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黑体辐射定律
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黑体辐射定律
官方公共微信关于黑体辐射
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物体加热到高温时，就会发光，随着温度的升高，发光的颜色也不断变化，开始时是红光，然后逐渐变黄、变绿、变蓝、变白。实际上物体表面总是在不断地吸收接收到的电磁辐射，同时又不断地向外发射电磁辐射。物体表面吸收电磁辐射的能力和发射电磁辐射的能力成正比，吸收能力最强的物体发射能力也最强。光是一种电磁波，热辐射也是一种电磁波，但它和光不同，它不能被直接看到。黑色的物体对各种颜色的光都不反射、都吸收，对热辐射也是都不反射、都吸收。电磁辐射包括的范围很广，波长长的是通常的无线电长波、中波、短波、超短波、微波，波长再短的是红外线，即热辐射，然后是可见光：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，接着又是不可见的紫外线，波长更短的是X射线，然后是伽玛射线（见图2-1）。如果某物体对所有各种波长的电磁辐射都完全不反射、都完全吸收，就称为“绝对黑体”。绝对黑体是吸收电磁辐射能力最强的物体，也就是发射电磁辐射能力最强的物体。当然，实际存在的物体中没有一个是绝对黑体，有些黑色的物体看起来比较接近黑体，但和严格意义下的绝对黑体仍然有相当的距离。人们发现，如果有一个有小窗口的黑色内壁闭合空腔，一束电磁辐射从小窗**进去后，就很难经过在腔内通过多次反射再穿过小窗**出来。因此，这个闭合空腔的小窗就可以近似地看作是一个绝对黑体的表面.　&紫外灾难　研究具有一定温度的黑体发射电磁辐射的规律，发射的电磁辐射包括的波长从很长到相当短的都有，辐射能量随辐射的频率形成一定的分布。如果黑体的温度很低，发射的电磁辐射主要是频率较低的，即波长较长的电磁辐射。如果黑体的温度较高，发射的电磁辐射主要是频率较高的，即波长较短的电磁辐射。1893年德国物理学家维恩（Wil-helmWien）发现辐射能量最大的频率值正比于黑体的绝对温度，并给出辐射能量对频率的分布公式，这个公式在大部分频率范围内都与实验符合得很好，只在频率很小时与实验符合得不好（见图2-2）。既然黑体辐射讨论的是电磁波的发射问题，电磁学中已经知道，带电粒子或电流作简谐振动时就将辐射电磁波，黑体辐射问题就应该可以在电磁学的理论基础上讨论解决。1899年，英国物理学家瑞利（Third BaronRayleign）和天体物理学家金斯（JamesHopwoodJeans）在电动力学和统计物理学的基础上从理论上又普遍导出一个辐射能量对频率的分布公式。在这个公式中，当辐射的频率趋于无穷大时，辐射的能量是发散的。实际上，这个公式在频率小时与实验符合得很好，但在频率大时与实验严重不符合（见图2-2），在这里，经典物理学理论碰到了严重的困难。由于频率很大的辐射处在紫外线波段，故而这个困难被称为“紫外灾难”。19世纪末，经典物理学体系已经在几乎所有方面都取得了巨大的成功。当时在许多科学家心中普遍存在着一种乐观的情绪，认为宏伟的科学大厦已经基本建立起来了，当然还有一些小问题没有解决，后辈的物理学家只要对现有的理论进行一些小小的补充和修正就能够解决了。的确，那时经典物理学已经成为一套相当完美的体系，人们能够用它来解释大到天体运行，小到烧一壶开水等形形**的物理现象。但是，正如英国物理学家开尔文（Lord Kelvin）所说的，在物理学晴朗的天空的远处，还存在着两朵“乌云”。其中一朵指的是迈克尔孙-莫雷实验，它的结果否定了“以太”的存在，最终导致了相对论的诞生，我们在本书的后面还会提到它；另一朵指的就是“紫外灾难”，它使物理学家们最终建立了量子力学。这两朵乌云的存在，正在开始动摇经典物理学的基础，从而引发物理学史上一场伟大的革命。　&普朗克的量子假说　为了解决瑞利-金斯公式遇到的困难，1900年，德国物理学家普朗克（MaxPlanck）提出量子假说：频率为v电磁辐射的发射是按照最小能量单位hv的整数倍进行的。这里h是一个普适常数，称为普朗克常数。在这个假说的基础上，普朗克普遍导出一个新的辐射能量对频率的分布公式，这个公式在频率小时自动回到瑞利-金斯公式，在频率大时又自动回到维恩公式，对所有频率都与实验符合得很好（见图2-2）。&这个假说太富于**性了，在它刚被提出时，没有人赞同它，甚至连普朗克本人都不喜欢它。的确，在经典物理学的思想里，能量是连续的，而在量子假说中，能量只能是一份一份地被发出来，这看上去是不可思议的。普朗克认为这个假说破坏了物理学的完美，实际上，他还曾经花费了15年的时光来试图找到一种能从经典物理学导出的方法来代替量子假说以解决科学家们在黑体辐射方面所遇到的困难。但是这个试探没有成功，只有采用量子假说，黑体辐射的理论才能与实验很好地符合。直到5年以后，瑞士美籍德国物理学家爱因斯坦（AlbertEinstein）的努力才真正使人们注意到了量子假说所闪现的光芒。　&普朗克常数　既然能量是量子化的，那么为什么我们平时观察到的能量的传递都是连续的呢？问题的关键在普朗克常数上面，它的数值是h=6.-34J·s，这个数值实在是太小了，一般可见光的频率在1015赫兹的数量级，也就是说可见光的光量子的能量大约在10-19焦耳的数量级，这对于我们平时所接触到的宏观世界来说实在是微不足道的。就好像我们能望见一望无际的汪洋大海，却看不到海水里的水分子。同样，我们感觉不到能量子的存在，除非我们进入到了原子的尺度，从原子的角度来看待问题，量子效应就变得十分重要了。关于黑体辐射&&上一篇：下一篇：
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销售专线电话：红外系统中的“黑体辐射”概念
摘选自“维基百科”
黑体辐射：指黑体发出的电磁辐射。黑体不仅仅能全部吸收外来的电磁辐射，且散射电磁辐射的能力比同温度下的任何其它物体强。黑体辐射能量按波长的分布仅与温度有关。对于黑体的研究，使自然现象中的量子效应被发现。
黑体辐射定律：黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1。应该指出，自然界中并不存在真正的黑体，但是为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称黑体辐射定律。
物体发射率对辐射测温的影响：自然界中存在的实际物体，几乎都不是黑体。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此，为使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和小于1的数值之间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。影响发射率的主要因纱在：材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。
当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，然后由测温仪计算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成比例；双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。
依据测温原理的不同，红外测温仪的设计有三种方法，通过测量辐射物体的全波长的热辐射来确定物体的辐射温度的称为全辐射测温法；通过测量物体在一定波长下的单色辐射亮度来确定它的亮度温度的称为亮度测温法；如果是通过被测物体在两个波长下的单色辐射亮度之比随温度变化来定温的称为比色测温法。
亮度测温法无需环境温度补偿，发射率误差较小，测温精度高，但工作于短波区，只适于高温测量。比色测温法的光学系统可局部遮挡，受烟雾灰尘影响小，测温误差小，但必须选择适当波段，使波段的发射率相差不大。全辐射测温法是根据所有波长范围内的总辐射而定温，得到的是物体的辐射温度。这种方法是因为中低温物体的波长较大，辐射信号很弱，而且结构简单，成本较低，但它的测温精度稍差，受物体辐射率影响大。
由普朗克公式可推导出辐射体温度与检测电压之间的关系式：V=RaεσT^4 =KT^4
T：被测物体的绝对温度
R：探测器的灵敏度
a：与大气衰减距离有关的常数
ε：辐射率
σ：斯蒂芬.玻耳兹曼常数
其校正式为：T=Tr/(四次方根ε(T))
Tr—辐射温度(表观温度)
ε(T)—辐射率，取0.1～0.9
传感器：OTP-538U、TS318
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历史上的今天
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blogTitle:'什么是宇宙背景辐射？对应一个3K的黑体辐射是什么意思？',
blogAbstract:'&宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁辐射。特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。频率属于微波范围。\r\n\r\n预测\r\n1934年，Tolman是第一个研究有关宇宙背景辐射的人。他发现在宇宙中辐射温度的演化里温度会随著时间演化而改变；而光子的频率随时间演化(即宇宙学红移)也会有所不同。但是当两者一起考虑时，也就是讨论光谱时(是频率与温度的函数)两者的变化会抵销掉，也就是黑体辐射的形式会保留下来。\r\n\r\n1948年，美国物理学家伽莫夫、拉尔夫·阿尔菲和罗伯特·赫尔曼估算出，如果宇宙最初的温度约为十亿度，则会残留有约5~10k 的黑体辐射。然而这个工作并没有引起重视。\r\n\r\n1964年，苏联的泽尔多维奇、英国的霍伊尔、泰勒(Tayler)、美国的皮伯斯(Peeble',
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