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    什么是黑體輻射

    2017/7/17 10:40:04

    拿一塊任何材料的小物體,放入腔內(nèi),不與腔壁接觸。不久,這塊物體就被加熱到與腔壁相同的溫度,即與腔壁達到熱平衡。這時,小物體表面所發(fā)出的輻射,在頻率和強度等方面,都必定與它所吸收的輻射相等。設(shè)物體表面所接受的輻照度為E(瓦/米2),物體對輻射的吸收比(吸收功率與入射功率之比)為α,它的輻射出射度為M(瓦/米2),則對任一部分表面,熱平衡條件為

    M=αE (10)

    上式表明,一個物體對輻射的吸收比越大,它的輻射出射度也就越大,即吸收越強的物體發(fā)射輻射也越強。這就是基爾霍夫定律。

    當(dāng)α=1時,輻射出射度就達到最大。具有這種特性的物體稱為黑體。它所發(fā)射的輻射稱為黑體輻射。右上角加肩標(biāo)"bb"表示黑體輻射的量。

    當(dāng)α=1時,腔內(nèi)物體所受到的輻照度就是

    E=Mbb (11)

    換句話說,熱平衡空腔內(nèi)的輻射就是黑體輻射。因而任意物體的輻射出射度就是

    M=αMbb (12)

    它總是小于黑體的輻射出射度。

    黑體并不難得,如在上述空腔壁上開一個很小的孔,孔的面積遠遠小于腔壁的面積,則從小孔發(fā)射出來的輻射能很小,不足以影響腔內(nèi)的熱平衡。從外面射入小孔的輻射,經(jīng)腔壁多次反射,總是全部被吸收掉,不再從小孔反射出來,因而吸收比等于1。帶有小孔的空腔就是黑體,從小孔發(fā)射出來的輻射就是黑體輻射。

    黑體輻射是19世紀(jì)末葉研究得最多的物理學(xué)問題之一。對空腔發(fā)射出來的輻射進行了很多測量,證明黑體輻射屬于朗伯型,它的輻射功率按波長或頻率的分布是穩(wěn)定的,僅與腔壁溫度有關(guān),與制造腔體的材料無關(guān)。圖2為黑體在幾個溫度下,輻射出射度按波長的分布曲線。每個溫度的分布曲線上都出現(xiàn)一個峰值,峰值所在的波長λm 隨溫度升高而向短波移動。

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