黑体辐射普朗克能量子假设.ppt

第十章旧量子论1量子物理引言到十九世纪末期,物理学各个分支的发展都已日臻完善,并不断取得新的成就。首先在牛顿力学基础上,哈密顿和拉格朗日等人建立起来的分析力学,几乎达到无懈可击的地步,特别是十九世纪中期,海王星的发现充分表明了牛顿力学是完美无缺的。其次,通过克劳修斯、玻耳兹曼和吉布斯等人的巨大努力,建立了体系完整而又严密的热力学和统计力学,并且应用越来越广泛。由安培、法拉第和麦克斯韦等人对电磁现象进行的深入而系统的研究,为电动力学奠定了坚实的基础,特别是由麦克斯韦的电磁场方程组预言了电磁波的存在,随即被赫兹的实验所证实。后来又把牛顿、惠更斯和菲涅耳所建立的光学也纳入了电动力学的范畴,更是一项辉煌的成就。2因此当时许多著名的物理学家都认为物理学的基本规律都已被发现,今后的任务只是把物理学的基本规律应用到各种具体问题上,并用来说明各种新的实验事实而已。就连当时赫赫有名对物理学各方面都做出过重要贡献的权威人物开耳文在一篇于1900年发表的瞻望二十世纪物理学发展的文章中也说:“在已经基本建成的科学大厦中,后辈物理学家只需要做一些零星的修补工作就行了”,不过接着又指出:“但是在物理晴朗天空的远处,还有两朵小小令人不安的乌云”,即运用当时的物理学理论所无法正确解释的两个实验现象,一个是热辐射现象中的紫外灾难,另一个是否定绝对时空观的迈克尔逊--莫雷实验。正是这两朵小小的乌云,冲破了经典物理学的束缚,打消了当时绝大多数物理学家的盲目乐观情绪,为后来建立近代物理学的理论基础作出了贡献。3事实上还有第三朵小小的乌云,这就是放射性现象的发现,它有力地表明了原子不是构成物质的基本单元,原子也是可以分割的。所有这些实验结果都是经典物理学无法解释的,它们使经典物理处于十分困难境地,为摆脱这种困境,有一些思想敏锐而又不受旧观念束缚的物理学家纷纷重新思考研究,在二十世纪初期,建立起了近代物理的两大支柱------量子论和相对论,并在这个基础上又建立起以研究原子的结构、性质及其运动规律为目的的原子物理学,后来又进一步发展,相继建立起原子核物理学和基本粒子物理学,这些内容统称为量子物理学。4第一节黑体辐射普朗克能量子假设5任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波,并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。①.物体在任何温度下都会辐射能量。一、②.物体既会辐射能量,也会吸收能量。物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大,则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大。辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。6描写物体辐射本领的物理量。类似于波强。(1)、波长在到+d之间的辐射功率为,则与d之比称为单色辐出度。是温度T和波长的函数,常写成。它描述了物体热辐射的能谱分布。实验表明:物体辐射能多少决定于物体的温度(T)、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。表示在一定温度T下,单位时间内从物体表面单位面积上波长在附近单位波长间隔内辐射出的能量。7描写物体在温度T时向外辐射能量本领的物理量。从物体单位表面积上发射的各种波长辐射的总功率。辐出度仅是温度的函数。(2)辐出度(3)吸收比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能量之比称为吸收比。波长在从到+d间隔范围内的吸收比称为单色吸收比。用表示。表示在温度T时单位时间内、单位面积整个波长范围内的辐射出能量。8在热平衡下,任何物体的单色辐出度与单色吸收比的比值与物体的性质无关,对于所有物体,这个比值是波长和温度的普适函数。。基尔霍夫定律N个不同的物体置于一绝热恒温体内,经过热辐射交换能量,达到热平衡态。但不同物体的辐出度是不同的。要维持平衡热辐射,只有辐射能量较多的物体吸收能量也多,反之亦然。辐出度较大的物体,其吸收本领一定也较大;辐出度较小的物体,其吸收本领也一定较小。要维持温度不变,则物体吸收的辐射能必须等于辐射出去的能量。9物体具有向四周辐射能量的本领,又有吸收外界辐射来的能量。黑体是指在任何温度下,全部吸收任何波长的辐射的物体。,黑体既是完全的吸收体,也是理想的发射体。对于任意温度或波长,绝对黑体的吸收比都恒为1:黑体是一种理想的模型,在自然界中并不存在完全理想的黑体。可把一个开小孔的不透光空腔看成黑体。如远处不点灯的建筑物。10