第九章 量子论(第二稿)第一节 黑体辐射1.热辐射在上一章中,我们已经提到,当开尔文勋爵所说的两朵乌云的第二朵被拔开时,人们发现了近代物理学的两个基础理论的另一个理论即量子论.由于温度升高而发射能量的辐射源,通常称为热辐射.热辐射体中原子和分子不发生运动状态变化.热辐射能量来自物体的热运动.物体在任何温度下(只要不是绝对零度)都向四周进行热辐射,也从周围吸收这种辐射.热辐射的光谱是连续光谱.一般情况下,热辐射的光谱不仅与辐射源的温度有关,还与它的表面特征有关.为了定量的描述热辐射与温度和物体特性的关系,首先引入下列概念:(1)辐射出射度(简称辐出度) 温度为 T 的热辐射体,在单位间内从单位面积向各个方向辐射出的所有频率的辐射能量.又称为辐射能通量密度.(2)单色辐射出射度温度为 T 的热辐射体, 在单位时间内从单位面积向各个方向所发射的、在某一频率附近的单位间隔内辐射能量(即功率)叫做该物体的单色辐射出射度.单色辐射出射度与温度、频率和物体的表面特性有关.(3)吸收本领入射到物体上的辐射通量,一部分被物体散射或反射(对透明物体,还会有一部分透射), 其余的为物体所吸收.2.黑体热辐射的规律是很复杂的,我们知道,各种物体由于它有不同的结构,因而它对外来辐射的吸收以及它本身对外的辐射都不相同.但是有一类物体其表面不反射光,它们能够在任何温度下,吸收射来的一切电磁辐射,这类物体就叫做绝对黑体,简称黑体. 绝对黑体是我们研究热辐射时为使问题简化的理想模型.实际上黑体只是一种理想情况,但如果做一个闭合的空腔,在空腔表面开一个小孔,小孔表面就可以模拟黑体表面.这是因为从外面射来的辐射,经小孔射入空腔,要在腔壁上经过多次反射,才可能有机会射出小孔.因此,在多次反射过程中,外面射来的辐射几乎全部被腔壁吸收.在实验中,可在绕有电热丝的空腔上开一个小孔来实现,正因为实验所用的绝对黑体都是空腔辐射,因此,黑体辐射又称为空腔辐射.3.黑体的经典辐射定律1879 年,斯忒藩(J.Stefan,1835~1893 年)从实验观察到黑体的辐出度与绝对温度 T 的四次方成正比,即:4JT1884 年玻尔兹曼从理论上给出这个关系式.其中8245.67032 10/()WmK.用心 爱心 专心对一般物体而言,412JTJs m, 为发射率,J 为辐出度, 412JTJs m,式中81245.670 10Js m K,称为斯特藩-玻尔兹曼常数.通常 <1,但对黑体...