江苏大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件）第十三章 早期量子论量子力学基础 13.1 热辐射 普朗克的能量子假设

13.1热辐射普朗克的能量子假设 13.1热辐射普朗克的能量子假设 一.热辐射现象 热辐射 辐射能 铁块颜色随温度变化 598单84星 800K 1400K 人体热像图 前页后页目录 1

前页 后页 目录 1 13.1 热辐射 普朗克的能量子假设 一. 热辐射现象 热辐射 辐射能 800K 1400K 铁块颜色随温度变化 人体热像图 13.1 热辐射 普朗克的能量子假设

13.1热辐射普朗克的能量子假设 二.基尔霍夫辐射定律 单色辐出度 单位位时间内，从物体表面单位面积上发射的 波长在2一+d2范围内的辐射能dE,与波长间隔 d的比值。 M(T)= dE d元 SI制：W/m3 辐出度 单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波 长的总辐射能。 M(T)=Ma(T)da SI制：W/m2 前页后页目录 2

前页 后页 目录 2 13.1 热辐射 普朗克的能量子假设 二. 基尔霍夫辐射定律 单色辐出度 单位位时间内，从物体表面单位面积上发射的 波长在 —+d 范围内的辐射能dE，与波长间隔 d的比值。 ) d ( d M E  T   = SI制: W/m3 辐出度 单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波 长的总辐射能。 0 M T( ) M T  ( )d  =  SI制: W/m2

13.1热辐射普朗克的能量子假设 吸收比：吸收的辐射能与入射的辐射能之比。 反射比：反射的辐射能与入射的辐射能之比。 单色吸收比：人~+d几范围内的吸收比。(T 单色反射比：~+d几范围内的反射比。r(T 不透明物体M2(T)+r2(T)=1 绝对黑体（黑体）：在任何温度下，对任何波长的辐射 能的吸收比都等于1的物体。 前页后页目录3

前页 后页 目录 3 13.1 热辐射 普朗克的能量子假设 吸收比：吸收的辐射能与入射的辐射能之比。 反射比：反射的辐射能与入射的辐射能之比。 单色吸收比： ～+d 范围内的吸收比。a (T) 单色反射比： ～+d 范围内的反射比。r (T) 不透明物体 a T r T ( ) ( ) 1   + = 绝对黑体(黑体)：在任何温度下，对任何波长的辐射 能的吸收比都等于1的物体

13.1热辐射普朗克的能量子假设 基尔霍夫辐射定律 在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的 单色辐出度与单色吸收比之比值都相等，并等于该 温度下绝对黑体对同一波长的单色辐出度。 M2(T)_M2(T)--M20(T) a(T)ax2(T) 1 下标数字1、2…表示不同的物体，0表示绝对 黑体。 可见好的吸收体也是好的辐射体。黑体是完全 吸收体，也是理想的辐射体。 前页后页目录 4

前页 后页 目录 4 13.1 热辐射 普朗克的能量子假设 基尔霍夫辐射定律 在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的 单色辐出度与单色吸收比之比值都相等，并等于该 温度下绝对黑体对同一波长的单色辐出度。 1 1 ( ) ( ) M T a T   下标数字1、2…表示不同的物体，0表示绝对 黑体。 可见好的吸收体也是好的辐射体。黑体是完全 吸收体，也是理想的辐射体。 2 2 ( ) ( ) M T a T   = 0 1 M T( )  = =

13.1热辐射普朗克的能量子假设 三.黑体辐射实验定律 黑体模型 不透明材料制成的带小孔的的空腔。 热电偶 体 外套 射 口WHI川 前页后页且录5

前页 后页 目录 5 13.1 热辐射 普朗克的能量子假设 三. 黑体辐射实验定律 黑体模型 不透明材料制成的带小孔的的空腔。 热电偶 外套 加热器 黑 体 辐 射

13.1热辐射普朗克的能量子假设 黑体 热 电 偶 测定黑体辐出度的实验简图 前页后页目录 6

前页 后页 目录 6 13.1 热辐射 普朗克的能量子假设 黑体 L1 L3 P L2 B1 B2 热 电 偶 测定黑体辐出度的实验简图

13.1热辐射普朗克的能量子假设 tMo(T)/W.cm2.μm-l 2200K 2000K 1800K 1600K A/um 1.0 2.03.04.05.0 黑体的单色辐出度按波长分布曲线 曲线下面积为某温度时的总辐出度 前页后页目录 7

前页 后页 目录 7 13.1 热辐射 普朗克的能量子假设 1 0 2 M T  ( ) / W cm μ m − −    / μm 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 2200K 2000K 1800K 1600K 黑体的单色辐出度按波长分布曲线 曲线下面积为某温度时的总辐出度

13.1热辐射普朗克的能量子假设 两条定律： (1)斯特藩一玻耳兹曼定律 Mo(T)=oT4 斯特藩常数o=5.67×10-8W/m2.K4) (2)维恩位移定律 T元m=b m称为峰值波长 维恩常数b=2.897×103m.K 前页后页目录 8

前页 后页 目录 8 13.1 热辐射 普朗克的能量子假设 两条定律： (1) 斯特藩—玻耳兹曼定律 4 0 M T T ( ) = 斯特藩常数 8 5 67 10 2 4  . W/(m K ) − =   (2) 维恩位移定律 T b m = m称为峰值波长 3 b 2 897 10 . m K − 维恩常数 =  

13.1热辐射普朗克的能量子假设 四.普朗克的能量子假设 C2 维恩公式M0(T)=C25e7 瑞利一金斯公式M20(T)=C314T 普朗克公式M0=2nhc2九5 he eikT _1 普朗克常数h=6.626069311)×10-34Js 前页后页目录9

前页 后页 目录 9 13.1 热辐射 普朗克的能量子假设 四. 普朗克的能量子假设 维恩公式 2 5 0 1 ( ) e C M T C T   − − = 瑞利—金斯公式 4 0 3 M T C T ( )   − = 普朗克公式 2 5 0 1 2 1 π e hc kT M hc    − = − 普朗克常数 34 h 6 626 069 3 11 10 . ( ) J s − =  

13.1热辐射普朗克的能量子假设 M02 维恩线 瑞利—金斯线 —普朗克线 。 实验值 λ/um 1.0 2.0 3.04.05.0 热辐射理论公式与实验结果比较 前页后页目录 10

前页 后页 目录 10 13.1 热辐射 普朗克的能量子假设 热辐射理论公式与实验结果比较 M0  / μm 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 维恩线 瑞利——金斯线 普朗克线 实验值