普朗克假说.ppt

量子力学的基本概念
(Basic Concept of Quantum Mechanics)
在相对论中已欣赏了近代物理的“一朵鲜花”让我们来欣赏另“一朵鲜花”---量子力学。
热辐射
实验
先从被称为另一朵乌云说起
热辐射、普朗克量子假说
(Heat Radiation、Planck’ Quantum Supposition)
一)何谓热辐射
物体在任一温度下发射从红外线、可见光到
紫外线的现象。
火
炉
600度
1000度
400度
因辐射与温度有关,故称热
辐射
1)从经典物理学看来热辐射过程的实质是物质以电磁波的形式向外辐射电磁波的过程。其辐射的能量称之为辐射能。
2)热辐射有平衡热辐射与非平衡热辐射:
当物体因辐射而失去的能量等于从外界吸收
的辐射能时,这时物体的状态可用一确定的
温度来描述,这种热辐射称为平衡热辐射。
反之称为非平衡热辐射。
二)单色辐出度、辐射出射度、单色吸收率、单
色反射率
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、发
射的面积
1)单色辐出度(单色发射本领)
单位时间内,温度为T的物体上单位面积上发
射波长在+d范围内的辐射能dM与波长
间隔d比值,用M()表示。
光源
S=1
显然,它是波长和温度的函数
2)辐射出射度(总发射本领)
单位时间内从物体单位面积上所辐射的各种
波长的总的辐射能,用M(T)表示。
光源
S=1
显然,它是温度的函数
2)辐射出射度(总发射本领)
单位时间内从物体单位面积上所辐射的各种
波长的总的辐射能,用M(T)表示。
实验表明:吸收与反射
的能量与物体温度有
关、与辐射能的波长
范围有关.
3)单色吸收率单色反射率
不透明介质
A吸
吸收
I入
射
入
射
R反
反
定义:
一束波长为+,强度为I的电磁辐射入射到温度为T的物体上时,若反射光的强度为R(T),吸收光的强度为A(T),则定义:
单色吸收率:
单色反射率:
显然,对不透明的物体:
不透明介质
A吸
吸收
I入
射
入
射
R反
反
可得:
4)黑体(black body)
在任何温度、对于任何波长的辐射的吸收率均
为1的物体,称之为黑体。
注意:1)黑体是对入射的辐射能全部吸收(不
管什么波长)的物体,也不反射。因
此当其自身的热辐射很弱时,看上去
是黑洞洞的。
对右式同除I
2)黑体是理想化的模型,实际中的物体的
吸收率总是小于1。
抛光的铜镜表面:
一般金属表面:
煤烟:
3)一个开有小孔的内表面粗糙的空腔可近似看成
理想的黑体。
如远处不点灯
的建筑物
若室内点灯
(自身辐射不很弱)
三)基尔霍夫定律(Kirchhoff’s Law)
在同样的温度下,各种不同
的物体对相同波长的单色辐出
度与单色吸收率之比值都相等
,且等于在该温度下黑体对同
一波长的单色辐出度。
为黑体的单色辐出度
为黑体的单色吸收率
其中:
物理含义:好的吸收体也是好的辐射体。
研究热辐射的中心问题是研究
黑体的辐射问题
四)黑体辐射的实验研究
1)实验装置
A
L1
B
P
L2
C
黑体
准直系统
三棱镜
测量系统