黑体辐射

黑体辐射_4分词条
摘要:

所谓黑体辐射其实就是当地的状态光和物质达到平衡所表现出的现象:物质达到平衡,所以可以用一个温度来描述物质的状态,而光和物质的交互作用很强,而如此光和光之间也可以用一个温度来描述(光和光之间本身不会有交互作用,但光和物质的交互作用很强)。

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黑体辐射 简介

       
黑体受热以电磁波的形式向外辐射能量,是一种理想物体的热辐射(见热传递)。

所谓黑体是指能够全部吸收入射的任何频率的电磁波的理想物体,实际上黑体是不存在的。但可以用某种装置近似地代替黑体。如图所示是一个带有小孔的空腔,并且小孔对于空腔足够小,不会妨碍空腔内的平衡。通过小孔射入空腔的所有频率的电磁波经腔内壁多次反射后,几乎全部被吸收,再从小孔射出的电磁波极少。所以,可以将空腔上的小孔近似地看成黑体。
黑体辐射黑体辐射
  

在温度T下,空腔壁也跟其他固体一样,不断辐射电磁波,腔内形成一辐射场,经过一定时间,腔内的辐射场与腔壁达到了热平衡。这时平衡辐射的性质只依赖于温度,与腔壁的其他性质无关。由于小孔是腔上的一部分,也处于同样的温度,因此,小孔的辐射性质就代表了空腔内的辐射性质。

可以证明,黑体单位表面积单位时间发出的总辐射能量,即辐射通量密度(又称辐射出射度)M,与辐射场总能量密度ω之间的关系

黑体辐射

式中с为光速ω(T)只依赖于温度。

统计物理学中,把空腔内的辐射场看作光子气体,光子是玻色子,根据玻色分布可以导出处于平衡的黑体辐射场能量密度按频率的分布即普朗克公式。也可求得描述黑体辐射场的总能量与热力学温度间关系的斯忒藩-玻耳兹曼定律,和黑体辐射的物态方程

黑体辐射

式中p 是辐射压力。上述由统计物理得到的关于黑体辐射的公式和定律与实验结果完全符合。

黑体辐射 什么是黑体

       

黑体又称为绝对黑体,它能够吸收外来的全部电磁辐射,并且不会有任何的反射透射。换句话说,黑体对于任何波长的电磁波的吸收系数为1,透射系数为0。但黑体不见得就是黑色的,即使它没办法反射任何的电磁波,它也可以放出电磁波来,而这些电磁波的波长和能量则全取决于黑体的温度,不因其他因素而改变。当然,黑体在700K以下时看起来是黑色的,但那也只是因为在700K之下的黑体所放出来的幅射能量很小且幅射波长在可见光范围之外罢了!若黑体的温度高过上述的温度的话,黑体则不会再是黑色的了,它会开始变成红色,并且随著温度的升高,而分别有橘色、黄色、白色等颜色出现。

黑体一词是在1862年由柯西荷夫所命名并引入热力学内,黑体所幅射出来的光线则称做黑体幅射。

黑体辐射 配图

       
黑体辐射地球的黑体辐射





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