黑體輻射的經典理論

2021-02-08 同濟量子力學

量子理論認為物質和能量都具有粒子和波的性質,它起源於對發射輻射的熱物體的開創性研究。在1900年量子化了黑體輻射的能量與波長的函數關係——提出黑體輻射定律。1900年10月19日和12月14日普朗克發表能量量子化假說,從而帶來了全新的量子力學。

所以要明白普朗克的工作,我們就要從熱輻射研究談起,這是熱學發展過程中的重要研究內容。熱學的發展有兩條主線:熱力學和分子動理論。熱力學是宏觀描述,主要著重變化過程刻畫;分子動理論是粒子描述,重點在狀態刻畫。平衡態是系統的內能不變,所以獲得多少熱或功就要釋放出來多少,這是一個瞬時過程嗎?狀態能不能用這樣的過程描述?帶著疑問來看看熱輻射的理論建立吧。

1847年亥姆霍茲「假如系統中某處有一定能量消失,那麼在系統的另一處一定有等價的能量出現」——能量守恆定律!

1850年,德國克勞修斯發表文章,「能量守恆定律是熱力學第一定律」同時,他說還有熱力學第二定律:因為在系統的熱力學過程中總存在著一部分無用的熱,或者總能的某個部分是虛有其表(不能轉化為功的部分)的。一個孤立系統的熵總是在增加,直到系統達到熱平衡(即系統中各物體溫度相等)為止,這時系統的熵達到最大值。麥克斯韋:堅持原子論,1859年建立了氣體的分子運動論:氣體是由大量無規運動的分子組成的,它們相互碰撞,並以容器壁為界。加熱使分子運動更快,碰撞更頻繁。

是丁鐸爾第一個用空腔來做黑體的,他出生於愛爾蘭的英國物理學家,科學成就卓著,在氣象學、氣候科學、磁學、聲學、細菌學等領域均有建樹。比如,是他最早解釋了天空為什麼是藍色的。通過研究熱傳輸,他發現地球的大氣有保溫作用,即我們今天所說的溫室效應。在冰川熱傳導、物質結構等多方面他都有令人印象深刻的成果。此外,他在科學傳播方面也有重大貢獻,還是當時有名的雄辯家。


沒有蘭利的儀器,就不會有熱輻射的精確測量,所以儀器製造也很重要!

是盧默爾指出維恩公式的缺陷的,雖然他們是好朋友。

瑞利封爵,皇家科學家典範,瑞利散射是早晚天空和中午天空顏色不一樣的物理機制。

下面一講就是大咖普朗克隆重出場,大咖出場,宇宙亮堂!敬請等待。

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