黑体辐射实验,都想说明什么问题? 什么是黑体?什么是黑体辐射?经典理论在解释黑体辐射现象的实验...

作者&投稿:骆姿 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
黑体辐射实验,都想说明什么问题?

  900年,开尔文勋爵在发表那个著名的《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》演说时提到,物理学的大厦已经基本建成了,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了,只不过在物理学阳光灿烂的天空下,漂浮着“两朵小乌云”。

  两朵小乌云,其中一个是1881年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作制作了中学课本讲到过的马克尔逊干涉实验,用来证明“以太”的存在,结果证明木有以太!

  另一个就是利用当时的传统物理学思维无法解释的黑体辐射规律

定义系统

黑体——完美的电磁波发射体:能够完全吸收投射到其表面各种波长的电磁波而不发生反射的物体。

  需要定义黑体的原因是我们要控制变量方便进行分析,因为热辐射的强度与物体、温度、表面、材料等各种性质相关。所以我们要把其他变量去除,构造“黑体”这个完美模型,使黑体辐射的强度只与温度有关。




  根据测量结果和日常生活经验,我们很好理解,当温度升高,物体向外辐射电磁波(热辐射),温度越高,向外辐射的电磁波的强度越大。

1、Wien公式:从热力学出发加上一些特殊的假设,可以得到一个分布公式:


2、Rayleigh-Jeans公式:






  Wien的结果在高频短波的区域和测量值拟合得很好,但是在低频常波的区域缺差异很大。而Rayleigh-jeans在长波长吻合的比较好,但是随着频率的升高、辐射的强度会变得无限大,这显然不合理,这种结果被我们称之为“紫外灾难”。

提出假设

  1900年10月,Planck将Wien的公式加以改良,又将Boltzmann'sEntropicEquation:(1877)引进了比例系数k,将关系式化为等式写成

  最终是Planck解决的黑体辐射问题,他做了两个假设:

1、普朗克将黑体看作大量谐振子,每个谐振子会放出和吸收电磁波,原子的性质和谐振子一样,以给定的频率震荡。

2、黑体每个谐振子具有的能量是不连续的,且只能放出和吸收的能量是不连续的(某一能量值的整数倍)。

其中h为普朗克常数,

通过上述假设,普朗克推出了公式符和黑体辐射曲线。





黑体辐射实验说明了任何物体,只要其温度在绝对零度以上。就会向周围发射辐射,这称为温度辐射,只要其温度在绝对0度以上,也要从外界吸收辐射的能量。

第2课_黑体辐射和光电效应



黑体辐射实验观测到哪些实验现象?~

任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领.辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有一定的谱分布.这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关,因而被称之为热辐射.为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律,物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body),以此作为热辐射研究的标准物体. 所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收,既没有反射,也没有透射( 当然黑体仍然要向外辐射).黑洞也许就是理想的黑体.基尔霍夫辐射定律(Kirchhoff),在热平衡状态的物体所辐射的能量与吸收的能量之比与物体本身物性无关,只与波长和温度有关.按照基尔霍夫辐射定律,在一定温度下,黑体必然是辐射本领最大的物体,可叫作完全辐射体.

困难:普朗克之前,很多人企图用经典物理学知识说明当黑体辐射与吸收能量相平衡时辐射能量密度与波长间的函数公式,Wien从热力学出发得到的维恩公式只在短波范围与实验数据符合,长波不符,Rayleigh和Jeans由经典电动力学和统计物理出发得到的瑞利-金斯公式在长波范围符合,短波不符。
普朗克引入能量量子论,认为黑体以能量子hv为单位不连续发射和吸收辐射能量,对能量密度ρ在全频范围积分得到总能量密度,与实验结果符合。

黑体所发射的辐射能力与什么有关?
答:这一做法使得热辐射的实验研究又大大地推进了一步。1896年,维恩根据热力学的普遍原理和一些特殊的假设提出一个黑体辐射能量按频率分布的公式,后来人们称它为维恩辐射定律。同一时期,柏林大学的理论物理学家普朗克也加入了热辐射研究的行列。他用热力学方法研究黑体辐射理论。1899年,他得到了一个和维恩...

辐射与温度的综合实验目的
答:辐射与温度的综合实验目的了解辐射与温度的关系。但是温度与辐射没有太大关系,辐射与辐射温度有一定的关系。辐射温度是指为使理想的黑体具有与给定的热辐射源同样的辐射功率所必须加热到的温度。根据发光面的辐射出射度,估计其实际温度的物理量,等于有同样辐射出射度的黑体的温度。炽热物体,尤其是遥远...

经典物理在黑体辐射问题上遇到什么困难,又是如何解决?
答:解决:1900年10月,马克斯·普朗克将维恩定律加以改良,又将玻尔兹曼熵公式重新诠释,得出了一个与实验数据完全吻合普朗克公式来描述黑体辐射。理想黑体可以吸收所有照射到它表面的电磁辐射,并将这些辐射转化为热辐射,其光谱特征仅与该黑体的温度有关,与黑体的材质无关。但是在诠释普朗克公式时,通过将物体...

八个症状证明你被辐射
答:实验数据显示,被测手机黑屏时辐射值在10μW/cm2上下浮动,按亮时在100μW/cm2左右,拨打时辐射值在200—300μW/cm2。虽然还没有证据能够证明手机会威胁健康,但国家对手机辐射峰值已做出相关规定。正规厂家生产的手机都是经国家检测合格的产品,辐射量在标准范围内。而一些山寨手机,由于未经国家测试,往往辐射超标,成...

什么是黑体辐射?黑体辐射有什么特点?
答:理论上黑体会放射频谱上所有波长之电磁波。维恩位移定律是描述黑体电磁辐射能流密度的峰值波长与自身温度关系的定律。任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的性质。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关,因而被称之为热辐射。为了研究...

什么是黑体辐射?黑体辐射有什么特点?
答:并将这些辐射转化为热辐射,其光谱特征仅与该黑体的温度有关,与黑体的材质无关。根据基尔霍夫辐射定律,在热平衡状态的物体所辐射的能量与吸收率之比与物体本身物性无关,只与波长和温度有关。按照基尔霍夫辐射定律,在一定温度下,黑体必然是辐射本领最大的物体,可叫作完全辐射体。

辐射很可怕,那辐射对人体都有哪些危害呢?
答:奥克洛发现的一个迷人的理论是,来自天然核反应堆的辐射可能给地球带来了生命。核反应堆释放的电离辐射会破坏DNA并导致基因突变。任何离奥克洛足够近的有机体都可以接受辐射,但是足够远的地方可以存活下来,它的基因密码可能会发生突变,最终发展成其他物种。7、人体辐射实验 1955年至1960年间,1100名儿童...

19世纪末物理学的两朵乌云是什么?
答:在19世纪末期,物理学家认为现有的经典物理学已经完全可以解决所有的物理现象,而只有两个物理现象无法进行解释,认为解决了这两个物理问题后,物理学将走到尽头。所以认为这两个问题,就是漂浮在天空中的两朵乌云,解决了这两朵乌云,物理的天空就再无遮拦和秘密。1、 第一朵乌云——迈克耳逊-莫雷实验...

促使量子论产生的几个重大物理实验是什么?
答:固体的比热问题解决后,经典理论和实验之间的另一尖锐矛盾发生在原子结构上.卢瑟福依据α粒子散射实验提出了原子有核模型.可是,当时人们从他的原子模型出发,用经典理论解释一些现象时,却得到了与实验相反的结论.根据经典的电磁理论,电子绕核做曲线运动时必然有加速度,那么就应辐射电磁波,其频率等于...

经典物理在黑体辐射问题上遇到什么困难,又是如何解决
答:用于计算黑体辐射强度的瑞利-金斯定律在辐射频率趋向于无穷大时计算结果和实验数据无法吻合,即紫外灾难。解决的途径是能量的量子化的提出,M.普朗克在量子论基础上建立了关于黑体辐射的正确公式。