黑體輻射實驗

實驗原理

黑體輻射實驗

早在1859年，德國物理學家基爾霍夫在總結當時實驗發現的基礎上，用理論方法得出一切物體熱輻射所遵從的普遍規律：在相同的溫度下，各輻射源的單色輻出度Mi（λ，T）與單色吸收率αi（λ，T）成正比，其比值對所有輻射源（i=1，2，┄）都一樣，是一個只取決於波長λ和溫度T的普適函式。而黑色物體對可見光能強烈吸收，則當獲取能量時也應有在可見光區的強烈輻射，因而從黑體輻射的角度研究確定普適函式的具體形式就具有極大的吸引力。顯然，如果單色吸收率αi（λ，T）=1，則該輻射源的單色輻出度Mi（λ，T）就是要研究的普適函式。而αi（λ，T）=1的輻射體就是絕對黑體，簡稱黑體。黑體的輻射亮度在各個方向都相同，即黑體是一個完全的餘弦輻射體，輻射能力小於黑體，但輻射的光譜分布與黑體相同的溫度輻射體稱為灰體。
任何物體，只要其溫度在絕對零度以上，就向周圍發射輻射，這稱為溫度輻射; 只要其溫度在絕對零度以上，也要從外界吸收輻射的能量。處在不同溫度和環境下的物體，都以電磁輻射形式發出能量，而黑體是一種完全的溫度輻射體，即任何非黑體所發射的輻射通量都小於同溫度下的黑體發射的輻射通量；並且，非黑體的輻射能力不僅與溫度有關，而且與表面的材料的性質有關，而黑體的輻射能力則僅與溫度有關。在黑體輻射中，存在各種波長的電磁波，其能量按波長的分布與黑體的溫度有關。

黑體輻射定律

黑體輻射的光譜分析——普朗克輻射定律
1900年，對熱力學有長期研究的德國物理學家普朗克綜合了維恩公式和瑞利-瓊斯公式，利用內插法，引入了一個自己的常數，結果得到一個公式，而這個公式與實驗結果精確相符，它就是普朗克公式，即普朗克輻射定律。此定律用光譜輻射度表示。
第一輻射常數C1 =2πhc2= 3.74×10-16 （瓦×米2）
第二輻射常數C2 =hc/K=1.4398´10-2（米×開爾文）

K—玻爾茲曼常數
黑體的頻譜亮度隨波長的變化關係曲線圖。每一條曲線上都標出黑體的絕對溫度。 與諸曲線的最大值相交的對角直線表示維恩位移線 。
維恩位移定律
即光譜亮度的最大值的波長λ，與它的絕對溫度T成反比：λmax=A/T
而A為一常數，即維恩常數，A=2.896´10-3 （米×開爾文）
L max=4.10T5´10-6（瓦特/米3.球面角.開爾文5）
隨溫度的升高，絕對黑體光譜亮度的最大值的波長向短波方向移動。