三热辐射的基本规律.ppt

三热辐射的基本规律;教学目的：在红外物理（技术）及其应用的科学实践和工程设计中，经常会遇到各种形式的辐射源发出辐射的问题和测量问题，解决这些问题依据的就是本章所学习的几个基本定律。本章要学习的基本规律有基尔霍夫定律、普朗克公式、维恩位移定律、斯特藩-玻耳兹曼定律的基本概念、定义及计算。 学时分配：8 重点、难点：普朗克公式、维恩位移定律、斯特藩-玻耳兹曼定律的基本概念及计算。 ;引言;发光分三种 ;普雷夫定则：在单位时间内，如果两个物体吸收的能量不同，则它们发射的能量也不同。即在单位时间内，一个物体发出的能量等于它吸收的能量。 普雷夫定则小实验 ;§3-1 基尔霍夫定律;如果有三个物体，则 即所有的物体，它们的发射本领与发射本领之比都是相同的一个常数（在相同温度、相同波长条件下）。 式中 MbλT——黑体的辐射出射度。 αbλT——黑体的吸收比， αbλT = 1 （黑体的定义）;基尔霍夫定律的描述： 在给定温度下，对某一波长来说，物体的吸收本领和发射本领的比值与物体本身的性质无关，对于一切物体都是恒量。即MλT/αλT对所有物体都是一个普适函数（即黑体的发射本领），而MλT和αλT两者中的每一个都随着物体而不同。 “发射大的物体必吸收大”，或“善于发射的物体必善于接收”，反之亦然。;关于基尔霍夫定律的说明： 1．基尔霍夫定律是平衡辐射定律，与物质本身的性质无关，（当然对黑体也适用）； 2．吸收和辐射的多少应在同一温度下比较，（温度不同时就没有意义了）； 3．任何强烈的吸收必发出强烈的辐射，无论吸收是由物体表面性质决定的，还是由系统的构造决定的； 4．基尔霍夫定律所描述的辐射与波长有关，不与人眼的视觉特性和光度量有关； 5．基尔霍夫定律只适用于温度辐射，对其它发光不成立。;§3-2 黑体及其辐射定律;黑体的应用价值（实用意义）： 1.标定各类辐射探测器的响应度； 2.标定其他辐射源的辐射强度； 3.测定红外光学系统的透射比； 4.研究各种物质表面的热辐射特性； 5.研究大气或其他物质对辐射的吸收或透射特性。主要做光源（辐射源）;普朗克公式： M bλ——黑体的光谱辐射出射度 c —— 真空光速 c1—— 第一辐射常数 c1=2πhc2=3.7418×10-16W·m2 c2—— 第二辐射常数 c2=hc/k=0.014388m·K h —— 普朗克常数 6.626176×10-34J·s k —— 波尔兹曼常数 1.38×10-23J/K;曲线的说明（黑体的辐射特性）： M bλ随波长连续变化。对应某一个温度就有固定的一条曲线。（一旦温度确定，则M bλ在某波长处有唯一的固定值） 温度越高，M bλ越大。（全辐射出射度Mb是曲线下面积） 随着温度T的升高，M bλ的峰值波长向短波方向移动。（T再高就可见了） 黑体的辐射特性只与其温度有关，与其它参数无关。 黑体辐射亮度与观察角度无关。;普朗克公式在以下两种极限条件下的情况： （1）当c2/（λT）＞＞1时，即hc/λ＞＞KBT，此时对应短波或低温情形，普朗克公式中的指数项远大于1，故可以把分母中的1忽略，这时普朗克公式变为 这就是维恩公式，它仅适用于黑体辐射的短波部分 ;（2）当c2/（λT）＜＜1时，即hc/λ＜＜KBT，此时对应长波或高温情形，可将普朗克公式中的指数项展成级数，并取前两项 这时普朗克公式变为 这就是瑞利—普金公式，它仅适用于黑体辐射的长波部分。 ;瑞利－金斯公式和经典辐射模型的困难 ;维恩位移定律;若上式为零 须 解此方程 x = 4.9651142 即：c2/λT = 4.9651142 λT = 2898 (μm·K) 此乃维恩位移定律，其中的λ即某温度T时黑体辐射出射度 Mbλ的峰值波长λm，通常写为 ;　维恩（wien）最大发射本领定律： 描述黑体光谱辐射出射度的峰值与温度关系的公式。 将维恩位移定律代入普朗克公式 其中 B = 1.2867×10-11W·m-2·μm-1·K-5 （另书 1.2866732×10-5 W·m-3·K-5 ）;　意义： 1、只先知一个温度T，便知最大M 所在处的波长及