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第二章 热辐射定律及标准光源 §2.1 黑体及辐射定律 §2.2 辐射体的温度 §2.3 辐射源 §2.1 黑体及辐射定律 概述: 1.热辐射:只要通过加热来维持它的温度,辐射就可 以不断地进行下去。 2.发光形式:热辐射发光、化学发光、光致发光 阴极发光 3.热辐射光谱:连续光谱,辐射性质与温度有关,可 用辐射本领来描述 4.光谱辐射本领: 面元s在单位面积,单位波长范围内辐射量: 温度为T的辐射体，在单位时间单位表面积所辐射的总发射本领为： 5.光谱吸收本领: 6.基尔霍夫定律: 在热平衡条件下 7.黑体:能在任何温度下,全部吸收任何波长的辐射 的物体。 设以 和 表示黑体的光谱辐射本领和吸收本领， 恒等于1, 由基尔霍夫定律得: 绝对黑体的辐射定律: 1.普朗克辐射公式:普朗克在能量子假设基础上应 用统计理论,最后导出黑体的光 谱辐射本领 2.黑体的光谱辐射亮度与光谱辐射出度之间的关系: 3.斯蒂芬波长定律：将式两边积分有： 4.维恩定律:对普朗克辐射公式求导后, 令 有 , :给定温度下， 取最大值时对应的波长 可见b一定, 即当绝对温度增高时,黑体 的光谱辐射本领 的最大值向短波方向移 动,图如下: 5.最大辐射定律: 黑体最大辐射出射度与T的五次方成正比。 例题:假定太阳表面的行为和黑体表面一样,从 实验测得太阳辐射的 试估算太阳表 面温度和出射度? 解：由 §2.2 辐射体的温度 常用的用来描述光源、辐射体等地某些辐射特性的温度有分布温度、色温（相关色温）、亮温和辐射温度。 分布温度：是指在一定谱段范围内光源光谱辅亮度曲线和黑体的光谱辐亮度曲线成比例或近似地成比例时的黑体温度。 灰体概念：在一定温度下发射和黑体光谱辐亮度分布成比例的光谱辐射能的发射体 举例：水（T=300K）、白炽灯 辐亮度温度：实际发射体在某一波长（窄谱段范围内）的光谱辐亮度和黑体在某一温度同一波长下的光谱辐亮度相等时，黑体温度称为发射体的辐亮度温度。（可见光范围内，称为亮度温度） 辐射温度：在整个光辐射的谱段范围内的辐亮度与某温度黑体辐亮度相等时黑体的温度。 §2.2 辐射源 人工标准黑体辐射源 自然辐射源 人工辐射源 标准照明体和标准光源 腔型黑体辐射源 构成：包容腔体的黑体芯子、加热绕组、测量与控制腔体温度的温度计和温度控制器 腔体形态：一般为球形、圆柱形、圆锥形 高温黑体源：石墨或陶瓷芯 中温黑体源：铬镍不锈钢芯 低温黑体源：铜芯 面型差分黑体源 半导体帕尔帖效应：1843年，法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，他惊奇的发现一个接头变热，另一个接头变冷；这个现象后来就被称为“帕尔帖效应”。 ? “帕尔帖效应”的物理原理为：电荷载体在导体中运动形成电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，就会释放出多余的热量。反之，就需要从外界吸收热量（即表现为制冷） ? 所以，半导体电子制冷的效果就主要取决于电荷载体运动的两种材料的能级差，即热电势差。纯金属的导电导热性能好，但制冷效率极低（不到1%）。半导体材料具有极高的热电势，可以成功的用来做小型的热电制冷器。 ? 经过多次实验，科学家发现：P型半导体（Bi2Te3-Sb2Te3）和N型半导体?(Bi2Te3-Bi2Se3)的热电势差最大，应用中能够在冷接点处表现出明显制冷效果。  自然辐射源 太阳 地球 月球 星球 大气辉光 夜天空辐射 人工辐射源 白炽灯 气体放电灯 半导体发光二极管（LED） 激光光源 白炽灯 真空钨丝灯 充气钨丝灯 卤钨灯 气体放电灯 低压气体放电（原子发光，线光谱 波长标准灯 低压汞灯、低压钠灯等） 高压气体放电（高压氢灯氘灯、高压汞灯、长弧氙灯） 超高压气体放电（短弧氙灯） 半导体发光二级管（LED） 注入型电致发光器件 PN结 特点：工作电流小于25mA时发光亮度与正向电流基本呈线性关系、响应速度快、工作电压低、小巧轻便耐振动寿命长单色性好、发光效率低、有效发光面积问题 激光光源 光束发散角极小 0.1mrad 单色性好 相干长度长 功率密度高 如何实现？ 首先要有能实现能级粒子束反转的工作