黑體輻射

2021-01-21 萌哥物理

你知道如何測量太陽溫度嗎



【式中𝜎稱為玻爾茲曼常數 (Boltzmann constant),常數在數理化中就是一個固定的數值。】





而黑體輻射同樣適用於人體,假設體溫是37度的話人體的能量就會以紅外線的形式散射出體表。紅外線不在可見光的範疇,所以人們看到不到,但是人體熱像儀,測溫儀就可以檢測到。


所以做個練習題:上圖的光要發燒到多少度才能實現?




回到黑體的問題上,上文說了太陽可以近似看作是一個黑體,只是讓大家對黑體有個印象。在熱力學中,黑體是一個理想化的物體。



它被假想出一個特性:能夠吸收外來的全部電磁輻射,並且不會有任何的反射與透射


既然黑體是熱力學的理論基礎,人們當然想知道它的能量密度是怎樣的。但是基於這是個想像的物體,現實中找不到實驗對象,怎麼能得到數據呢。



人們就想到做一個金屬球往裡面打電磁波。金屬能夠隔絕電磁波就相當於黑體吸收了電磁波。


於是人們就往這個金屬球打不同波長的電磁波來研究黑體的能量密度。於是經過實驗測量描繪出這樣一條曲線:






於是今天的主角上場了。



馬克斯·普朗克(德語:Max Planck),1858年4月23日-1947年10月4日,德國物理學家,量子力學的創始人。以發現能量量子獲得1918年度的諾貝爾物理學獎。


不是在講黑體和黑體輻射嗎?為什麼是量子力學創始人?


別急,繼續講故事,普朗克合了以上兩人的公式,結果還真發現了公式,完美地描述測量結果。過程省略1萬字,公式如下:



看到公式第一眼的感覺:這是什麼鬼?


(E𝜈是能量,n取整數,k是玻爾茲曼常數,C2是維恩係數)


這個公式有個很驚人的地方,就是n這個整數。就好比你買東西,一份的價格是10塊錢,兩份的價格是20塊。難道能量也能一份一份地算?那 n=1 時的能量豈不是最小的能量單位?


不久後的1900年12月14日,普朗克使用了玻爾茲曼的統計力學,熱力學第二定律的觀點提出了能量量子化的假說:

(其中E是能量,𝜈是頻率,並引入了一個重要的物理常數h——普朗克常數.)



光電現象由德國物理學家赫茲於1887年發現,對的,就是你知道的那個頻率單位Hz的赫茲。


就這樣,普朗克在解釋黑體輻射時不小心敲開了量子力學的大門,而愛因斯坦順帶著解釋了光電效應的問題獲得了1921年諾貝爾獎。皆大歡喜!

這個諾貝爾獎很有意思,我來八卦一下(愛因斯坦喜歡上了他的表姐,就想和他的妻子離婚,但是愛因斯坦感覺心裡過意不去,就給了他妻子很多財產,還有一個承諾,說:我的諾貝爾獎獎金也全部給你。這是多麼胸有成豬呀,我猜測他妻子只是呵呵一笑,不過幾年後他前妻收到了這筆獎金!!牛逼的人生不需要解釋)

點讚啦、關注啦、在看啦

相關焦點

  • 色溫與黑體輻射
    色溫的定義是,當光源發射的光的顏色與某一溫度下的黑體所輻射的光的顏色一致時,把此時黑體的溫度表示為該光源的顏色溫度,即色溫。色溫的單位用開爾文溫度K表示。通常,我們會說某個燈、電腦或手機屏幕的顏色偏暖或偏冷,其實就是在說色溫。色溫較低時(<5000K),光源的顏色偏暖;色溫較高(>6000K)時,光源的顏色偏冷。中性光(~5500K)就是說顏色接近自然光。
  • 【知識點】黑體和黑體輻射
    ①物體在任何溫度下都會輻射能量。②物體既會輻射能量,也會吸收能量。物體在某個頻率範圍內發射電磁波能力越大,則它吸收該頻率範圍內電磁波能力越大。輻射和吸收的能量恰相等時稱為熱平衡。此時溫度恆定不變。實驗表明:物理輻射能多少決定於物體的溫度(T)、輻射的波長、時間的長短和發射的面積。2、黑體物體具有向四周輻射能量的本領,又有吸收外界輻射來的能量的本領。黑體是指在任何溫度下,全部吸收任何波長的輻射的物體。
  • 什麼是黑體輻射?
    ② 黑體輻射的能量密度與頻率有關。如圖1.11 所示。能量密度許多科學家的辛苦努力成果表明,以連續波為基礎的經典物理理論不能解釋圖1.11 所給出的實驗曲線。為了解釋這個實驗曲線,德國物理學家普朗克(M. K. E. L.
  • 高中物理 | 黑體和黑體輻射 能量量子化
    一、黑體和黑體輻射1、熱輻射定義:物體在任何溫度下,都會發射電磁波,溫度不同,所發射的電磁波的頻率、強度也不同,物理學中把這種現象叫做熱輻射
  • 普朗克黑體輻射公式
    打開APP 普朗克黑體輻射公式 發表於 2017-11-02 09:48:11   黑體輻射現象是指當黑體(空腔)與內部輻射處於平衡時
  • 普朗克黑體輻射理論
    理想黑體可以吸收所有照射到它表面的電磁輻射,並將這些輻射轉化為熱輻射,其光譜特徵僅與該黑體的溫度有關,與黑體的材質無關。
  • 黑體輻射研究歷史
    理想黑體可以吸收所有照射到它表面的電磁輻射,並將這些輻射轉化為熱輻射,其光譜特徵僅與該黑體的溫度有關,與黑體的材質無關。
  • 黑體輻射和能量量子化
    黑體是一種能全部吸收照射到它上面的各種波長輻射的物體。帶有一微孔的空心金屬球,非常接近於黑體,進入金屬球小孔的輻射,經過多次吸收、反射、使射入的輻射實際上全部被吸收。當空腔受熱時,空腔壁會發出輻射,極小部分通過小孔逸出。
  • 「黑體輻射」說圖解字
    眾所周知,量子力學始於普朗克對黑體輻射規律的研究,那麼,什麼是黑體輻射,怎樣理解黑體輻射的規律?讓我們一起閱讀課本,了解前人的研究歷程,感受科學方法的魅力!      細心閱讀這段課文,我們收穫3個方面的信息:       1.熱輻射:一切物體都在輻射電磁波,這種輻射與物體的溫度有關,所以叫做熱輻射。
  • 黑體輻射原理的發現
    黑體輻射原理的發現「普朗克是一位保守的物理學家」,人們常常這樣評價。這樣一個保守的物理學家,是20世紀傑出的自然學者之一,如果以重要性而論的話,繼伽利略與牛頓、愛因斯坦之後,開啟物理學新時代的正是普朗克。
  • 量子力學筆記1---黑體輻射
    1.1  黑體輻射黑體:一個能全部吸收投射在它上面的輻射而無反射的物體。
  • 黑體輻射提高太陽能電池效率
    導讀: 黑體是一種理想化的材料,可以吸收照到它上面的所有輻射,在發出輻射時,材料在不同的溫度會形成不同的極限,超材料作為一個特殊類型,報導很多,它們能表現出負折射率(negative refraction index),因為這一特點,它們可以使光線彎曲,繞過一個空間或物體。
  • 普朗克的黑體輻射公式是怎麼得出的?
    本文亮點:對黑體和黑體輻射理論闡述更嚴謹,可對教材疑難點做相對權威的補充說明。1問題的提出高中物理教科書(以人教版為例)在講授「能量量子化"內容時,首先指出「我們周圍的一切物體都在輻射電磁波,這種輻射與物體溫度有關,所以叫熱輻射。"基於日常生活經驗,這是學生可以接受的。
  • 黑體輻射的經典理論
    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。
  • 紅外測溫和黑體輻射定律
    19世紀末,人們認識到熱輻射和光輻射都是電磁波。並且已知,自然界中一切高於絕對零度(-273℃)的物體都在不停向外輻射能量。那麼輻射能量在不同頻率範圍中如何分布?1859年德國物理學家基爾霍夫提出基爾霍夫熱輻射定律,用於描述物體的發射率與吸收比之間的關係,是一個取決于波長和溫度的函數。
  • 量子力學的起源1:黑體輻射公式的發現
    第一節:黑體輻射公式的發現我們將從黑體輻射開始,所謂黑體是這樣一種物質,它能夠完全吸收照射在上面的電磁輻射,並不會發生透射或者反射。在外部輻射的照射下,黑體的溫度開始升高,到達熱平衡狀態時黑體所發出的電磁波的能量將與入射的能量在相同的時間裡保持一致。
  • GTRH-2 黑體紅外輻射實驗儀的應用
    GTRH-2黑體紅外輻射實驗儀 可開設的實驗 1、物體表面特性對輻射量的影響; 2、 黑體輻射量和距離以及距離平方的關係; 3、 隨著輻射強度的變化黑體輻射實驗是量子論得以建立的關鍵性實驗之一,也是高校實驗教學中一重要實驗。物體由於具有溫度而向外輻射電磁波的現象成為熱輻射,熱輻射的光譜是連續譜,波長覆蓋範圍理論上可從0到∞,而一般的熱輻射主要靠波長較長的可見光和紅外線。物體在向外輻射的同時,還將吸收從其他物體輻射的能量,且物體輻射或吸收的能量與它的溫度、表面積、黑度等因素有關。
  • 微波背景輻射、黑體和各向異性
    微波背景輻射被認為是大爆炸的「餘燼」,均勻地分布於整個宇宙空間。  大爆炸之後的宇宙溫度高得驚人,大爆炸之後30多萬年,宇宙溫度降到足夠低,使得電子和光子等可以結合而形成原子等物質。宇宙也由此走出晦暗的迷霧狀態而變得透明,使光可以穿透。宇宙微波背景輻射正是在此期間產生的。
  • 從普朗克黑體輻射定律到真正的黑
    關鍵詞:色彩學;黑體輻射;維恩Wien定律;瑞利-金斯Rayleigh-Jeans公式;量子力學;普朗克黑體輻射公式。引言本文的目的在於為物理學專業學生普及色彩學知識及建立色彩學與自己知識體系的聯繫;為非專業學生提供一些量子力學歷史故事和基本色彩原理。
  • 理論|雷射物理基礎:黑體輻射的普朗克公式
    能夠完全吸收任何波長的電磁輻射的物體稱為絕對黑體, 簡稱黑體。