發現新輻射公式
(論文版)
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本研究成果《發現新(黑體)輻射公式》和《邏輯物理學》選在2020年10月1日全球發布,是作為慶祝中華人民共和國國建國71周年的獻禮。它吹響了新物理學的衝峰號!並開啟了邏輯物理學的新紀元。
摘要
1900年12月普朗克發表的二常數黑體輻射能量密度頻譜公式:
,該公式在量子物理學中具有奠基性的地位,也是目前唯一的實用的黑體輻射公式;普朗克的二常數黑體輻射公式也是愛因斯提出的光量子觀點的理論基礎;但該公式複雜且計算麻煩,尤其公式體現的物理意義不明確且較難理解,這些問題對黑體輻射進一步的研究是很不利的,但100多年了這些問題仍未解決。
在深入研究和分析了輻射公式
並以此為基礎,又以維恩位移定律為根據,再結合本研究提出的在溫度平衡時的輻射元運動模型的本徵頻率、本徵波長和本徵速度、推導出了簡化的黑體輻射公式:
本研究新發現的新輻射公式解決了普朗克輻射公式的不足,並定義了各公式的物理意義。
所提出的三個新公式均可完全代替普朗克輻射公式。
本研究進一步推導出當系統溫度平衡時的黑體輻射能量峰值計算公式為:
還分別以4種頻率的光子和遠紅外、遠紫外共6種輻射元頻率作樣品,將普朗克公式和所述新公式進行對照檢驗,驗證了新輻射公式與原公式的峰值能量計算結果是完全一致的。
又提出本徵運動參數的新概念,開創了輻射研究的新思路、為揭示輻射的機理帶來新機會。
關鍵詞
黑體輻射;普朗克公式;維恩位移公式。
1.引言
1893年,德國著名物理學家維恩(Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien,1864年1月13日-1928年8月30日)提出輻射波長隨溫度改變的定律,後來被稱為維恩位移定律。1896維恩研究了黑體輻射能量按波長的分布問題。他從熱力學理論出發,在分析了實驗數據之後,得到了一個半經驗的公式即維恩公式
。其中,為在波長處單位波長間隔的輻射能量;和是兩個經驗常數,通過符合實驗曲線來確定;為平衡時的溫度。
維恩2常數黑體輻射公式:
1900年10月下旬,德國著名物理學家普朗克(Max Planck,1858年4月23日-1947年10月4日)在《德國物理學會通報》上發表題目是《論維恩光譜方程的完善》的論文,提出了改進後的普朗克二常數黑體輻射公式:
1900年12月普朗克發表的二常數黑體輻射能量密度頻譜公式:
,該公式在量子物理學中具有奠基性的地位,也是目前唯一的實用的黑體輻射公式;普朗克的二常數黑體輻射公式也是愛因斯提出的光量子觀點的理論基礎;但該公式複雜且計算麻煩,尤其公式體現的物理意義不明確且較難理解,這些問題對黑體輻射進一步的研究是很不利的,但100多年了這些問題仍未解決。
如果能夠解決普朗克二常數黑體輻射公式存在的不足,將是物理學的一個重要進步。
2. 目的
本研究的目的,就是試圖解決普朗克二常數輻射公式存在的不足。
圖解:普朗克定律描述的黑體輻射在不同溫度下的頻譜
3. 預備
作為原理性研究、計算中最多只保留10位的有效值。
經本研究的全面分析考慮,原來關於物體輻射的概念需要修改。
3.1. 輻射概念
我們知到一般物體由中子、電子、光子、中微子等組成,物體的輻射只與溫度有關,而與物體的材質無關;況且從概念上講任何物體的材質都在一定程度上反射輻射,自然界並不存在完全吸收輻射的黑體,所以黑體輻射就象無本之物;由於本研究是探索物體輻射的原因,所以本研究只稱輻射公式而不再稱為黑體輻射公式。
本研究通過對維恩頻率位移公式和維恩波長位移公式以及普朗克輻射公式等深入的研究分析後認為:輻射即為發射輻射元,且輻射元攜帶能量。
3.2. 輻射定義
符合維恩頻率位移公式和維恩波長位移公式的輻射元發射稱為熱輻射,簡稱為輻射。
3.3. 輻射公式修正
由於斯特潘(斯洛維尼亞物理學家約瑟夫·斯特藩Jožef Stefan)公式可用於計算太陽常數,現代技術已對此進行了實測證實為1367W/m2;為了與斯特潘公式的數值匹配,修正後的輻射功率公式:
4. 公式的推導
4.1. 已知
4.2. 輻射元運動模型和三個參數的設定:
4.2.1. 本徵頻率
4.2.2. 本徵波長
4.2.3. 本徵速度
4.3.計算本徵速度
4.4.代入運動參數
4.4. 代入運動參數
5. 公式說明
6. 公式的驗證
為了驗證新公式是否正確,下面分別用4種頻率的光子和超遠紅外、超遠紫外共6個輻射元頻率的樣品分別使用式2、11、12、13、14、15、16進行多點計算檢驗。
6.1.樣品1
(以下計算同上、從略,詳見附一、詳細驗算)
6.2.樣品2
6.3.樣品3
6.4.樣品4
6.5.樣品5
6.6.樣品6
7. 驗算分析
六個公式計算結果的比較:
在計算輻射峰值能量時,同一輻射元頻率樣品在七個公式即式2、式11、式12、式13、式14、式15結果中對於(的值是一樣的,驗證了六個新公式的簡化是正確的。
8. 結論
本研究提出的公式11、13、15與輻射公式2一樣適合各種溫度時的黑體輻射的各種頻率或波長的能量計算。
本研究提出的公式12、14、16與輻射公式2的峰值能量計算結果一致,驗證了公式12、14、16適合於溫度平衡時的峰值能量計算;此時已為單常數輻射公式。
新公式解決了普朗克公式存在的峰值能量計算複雜和理解困難的不足,並定義了公式的物理意義。
所提出的三個新公式均可完全代替修正後的輻射公式2。
已成為一個含有新意義的輻射峰公式!
本研究提出本徵運動參數的新概念,由此開創了輻射研究的新思路、為揭示輻射的原理帶來新機會。
鑑於現代電子測量技術水平能高精度測定信號頻率,通過高精度測定輻射元峰值能量頻率來確定溫度是合理、合適的。
溫度的新定義:在熱平衡時溫度是輻射元的本徵頻率與5.88的比值;或在熱平衡時溫度為輻射元本徵頻率的5.88分之一。
後續研究方向(歡迎有志人士和機構加入探索研究,後續研究計劃年三完成)
感言
之所以在輻射研究中有所突破,恰恰是有了維恩先生和普朗克先生二位科學先賢在輻射方面重大的研究成果,才觸發了本研究人對輻射探索的興趣和突破的靈感。建議和希望將維恩頻率係數和維恩係數分別記為、,以表示對維恩先生的特別紀念。
《發現新輻射公式》是報告人自發進行的又一個科學研究項目,期望本報告能激起有志人士參與後續科學探索研究的興趣,還歡迎對「中國締造、世界繁榮」基金的捐助,謝謝。
資助鳴謝
本《發現新(黑體)輻射公式》研究獲得「中國締造、世界繁榮」基金的特別資助。
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參考文獻
[1] 阿克木哈孜;關於維恩位移定律中的常數b的計算;2010新疆伊利師範學院學報9(3): 31-33
[2] 向梅,李梓兮,馬曉棟;維恩位移定律的剖析;2015新疆師範大學學報35(3): 44-47
[3] 黑體輻射:
https://baike.baidu.com/item/%E9%BB%91%E4%BD%93%E8%BE%90%E5%B0%84/516583?fr=aladdin
[4] 維恩位移定律:
https://baike.baidu.com/item/%E7%BB%B4%E6%81%A9%E4%BD%8D%E7%A7%BB%E5%AE%9A%E5%BE%8B/4234590?fr=aladdin
[5] 普朗克公式:
https://baike.baidu.com/item/%E6%99%AE%E6%9C%97%E5%85%8B%E5%85%AC%E5%BC%8F/5827437?fr=aladdin
Discovery of new radiationformula
(paper version)
Han Guangzhong Foshan 528000email: 211481551@qq.com
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The results of this research,"discovery of new (blackbody) radiation formula" and "logicalphysics" were released globally on October 1, 2020, as a tribute tocelebrate the 71st anniversary of the founding of the people's Republic of China.It sounded the new physics of the peak! And opened a new era of logicalphysics.
abstract
In December 1900, Planckpublished the spectrum formula of two constant blackbody radiation energydensity:
This formula has a foundational position in quantum physics, and it isalso the only practical blackbody radiation formula at present; Planck's twoconstant blackbody radiation formula is also the theoretical basis ofEinstein's point of view on photons; however, the formula is complex anddifficult to calculate, especially the physical meaning of the formula is notclear and difficult to understand. These problems further study the blackbodyradiation It is very unfavorable, but these problems have not been solved formore than 100 years.
In this paper, the radiation formula
is deeply studied and analyzed.Based on this, and based on Wien's displacement law, combined with theeigenfrequency F of the radiation element motion model in the temperature equilibriumproposed in this study_ h. Intrinsic wavelength λ_ H and intrinsic velocity v_h. The simplified formula of blackbody radiation is derived
Thenew radiation formula found in this study solves the deficiency of Planck'sradiation formula, and defines the physical meaning of each formula.
Thethree new formulas can completely replace Planck's radiation formula.
In this study, the formula forcalculating the peak value of blackbody radiation energy when the systemtemperature T is in equilibrium is derived
Inaddition, four frequencies of photons and six kinds of far-infrared andfar-ultraviolet radiation element frequencies are taken as samples, and thePlanck formula is compared with the new formula. It is verified that the peakenergy calculation results of the new radiation formula and the originalformula are completely consistent.
A new concept of intrinsicmotion parameters is proposed, which opens up a new idea of radiation researchand brings new opportunities to reveal the mechanism of radiation.