什么是黑體?
發(fā)布時(shí)間:2021-03-05
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在任何條件下,對(duì)任何波長(zhǎng)的外來(lái)輻射完全吸收而無(wú)任何反射的物體,即吸收比為1的物體。
在黑體輻射中,隨著溫度不同,光的顏色各不相同,黑體呈現(xiàn)由紅——橙紅——黃——黃白——白——藍(lán)白的漸變過(guò)程。某個(gè)光源所發(fā)射的光的顏色,看起來(lái)與黑體在某一個(gè)溫度下所發(fā)射的光顏色相同時(shí),黑體的這個(gè)溫度稱為該光源的
色溫。“黑體”的溫度越高,光譜中藍(lán)色的成份則越多,而紅色的成份則越少。例如,
白熾燈的光色是暖白色,其色溫表示為
,而
日光色熒光燈的色溫表示則是
。
理想黑體可以吸收所有照射到它表面的電磁輻射,并將這些輻射轉(zhuǎn)化為熱輻射,其光譜特征僅與該黑體的溫度有關(guān),與黑體的材質(zhì)無(wú)關(guān)。從經(jīng)典物理學(xué)出發(fā)推導(dǎo)出的維恩定律在低頻區(qū)域與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不相符,而在高頻區(qū)域,從經(jīng)典物理學(xué)的能量均分定理推導(dǎo)出瑞利-金斯定律又與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不相符,在輻射頻率趨向無(wú)窮大時(shí),能量也會(huì)變得無(wú)窮大,這種結(jié)果被稱作為“紫外災(zāi)變”。1900年10月,馬克斯·普朗克將維恩定律加以改良,又將玻爾茲曼熵公式重新詮釋,得出了一個(gè)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全吻合的普朗克公式來(lái)描述黑體輻射。但是在詮釋這個(gè)公式時(shí),通過(guò)將物體中的原子看作微小的量子諧振子,他不得不假設(shè)這些量子諧振子的總能量不是連續(xù)的,即總能量只能是離散的數(shù)值(經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn)恰好相反)。
后來(lái),普朗克進(jìn)一步假設(shè)單獨(dú)量子諧振子吸收和放射的輻射能是量子化的。
黑體輻射所謂黑體是指入射的
電磁波全部被吸收,既沒(méi)有反射,也沒(méi)有
透射( 當(dāng)然黑體仍然要向外輻射)。
基爾霍夫輻射定律(Kirchhoff),在
熱平衡狀態(tài)的物體所輻射的能量與吸收率之比與物體本身物理性質(zhì)無(wú)關(guān),只與波長(zhǎng)和溫度有關(guān)。按照基爾霍夫輻射定律,在一定溫度下,黑體必然是輻射本領(lǐng)最大的物體,可叫作完全輻射體。
黑體輻射是指由理想放射物放射出來(lái)的輻射,在特定溫度及特定波長(zhǎng)放射最大量之輻射。同時(shí),
黑體是可以吸收所有入射輻射的物體,不會(huì)反射任何輻射,但黑體未必是黑色的,例如太陽(yáng)為氣體星球,可以認(rèn)為射向太陽(yáng)的電磁輻射很難被反射回來(lái),所以認(rèn)為太陽(yáng)是一個(gè)黑體(絕對(duì)黑體是不存在的)。理論上黑體會(huì)放射頻譜上所有波長(zhǎng)的電磁波。
維恩位移定律是描述黑體電磁輻射
能流密度的峰值波長(zhǎng)與自身溫度關(guān)系的定律。