此原则上讲 观察者的存在本身就会改变时空(一种直观的理解法是:只要有质量或能量,就会产生引力。 而引力就是时空弯曲,所以观察者自身产生的时空弯曲会对原有的弯曲时空产生干扰)。所以当我们使用测定线时,我们实际上是假设 观察者的影响很微弱可忽略不计。这看起来不是好事(使用了近似, 虽然通常已经是极精确的近似), 但实际上是好事。这意味着我们实际上可以从 爱因斯坦方程导出 自由运动的观察者的世界线是测地线。即我们可以先不忽略观察者的影响, 把观察者和时空中的其他物质放在一起研究。 然后让观察者自身的引力趋向于零,这时可以从数学上导出 自由运动的观察者的世界线 趋向于忽略观察者影响而得到的时空中的 测地线。这样广义相对论 抛弃了 牛顿力学和狭义相对论中 令人很不舒服的关于自由运动的先验假设。广义相对论有惊人的自给自足性。
由于我们以前还讲过(未必是自由运动的)观察者的世界线 应该是类时的。 所以结合起来说就是 自由运动的观察者的世界线 是类时测地线。
一般的时空洛仑兹流形中 类时测地线可以比较复杂,而且“时空是动力学的” 决定了没有什么给定的特殊的时空。 因此在广义相对论中把某一类 自由运动的观察者作为特殊的观察者是没有意义的。换言之 广义相对论中没有惯性观察者或惯性参照系。这其实也是广义协变性的要求。 如果有惯性参照系, 它们就是特殊的坐标系, 而广义协变性不允许特殊的坐标系。
18.2 自由运动的光(电磁波)的世界线 是类光测地线
这也可以由广义相对论导出,把电磁场理论改造得符合广义协变性后(17.5)就可以导出这一点(注意 改造后的理论从理论体系上讲, 是比经典的(闵可夫斯基时空中)电磁场理论更基本的理论,而不是反过来)。这一性质 在作狭义相对论局部近似时,自动退化为 闵可夫斯基时空中的情形。即狭义相对论中的光速不变原理 可由广义相对论框架中的电磁场理论导出。
18.3 举例:光的弯曲
一般的时空洛仑兹流形的类光测地线 不是闵可夫斯基时空的直线。如果一个物理学家不知道时空是弯曲的, 而用狭义相对论来描述光的运动,它就会发现 观测的情况和 假定光在平直的闵可夫斯基时空走(光锥上的)直线 是有偏差的(虽然可能很小)。于是他 就会以为不知怎么搞得 光被弯曲了。
反过来 我们可以用广义相对论 来计算光的世界线的“弯曲”(即对直线的偏离)。对这种计算的观测验证就是对广义相对论的实验检测。这件事已经在太阳系内做了,广义相对论得到了有力的支持。
18.4 举例:跳楼
地球的存在 导致了地球周边的时空弯曲。这里我们忽略其他的天体以及地球自转。于是地球周边的时空分布应具球对称性。这样一来 径向自由运动(在地球某条半径所在的直线上运动)形成的世界线就是测地线。
我从楼上跳下,忽略空气阻力。于是我不受外力(考虑弯曲时空就没有引力了), 自由地沿着测地线运动(所谓的下落)。我撞上了地面, 意味着我受到了地面物质的作用。 于是不能再自由运动(下落)了。
待续
卜朗克的量子論
18.0 度量结构决定测地线
在时空洛仑兹流形确定后,度量结构就有了。12.1告诉我们可以考虑测地线。这样即使在闵可夫斯基时空不是好的近似的情况下,我们也能有精确的距离计算(算测地线长度)。
可是测地线长度和观察者未必有直接关系, 因为观察者的世界线 未必是测地线。
18.1 自由运动的观察者的世界线 是测地线
自由运动 指的是不与其他物质发生作用(不受外力)。在牛顿力学中,第一定律说自由运动就是匀速直线运动。 狭义相对论中 假定惯性观察者的存在(惯性观察者间相对作匀速直线运动), 假定 自由运动的观察者 就是 惯性观察者。 然后用惯性参照系 定义 闵可夫斯基时空。广义相对论中 时空是洛仑兹流形。洛仑兹流形上一般而言没有直线,但有直线的直接推广 这就是测地线。 因此广义相对论中认为 自由运动的观察者的世界线 是时空中的测地线。 这样当我们使用狭义相对论作局部近似时,自由运动的观察者的世界线 就自动退化为 闵可夫斯基时空中的直线(惯性观察者)。注意 在说外力时 我们不考虑引力了(因为我们已经在弯曲时空中,引力效应已经记入)。
至此 我们似乎做了一个假设:自由运动的观察者的世界线是测地线。然而 不要忘记广义相对论中 时空是会受其中运动的物质影响的。因此原则上讲 观察者的存在本身就会改变时空(一种直观的理解法是:只要有质量或能量,就会产生引力。 而引力就是时空弯曲,所以观察者自身产生的时空弯曲会对原有的弯曲时空产生干扰)。所以当我们使用测定线时,我们实际上是假设 观察者的影响很微弱可忽略不计。这看起来不是好事(使用了近似, 虽然通常已经是极精确的近似), 但实际上是好事。这意味着我们实际上可以从 爱因斯坦方程导出 自由运动的观察者的世界线是测地线。即我们可以先不忽略观察者的影响, 把观察者和时空中的其他物质放在一起研究。 然后让观察者自身的引力趋向于零,这时可以从数学上导出 自由运动的观察者的世界线 趋向于忽略观察者影响而得到的时空中的 测地线。这样广义相对论 抛弃了 牛顿力学和狭义相对论中 令人很不舒服的关于自由运动的先验假设。广义相对论有惊人的自给自足性。
由于我们以前还讲过(未必是自由运动的)观察者的世界线 应该是类时的。 所以结合起来说就是 自由运动的观察者的世界线 是类时测地线。
一般的时空洛仑兹流形中 类时测地线可以比较复杂,而且“时空是动力学的” 决定了没有什么给定的特殊的时空。 因此在广义相对论中把某一类 自由运动的观察者作为特殊的观察者是没有意义的。换言之 广义相对论中没有惯性观察者或惯性参照系。这其实也是广义协变性的要求。 如果有惯性参照系, 它们就是特殊的坐标系, 而广义协变性不允许特殊的坐标系。
18.2 自由运动的光(电磁波)的世界线 是类光测地线
这也可以由广义相对论导出,把电磁场理论改造得符合广义协变性后(17.5)就可以导出这一点(注意 改造后的理论从理论体系上讲, 是比经典的(闵可夫斯基时空中)电磁场理论更基本的理论,而不是反过来)。这一性质 在作狭义相对论局部近似时,自动退化为 闵可夫斯基时空中的情形。即狭义相对论中的光速不变原理 可由广义相对论框架中的电磁场理论导出。
18.3 举例:光的弯曲
一般的时空洛仑兹流形的类光测地线 不是闵可夫斯基时空的直线。如果一个物理学家不知道时空是弯曲的, 而用狭义相对论来描述光的运动,它就会发现 观测的情况和 假定光在平直的闵可夫斯基时空走(光锥上的)直线 是有偏差的(虽然可能很小)。于是他 就会以为不知怎么搞得 光被弯曲了。
反过来 我们可以用广义相对论 来计算光的世界线的“弯曲”(即对直线的偏离)。对这种计算的观测验证就是对广义相对论的实验检测。这件事已经在太阳系内做了,广义相对论得到了有力的支持。
18.4 举例:跳楼
地球的存在 导致了地球周边的时空弯曲。这里我们忽略其他的天体以及地球自转。于是地球周边的时空分布应具球对称性。这样一来 径向自由运动(在地球某条半径所在的直线上运动)形成的世界线就是测地线。
我从楼上跳下,忽略空气阻力。于是我不受外力(考虑弯曲时空就没有引力了), 自由地沿着测地线运动(所谓的下落)。我撞上了地面, 意味着我受到了地面物质的作用。 于是不能再自由运动(下落)了。
待续
卜朗克的量子論
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如果物體在每單位時間內所輻射出的能量多於所吸收的熱輻射能時,則其溫度將會 ... 黑體輻射的性質:若將空腔加熱,空腔內壁即向各方輻射熱能,有一部分熱能從小 ...黑體輻射源中黑體輻射的介紹 - 云南铂敖仪表有限公司
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黑體受熱以電磁波的形式向外輻射能量,是一種理想物體的熱輻射(見熱傳遞)。 ... 在溫度T下,空腔壁也跟其他固體一樣,不斷輻射電磁波,腔內形成一輻射場,經過 ...1/13 威廉・維因誕辰(Wilhelm Wien, 1864-1928) - 科科 ...
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2015年1月13日 - 德國物理學家威廉·維因正是在黑體輻射的問題中扮演關鍵角色的人。 ... 將空腔加熱至一定溫度後,小孔發出的光就是空腔內壁本身的熱輻射,分析其 ...黑體輻射- 台灣Wiki
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2013年10月9日 - 所以,可以將空腔上的小孔近似地看成黑體。 黑體輻射. 在溫度T下,空腔壁也跟其他固體一樣,不斷輻射電磁波,腔內形成一輻射場,經過一定時間,腔 ...黑体辐射_宜兴学大教育
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2014年10月13日 - 希望这些知识对于我们大家去理解黑体辐射可以带来一些帮助。 ... 在温度T下,空腔壁也跟其他固体一样,不断辐射电磁波,腔内形成一辐射场,经过 ...轉為繁體網頁
1864年,英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上,建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在,推导出电磁波与光具有同样的传播速度。1887年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。之
后,人们又进行了许多实验,不仅证明光是一种电磁波,而且发现了更多形式的电磁波,它们的本质完全相同,只是波长和频率有很大的差别。
后,人们又进行了许多实验,不仅证明光是一种电磁波,而且发现了更多形式的电磁波,它们的本质完全相同,只是波长和频率有很大的差别。
海因里希·鲁道夫·赫兹(Heinrich Rudolf Hertz)在1886年至1888年间首先通过试验验证了麦克斯韦的理论。他证明了无线电辐射具有波的所有特性,并发现电磁场方程可以用偏微分方程表达,通常称为波动方程。
1893年,尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)在美国密苏里州圣路易斯首次公开展示了无线电通信。在为“费城富兰克林学院”以及全国电灯协会做的报告中,他描述并演示了无线电通信的基本原理。他所制作的仪器包含电子管发明之前无线电系统的所有基本要素。尼古拉·特斯拉于1897年在美国获得了无线电技术的专利。然而,美国专利局于1904年将其专利权撤销,转而授予马可尼发明无线电的专利。这一举动可能是受到马可尼在美国的经济后盾人物,包括托马斯·爱迪生,安德鲁·卡耐基影响的结果。
1906年圣诞前夜,雷吉纳德·菲森登(Reginald Fessenden)在美国麻萨诸塞州采用外差法实现了历史上首次无线电广播。菲森登广播了他自己用小提琴演奏“平安夜”和朗诵《圣经》片段。位于英格兰切尔姆斯福德的马可尼研究中心在1922年开播世界上第一个定期播出的无线电广播娱乐节目。
古列尔莫·马可尼(Guglielmo Marconi)(又译伽利尔摩·马可尼)拥有通常被认为是世界上第一个无线电技术的专利,英国专利12039号,“电脉冲及信号传输技术的改进以及所需设备”,实际上马可尼只是改进了无线电。
1909年,马可尼和卡尔·费迪南德·布劳恩(Karl Ferdinand Braun)由于“发明无线电报的贡献”获得诺贝尔物理学奖。
1943年,在尼古拉·特斯拉去世后不久,美国最高法院重新认定尼古拉·特斯拉的专利有效,宣布马可尼的无线电专利无效。美国最高法院承认了尼古拉·特斯拉的发明在马可尼的专利之前就已完成,认可他对无线电关键技术的专利优先权。有些人认为作出这一决定是出于经济原因,这样二战中的美国政府就可以避免付给马可尼公司专利使用费。
1943年,在尼古拉·特斯拉去世后不久,美国最高法院重新认定尼古拉·特斯拉的专利有效,宣布马可尼的无线电专利无效。美国最高法院承认了尼古拉·特斯拉的发明在马可尼的专利之前就已完成,认可他对无线电关键技术的专利优先权。有些人认为作出这一决定是出于经济原因,这样二战中的美国政府就可以避免付给马可尼公司专利使用费。
1898年,马可尼在英格兰切尔姆斯福德的霍尔街开办了世界上首家无线电工厂,雇佣了大约50人。
还有俄国发明家波波夫,俄罗斯人认为他在1895年也发明了无线电。
无线电的诞生九十几年前,“嘀、嘀、嘀”三声微弱而短促的讯号,通过电波传过2500公里的大西洋对岸,从此向世界宣布了无线电的诞生。那是1901年12月12日,扎营守候。
在位于加拿大东南角的纽芬兰(Newfoundland)讯号山(SignalHill)的马可尼,用气球和风筝架设接收天线,终于接收到从英国西南角的宝窦(Poldhu),用大功率发射电台发送“S”字符的国际莫尔斯电码。这是有史以来第一次人类跨过大西洋的无线电通讯,这个实验向世人说明了无线电再也不是仅限于实验室的新奇东西,而是一种实用的通讯媒介。这一消息轰动了全球,激发了广大无线电爱好者浓厚兴趣,推动了业余无线电运动蓬勃发展。
虽然马可尼的试验结果令人相当振奋,可是当时一般人认为无线电行径类似光波,发射之后,绝对是呈直线前进,从英国到加拿大,再怎么说一定是无法完成直线的无线电通讯(因为地球表面是弧形的),当时的科学理论更证明,从英国发射后的无线电波一定直驱太空,怎么可能达加拿大?可是从马可尼用简陋的无线电设备征服长距离通讯的试验记录看来,白天,讯号可以远达700英哩,晚间更远达2,000英哩以上,这些试验数据,使得以往的理论所推展出来的必然结果,开始发生动摇了。
与此同时KENNELLY君及HEAVISIDE君不约而同地分别提出了同样的看法:就是在地球大气层中有电子层的存在,它可以像镜子般,把无线电折射回地球,而不致于直奔太空,由于这种折射回返的讯号,使得远方的电台才得以互相通讯,这种对无线电波有如镜子般作用的电子层称做KENNELLYHEAVISIDE层,但现今一般称之为电离层(lonosphre),而短波之所以如此发达就是受了电离层之赐。
从一九二五年开始,许多科学家便开始进行电离层的探堪工作,经由向电离层发射无线电脉冲讯号,然后从电离层折反的回声(Echo)中,可以了解到电离层的自然现象,所得到的结果就是:地球上空的电离层就像是一把大伞涵盖了地球,而且随着白天或夜晚或季节的变化而变动,同时发现某些频率可以穿过电离层,而有些频率则以不同角度折返地表,虽然对电离层已经掀开了面纱而有了某种程度的了解,使得短波的国际通讯有了很大的发展,但是这六十多年来,科学家均不放过任何继续研究电离层的机会,甚至火箭发射、人造卫星试验及最近的太空梭飞行,均设计有某些实验,以期能更进一步了解电离层,借超高速电脑的帮助,透过假设的模型最后希望能够像气象般,可以预测未来几天的电离层状况。
无线电的发展史,在很大程度上就是人们对各波段进行研究、运用的历史。首先被运用的是长波段,因为长波在地表激起的感生电流小、电波能量损失小,而且能够绕过障碍物。但长波的天线设备庞大、昂贵,通讯容量小,这促使人们寻求新的通讯波段。二十世纪20年代,业余无线电爱好者发现短波能传播到很远的距离。1931年出现了电离层理论,电离层正象赫兹所说的镜子。它最适于反射短波。短波电台既经济又轻便,它在电讯和广播中得到了普遍应用。但是电离层受气象、太阳活动及人类活动的影响,使通信质量和可靠性下降,此外短波段容量也满足不了日益增长的需要。短波段为3MHz~30MHz,按每个短波台占4KHz频带计算,仅能容纳几千个电台,每个国家只能分得很有限的电台数,电视台(8MHz)就更挤不下了。从二十世纪40年代开始,世界上发展了微波技术。微波已接近光频,它沿直线传播,而且能穿过电离层不被反射,所以微波需经中继站或通讯卫星将它反射后传播到预定的远方。
黑體爐的發展歷史
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技術文章
黑體爐的發展歷史
黑體開始發展的是高溫黑體,早在20世紀50年代,由于光學高溫計的應用,當時的蘇聯和英國已經研制出了黑體爐,最高工作溫度可以達到2500℃。20世紀60年代,日本生產出臥式黑體爐,最高工作溫度為2200℃;同年代,我國也研制出臥式黑體爐,工作溫度為900~3200℃。
在20世紀60年代,中溫黑體就有人開始研究,因為當時的技術條件限制,對黑體技術(如黑體腔、等溫黑體腔、黑體發射率等)認識不足,甚至將熱電偶檢定爐的中間放置一個靶子就看作是黑體。
自從美國在越南戰爭首次使用紅外技術,成功地偵察到密林中的胡志明小道后(注:當時胡志明小道是運輸線),拉開了紅外技術在軍事上應用的序幕。隨后,各國都開展了紅外偵察、紅外偽裝、紅外制導、紅外誘餌、空中防衛等技術的研究工作,這就促進了對黑體技術的研究,尤其是對中低溫黑體的研究。因此國外在20世紀80年代就已經有低溫黑體,我國對低溫黑體的研究,是從20世紀90開始。
近30年來,紅外技術已經廣泛地應用于民用,如紅外資源衛星、紅外氣象衛星、紅外加熱、紅外干燥、醫用紅外、紅外測溫等,同時開始了民用黑體產品的研究。尤其是近20年來,紅外溫度計的廣泛應用,作為紅外溫度計檢定用的主要設備-黑體的市場需求量增加,這促進了黑體技術向產品化傳化的進度。
對黑體技術的研究,尤其是對黑體發射率技術的研制,從20世紀50年代開始,一直是斷斷續續地進行著。國內一些大學,對黑體發射率進行研究,并根據輻射換熱原理,對當時的黑體產品研究出一套發射率的計算方法。同時,形成了對圓柱形黑體腔,腔體長度和腔口之比(稱為形腔比)為一個固定的模式。1998年,在國防計量科研課題的研究中,專家在基于等溫和漫反射的基礎上,應用輻射換熱原理,導出了黑體發射率全新的計算公式,從理論上證明了只要黑體腔內表面溫度均勻且為漫反射,黑體的發射率只與黑體的腔口面積與內表面面積之比、黑體腔內表面發射率有關,而與黑體的形狀、黑體的溫度無關,系統闡述了黑體發射率的理論,使得對黑體發射率理論的研究,向前邁進了一步,同時對于黑體的研制和生產,有著極大的指導意義。
對于腔式黑體,也是一個逐步發展過程。從開始研制出雛形黑體,到開始重視形腔比,因此改進黑體腔按照一定的形腔比設計,將黑體的性能進行提高;到開始重視黑體的等溫段,盡量提高黑體的等溫區域,將黑體的性能進一步提高;到目前為止,應用黑體發射率的理論計算公式指出的改進途徑,使黑體的性能又得到提高;這就是一個不斷發展和不斷完善的過程。
在黑體的設計上,人們對于黑體的等溫特性越來越重視,黑體腔內表面的溫度均勻性已經作為黑體設計主要技術指標之一;因此對于有的黑體內表面溫度均勻性較好的黑體,又稱為“等溫黑體”。對于黑體內表面溫度均勻性的要求,將熱管技術應用于黑體,黑體內表面等溫效果很好,因此近代使用熱管技術研制出的黑體,稱為熱管黑體。熱管黑體是等溫黑體的一種。
隨著科學技術發展,需要更高精度的黑體作為標準輻射源,尤其在300℃以下溫度段。因此又發展了高精度的黑體,這些黑體輻射溫度的準確度在(0.1~0.5)℃和0.01℃分別率。
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