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    什么是黑体辐射

    2017/7/17 10:40:04

    拿一块任何材料的小物体,放入腔内,不与腔壁接触。不久,这块物体就被加热到与腔壁相同的温度,即与腔壁达到热平衡。这时,小物体表面所发出的辐射,在频率和强度等方面,都必定与它所吸收的辐射相等。设物体表面所接受的辐照度为E(瓦/米2),物体对辐射的吸收比(吸收功率与入射功率之比)为α,它的辐射出射度为M(瓦/米2),则对任一部分表面,热平衡条件为

    M=αE (10)

    上式表明,一个物体对辐射的吸收比越大,它的辐射出射度也就越大,即吸收越强的物体发射辐射也越强。这就是基尔霍夫定律。

    当α=1时,辐射出射度就达到最大。具有这种特性的物体称为黑体。它所发射的辐射称为黑体辐射。右上角加肩标"bb"表示黑体辐射的量。

    当α=1时,腔内物体所受到的辐照度就是

    E=Mbb (11)

    换句话说,热平衡空腔内的辐射就是黑体辐射。因而任意物体的辐射出射度就是

    M=αMbb (12)

    它总是小于黑体的辐射出射度。

    黑体并不难得,如在上述空腔壁上开一个很小的孔,孔的面积远远小于腔壁的面积,则从小孔发射出来的辐射能很小,不足以影响腔内的热平衡。从外面射入小孔的辐射,经腔壁多次反射,总是全部被吸收掉,不再从小孔反射出来,因而吸收比等于1。带有小孔的空腔就是黑体,从小孔发射出来的辐射就是黑体辐射。

    黑体辐射是19世纪末叶研究得最多的物理学问题之一。对空腔发射出来的辐射进行了很多测量,证明黑体辐射属于朗伯型,它的辐射功率按波长或频率的分布是稳定的,仅与腔壁温度有关,与制造腔体的材料无关。图2为黑体在几个温度下,辐射出射度按波长的分布曲线。每个温度的分布曲线上都出现一个峰值,峰值所在的波长λm 随温度升高而向短波移动。

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