Question

什么叫黑体辐射?

Answer 1

(1)概述

对于外来的辐射，物体有反射和吸收的作用。如果一个物体能够全部吸收，而不反射投射在它上面的辐射，就叫做绝对黑体，简称黑体。

一个空腔可以看作是黑体，因为在空腔上开一小孔，通过小孔射人空腔的辐射在空腔内多次反射后再射出小孔的机会很小，因而射入空腔的辐射能量几乎全被吸收。

黑体辐射问题所研究的是辐射和周围物体处于平衡状态时的能量分布，当一个空腔和内部的辐射处于平衡状态时，腔壁单位面积所发射出的辐射能量和它所吸收的辐射能量相等，实验指出辐射能量密度ρυ只跟频率υ和黑体的绝对温度T有关，而跟空腔的形状和组成物质无关。

(2)说明

①在热力学和经典电磁波理论中，能量是连续的，物体所发射或吸收的能量可以是任意的值，按照普朗克的量子假说，能量是不连续的，普朗克假设谐振子的能量不能连续变化，而只能取一些分立值，存在着能量的最小单元(能量子hυ)，物体发射或吸收的能量必须是这个最小单元的整数倍，而且是一份一份地按不连续的方式进行。这样的假设是和经典理论相抵触的，因为根据经典理论，扳子可能具有的能量不应受任何限制。然而，正是普朗克引进了这样的假设后，才得出了黑体辐射的正确公式。

②如果一个物体，在任何温度下对任何波长的入射辐射能量的吸收系数都等于l，那末这个物体就是绝对黑体。如果有一个物体，对各种波长的吸收系数虽小于1，但近似地为一常数η(即没有选择性吸收)，那末这物体称为灰体。η称为灰体的黑度。一般金属材料大都可以近似地看成灰体。
几种材料表面的黑度
材料和表面情况 温度(℃) 黑度η
磨光的铜 20～100 0.02～O.025
已氧化的铜 20～600 0.6～O.8
磨光的钢 150～200 0.1～O.15
磨光的钢 400～1000 0.15～O.4
煤 烟 任何温度 O.95

Answer 2

什么叫黑体？是一物体对什么光都吸收而无反射，就称这种物体为“绝对黑体”。

一束光一旦从狭缝射入空腔后，就很难再通过狭缝反向出来，这个空腔的开口就可以被看作是黑体。

实验表明：黑体与热辐射达到平衡时，辐射能量密度M随频率变化曲线的形状与位置只与黑体的绝对温度T有关，而与空腔形状及组成的物质无关。如图所示：

http://etsc.hnu.cn/jxzy/lxkj/2003/data/lzlx/%B5%DA%D2%BB%D5%C2.htm

Answer 3

一分钟了解黑体辐射

Answer 4

任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。

所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射( 当然黑体仍然要向外辐射)。显然自然界不存在真正的黑体，但许多地物是较好的黑体近似( 在某些波段上)。

基尔霍夫辐射定律(Kirchhoff)，在热平衡状态的物体所辐射的能量与吸收的能量之比与物体本身物性无关,只与波长和温度有关。按照基尔霍夫辐射定律，在一定温度下，黑体必然是辐射本领最大的物体，可叫作完全辐射体。

普朗克辐射定律(Planck)则给出了黑体辐射的具体谱分布，在一定温度下，单位面积的黑体在单位时间、单位立体角内和单位波长间隔内辐射出的能量为

B(λ，T)=2hc2 /λ5 ·1/exp(hc/λRT)-1

B(λ，T)—黑体的光谱辐射亮度(W，m-2 ，Sr-1 ，μm-1 )

λ—辐射波长(μm)

T—黑体绝对温度(K、T=t+273k)

C—光速(2.998×108 m·s-1 )

h—普朗克常数， 6.626×10-34 J·S

K—波尔兹曼常数(Bolfzmann)， 1.380×10-23 J·K-1 基本物理常数

由图2.2可以看出：

①在一定温度下，黑体的谱辐射亮度存在一个极值，这个极值的位置与温度有关， 这就是维恩位移定律(Wien)

λm T=2.898×103 (μm·K)

λm —最大黑体谱辐射亮度处的波长(μm)

T—黑体的绝对温度(K)

根据维恩定律，我们可以估算，当T～6000K时，λm ～0.48μm(绿色)。这就是太阳辐射中大致的最大谱辐射亮度处。

当T～300K， λm～9.6μm，这就是地球物体辐射中大致最大谱辐射亮度处。

②在任一波长处,高温黑体的谱辐射亮度绝对大于低温黑体的谱辐射亮度，不论这个波长是否是光谱最大辐射亮度处。

如果把B(λ，T)对所有的波长积分，同时也对各个辐射方向积分，那么可得到斯特番—波耳兹曼定律(Stefan-Boltzmann)，绝对温度为T的黑体单位面积在单位时间内向空间各方向辐射出的总能量为B(T)

B(T)=δT4 (W·m-2 )

δ为Stefan-Boltzmann常数, 等于5.67×10-8 W·m-2 ·K-4

但现实世界不存在这种理想的黑体，那么用什么来刻画这种差异呢?对任一波长， 定义发射率为该波长的一个微小波长间隔内， 真实物体的辐射能量与同温下的黑体的辐射能量之比。显然发射率为介于0与1之间的正数，一般发射率依赖于物质特性、 环境因素及观测条件。如果发射率与波长无关，那么可把物体叫作灰体(grey body)， 否则叫选择性辐射体。