第七章光的量子性 本章主要介绍历史上在研究黑体辐射,光电效应和康普顿效应时, 怎样打破经典理论成见,逐渐认识到光的波粒二象性,并阐述波粒 象性的含义。 §7-1热辐射、基尔霍夫定律 几种不同形式的辐射 物体向外辐射将消耗本射的能量。要长期维持这种辐射,就必须不 断从外面补偿能量,否则辐射就会引起物质内部的变化。在辐射过 程中物质内部发生化学变化的,叫做化学发光。用外来的光或任何 其它辐射不断地或预先地照射物质而使之发光的过程叫做光致发光。 由场的作用引起的辐射叫场致发光。另一种辐射叫做热辐射,这种 辐射在量值方面和按波长分布方面都取决全辐射体的温度
第七章 光的量子性 本章主要介绍历史上在研究黑体辐射，光电效应和康普顿效应时， 怎样打破经典理论成见，逐渐认识到光的波粒二象性，并阐述波粒 二象性的含义。 §7—1 热辐射、基尔霍夫定律 一、几种不同形式的辐射 物体向外辐射将消耗本射的能量。要长期维持这种辐射，就必须不 断从外面补偿能量，否则辐射就会引起物质内部的变化。在辐射过 程中物质内部发生化学变化的，叫做化学发光。用外来的光或任何 其它辐射不断地或预先地照射物质而使之发光的过程叫做光致发光。 由场的作用引起的辐射叫场致发光。另一种辐射叫做热辐射，这种 辐射在量值方面和按波长分布方面都取决全辐射体的温度
任何温度的物体都发出一定的热辐射 一物体500℃左右,暗红色。随温度不断上升,辉光逐渐亮起来,而 且波长较短的辐射越来越多。1500℃变成明亮的白炽光。同一物体在 定温度下所辐射的能量,在不同光谱区域的分布是不均匀的,而且 温度越高,光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高。在一定温 度下,不同物体所辐射的光谱成份有显著的不同。 二、辐射出射度和吸收比 从上面知道:在单位时间内从物体单位面积向各个方向所发射的,频 率在v→>+d围内的辐射能量{T有关,而且足够小时, 可认为与成正 T .dv E是恥的函数,叫做该物体在温度T时发射频率为的单色辐射 出射度(单色辐出度)。它的物理意义是从物体表面单位面积发出的, 频率在附近单位频率间隔内的辐射功率。它反映了在不同温度下 辐射能量按频率分布的情况。单位为 W/m2=J/m2·s 从特体表面单位面积上所发出的各种频率的总辐射功率,称为物体的 辐射出射度。用Φ0(7装示 )=dap E.rdv ●①0(T只是温度的函数。E和Φ向表面情况有关
⚫ 任何温度的物体都发出一定的热辐射。 ⚫ 一物体 500℃左右，暗红色。随温度不断上升，辉光逐渐亮起来，而 且波长较短的辐射越来越多。1500℃变成明亮的白炽光。同一物体在 一定温度下所辐射的能量，在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且 温度越高，光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高。在一定温 度下，不同物体所辐射的光谱成份有显著的不同。 二、辐射出射度和吸收比 从上面知道：在单位时间内从物体单位面积向各个方向所发射的，频 率在 范围内的辐射能量 与和T有关，而且 足够小时， 可认为与 成正比 是 和T的函数，叫做该物体在温度T时发射频率为 的单色辐射 出射度（单色辐出度）。它的物理意义是从物体表面单位面积发出的， 频率在 附近的单位频率间隔内的辐射功率。它反映了在不同温度下， 辐射能量按频率分布的情况。单位为 ⚫ 从特体表面单位面积上所发出的各种频率的总辐射功率，称为物体的 辐射出射度。用 表示： ⚫ 只是温度的函数。 和 同表面情况有关。 → + d d d d d ,T = ET d E ,T W m = J m s 2 2 / / ( ) 0 T T d T E ,T d 0 , 0 0 ( ) = = ( ) 0 T E ,T ( ) 0 T
另一方面,当辐射照射到某一不透明物体表面时,其中一部分能量将 被物体散射或反射,另一部分能量则被物体所吸收。用d表示频 率在和′v乾围内照射到温度为T的物体的单位面积上的辐射能 量;d速示物体单位面积上所吸收的辐射能量,则 c 叫做该物体的吸收比。 0≤Ar圾收比同v物体及表面情况有关。 基尔霍夫定律 E和化间有着一定的联系 ●将温度不同的物体P1,P2,P3放在一个密闭的理想绝热容器里,如果 容器内部是真空的,则物体与容器之间及物体与物体之间只能通过辐 射和吸收来交换能量,当单位时间内辐射体发出的能量比吸收的较多 时,它的温度就下降,这时辐射就会减弱。相反辐射将增强。经过 段时间,系统将建立热平衡,此时各物体在单位时间内发出的能量恰 好等于吸收的能量。由此可见,在热平衡的情况下。由此可见,在热 平衡的情况下,单色辐出度较大的物体,其吸收比也一定较大
⚫ 另一方面，当辐射照射到某一不透明物体表面时，其中一部分能量将 被物体散射或反射，另一部分能量则被物体所吸收。用 表示频 率在 和 范围内照射到温度为T的物体的单位面积上的辐射能 量； 表示物体单位面积上所吸收的辐射能量，则 叫做该物体的吸收比。 ，吸收比同 ，和物体及表面情况有关。 三、基尔霍夫定律 和 之间有着一定的联系。 ⚫ 将温度不同的物体P1，P2，P3放在一个密闭的理想绝热容器里，如果 容器内部是真空的，则物体与容器之间及物体与物体之间只能通过辐 射和吸收来交换能量，当单位时间内辐射体发出的能量比吸收的较多 时，它的温度就下降，这时辐射就会减弱。相反辐射将增强。经过一 段时间，系统将建立热平衡，此时各物体在单位时间内发出的能量恰 好等于吸收的能量。由此可见，在热平衡的情况下。由此可见，在热 平衡的情况下，单色辐出度较大的物体，其吸收比也一定较大。 d ,T + d d ,T T T T d d A , , , = 0 A ,T 1 ,T E ,T A ,T
189年,基尔霍夫指出:物体的x=f(2体的性质无关, 而只是频率和温度的普适函数。Ar acetate (b) §7-2黑体辐射 黑体 各种物体由于它们有不同的结构,因而它对外来辐射的吸收,以及它 本射对外的辐射都不相同。但是有一类物体其表面不反射光,它们能 够在任何温度下吸收射来的一切电磁辐射,这类物体就叫做约对黑体 处于热平衡时,黑体具有最大的吸收比,因而它也就有最大的单色辐 出度
⚫ 1859年，基尔霍夫指出：物体的 与物体的性质无关， 而只是频率和温度的普适函数。 §7—2 黑体辐射 一、黑体 各种物体由于它们有不同的结构，因而它对外来辐射的吸收，以及它 本射对外的辐射都不相同。但是有一类物体其表面不反射光，它们能 够在任何温度下吸收射来的一切电磁辐射，这类物体就叫做约对黑体。 处于热平衡时，黑体具有最大的吸收比，因而它也就有最大的单色辐 出度。 ( , ) , , f T A E T T = 图7-1
设以EC表示绝对黑体的单色辐出度和吸收比,由于a1r则 普适函数就是绝改果体的单色辐出度。 在空腔表面开一个小孔,小孔表面就可以模拟黑体表面。 外套 铂加热器 黑体 热电偶 辐射 图7-2
设以 ， 表示绝对黑体的单色辐出度和吸收比，由于 则： 普适函数就是绝对黑体的单色辐出度。 在空腔表面开一个小孔，小孔表面就可以模拟黑体表面。 ,T ,T ,T = 1 ( , ) , , , , , f T A E T T T T T = = = 图7-2