普朗克黑体辐射定律的建立过程

叙述了黑体辐射公式中几个重要结果维恩定律,瑞利-金斯公式和普朗克公式的建立过程,遵循普朗克的思路给出了普朗克公式的量子论解释。     

论黑体辐射定律的基础

至今从考察单色振动的、既吸收又发射辐射能量之线性振子出发的关于黑体辐射谱能量分布公式的推导,正如曾多次强调的那样,有一个非常敏感的缺陷。为了确定辐射强度对温度的依赖关系,振子的能量一方面同空间中自由传播的波动辐射的强度联系起来,另一方面又被用作计算此种振子所构成体系之熵的基础。     

黑体辐射定律研究及验证

利用微机扫描光栅光谱仪和溴钨灯进行黑体辐射实验研究,分析了黑体的辐射、传递、接收等的误差修正。验证了黑体辐射的基本规律。     

1900年10月：普朗克黑体辐射的公式

当人们想到量子物理的先驱者时,脑中一定马上浮现狄拉克（Dirac）、爱因斯坦、玻尔（Bohr）、海森堡（Heisenberg）、薛定谔（Schrödinger）等人,然而,最初却是由于普朗克（Max Planck）对黑体辐射多年研究所累积在热力学方面过人的洞悉力,才建立起量子物理革命的舞台。虽然大家很快地就接受了普朗克的辐射法则,但是“能量量子化”这个崭新观念的重要性还是经过好多年后,才得到世人的关注。     

从牛顿第一定律说起

当高中的同学们学习牛顿第一定律的时候,有多少同学关注到了伽利略的理想实验结果同牛顿第一定律之间到底存在着多大的区别和联系?牛顿第一定律为什么就比伽利略的说法更加深入?当我们使用牛顿定律解题的时候为什么会出现惯性参考系的说法?牛顿第一定律在牛顿定律解题的过程之中到底起到什么作用呢?     

黑体辐射的温度敏感性

导出理想黑体辐射强度的相对变化与温度的相对变化之比的一般形式,并给出一般的计算方法和结果。由此讨论理想黑体光谱和带辐射强度的温度敏感特性及其对温度遥感等的意义。     

黑体辐射公式的量纲分析

量纲分析是研究物理问题的重要方法之一.本文对量纲分析的解题步骤做了梳理归纳,并对于黑体辐射公式进行了量纲分析.     

黑体辐射的Mathematica物理实验

＂数学实验＂被公认为是提高高等数学教育水平的有效手段.受此启发,笔者尝试着为高年级工科学生开设了十几项Mathematica物理实验.量子力学、统计物理、固体物理中诸多内容,     

黑体辐射的简易演示装置

本演示装置取材简单,操作方便,对黑体发射和吸收本领的定性演示效果明显,作法如下: 图1是组装图.Q为辐射容器,为一方形铁盒,左外侧面涂黑漆,作为一个发射面;右外侧面涂白漆,作另一发射面. E为电池, R1、 B3和 R3是圆片型热敏电阻(R50-330Ω ),R2为电位器(560Ω),R4为金属膜电阻(RJ-330Ω),G是示教电流计,它们组成惠斯登电桥电路,用作温度指示仪器。其中 R1、R3表面涂黑漆,R3涂白漆,作热辐射的吸收体,它们距 Q两表面的距离相等.K是双刀双掷开关.当K扳向右边时,R1、 R3构成桥电路之两臂(R1在左, R3在右),分别作Q两表面热辐射的接收器…     

黑体辐射中两类粒子的辐射规律

考虑到相对论效应,采用量子统计的方法,得到了满足Bose-Einstein统计分布和Fermi-Dirac统计分布的两类粒子的黑体辐射公式（包括Planck黑体辐射公式）．发现辐射谱不仅与黑体的辐射温度有关,还与辐射粒子的能量、化学势和种类有关．辐射强度与辐射粒子的能量、静质量、简并因子有关。     

黑体辐射数值反演的快速稳定算法

讨论采用Tikhonov正则化方法进行黑体辐射数值反演的相关技术问题,特别是将双参数模型提供的相当好的正则参数初值与求解Morozov偏差方程的一个三阶收敛格式相结合,给出了一个新的、具有高效稳定等特点的混合数值反演算法,并进行了数值试验.这一算法在原则上也适合其它许多物理参数识别问题(如Fermi体系的反演、各种类型的Abel方程的数值反演等).     

基于图形的黑体辐射三大基本定律关系阐述

运用Matlab可视化语言编程,绘制了表征普朗克辐射公式物理意义的图形.通过对该图形曲线的深入分析,直观地阐明了维恩位移定律和斯忒藩-玻尔兹曼定律与普朗克辐射公式的关系及这两个定律的物理含义;又从图形出发,采用数值计算方法,求解得到工程实践中所关心的波段辐射出射度参数,以及光电探测器优化选择的策略.     

组合式黑体辐射实验装置的搭建和探究

利用HFY-200BII型黑体辐射源和相应的热辐射探测器以及微伏特计搭建了一套组合式黑体辐射实验装置,通过该装置验证了黑体辐射的基本规律,论证了黑体辐射实验方法的可行性.     

黑体红外波段辐射亮度响应的通用公式

以红外测温技术为背景,着重研究了f(T)=∫■R_λL_(bλ)(T)dλ≈CT~n模型,即某段波长范围内,黑体辐射在探测器上引起的响应,称其为黑体波段辐射亮度响应。对于不同的探测器,不同的波长区间,不同的温度范围,有不同的C及n。n值难以准确获取,多数研究者试验时使用Inagaki及Okamoto在1996年提出的三个固定波段模型,不能很好的扩展到任意波段的探测器。通过使用"维恩近似公式"代替普朗克公式,从理论上推导出f(T)的解析式,得到了黑体波段辐射亮度响应的通用公式,从而能够通过理论计算的方式,求取任意波段内黑体波段辐射亮度响应f(T)。使用黑体波段辐射亮度响应的通用公式进行了两项仿真工作。一是将通用公式在全波段内进行积分,得到解析式M_(bb)=5.238 5×10~(-8)T~4,并与斯蒂芬玻尔兹曼定律对比。通用公式求得的系数σ′=5.238 5×10~(-8)与斯蒂芬玻尔兹曼常数σ=5.667 9×10~(-8)差值为0.429 4×10~(-8)。二是使用通用公式计算出8～13μm波段内黑体波段辐射亮度响应f(T),并绘图与Inagaki及Okamoto文章中的拟合结果f(T)≈0.136σT~(4.09)进行对比,结果曲线基本一致。两项仿真说明了通用公式的正确性,在此基础上,进一步进行实验验证。以实验室内面源辐射体为目标,根据所提出的通用公式,计算被测目标的发射率ε,并将之与目标发射率参考值ε_0对比。面源辐射体实验结果:■为参考值,■为测量值,发射率误差为0.01。实验误差较小,说明所提出的通用公式可用于红外测温的工程实践中。通用公式与原模型f(T)≈CT~n相比,最大的优势在于可以在任意波段内,不需考虑温度分区,通过理论计算的方式,求取黑体波段辐射亮度响应f(T),具有通用性。黑体波段辐射亮度响应的通用公式进一步完善了红外测温技术的基础理论。     

普朗克及其在物理学上的贡献纪念普明克诞生一百周年

马克思·普朗克(Max Planck)1858年4月23日生于德国的基耳。在慕尼黑市马克思米利安(Maximilian)中学念书的时候,教师H.缪勒(Müller)给他的印象最深,他在自传中写道:“缪勒先生有一次像是讲故事那样,给我们讲到一个辛辛苦苦地将一块笨重的砖搬到屋顶上去的泥水匠。他说,这个泥水匠在这时候所做的功并没有消失,而是原封不动地被贮藏起来了的,也许要保藏到几年之久,一直到也许有那么一天这块砖自己松脱了,掉下来打在下面的一个人的头上。缪勒先生的这一段描述     

2006年诺贝尔物理学奖——宇宙微波背景辐射的黑体谱和各向异性

相传约137亿年前我们的宇宙起源于“盘古开天地式的大爆炸”，能量密度和温度均超高无比，却绝无什么特殊的“爆炸”中心，在足够大的尺度上均匀且各向同性，一直持续膨胀至今．刚开始的时候，随着宇宙温度的迅速降低，若干基本粒子物质相继浮现，宇宙早期的核合成过程制备形成了宇宙时空中第一代恒星形成之前的大致原初元素丰度分布．宇宙“大爆炸”发端时空中的能量场应当有量子涨落；耦合演化到后来呈现的物质场中，这些微弱而此起彼伏的涨落逐渐被引力在各种不同层次上放大，从而最终形成宇宙时空中不同尺度的物质结构系统（包括超星系团、星系团、星系、球状星团、恒星、行星等）．伴随着宇宙膨胀，有一个温度不断下降的热电磁辐射场被“捂”在物质场中；大约在389000年以后，这个热电磁辐射场基本不再与物质相互耦合作用，但它依然带有早期物质场中各处涨落的信息烙印．基于Einstein创立发展的广义相对论（1915年），Einstein（1917年）、Friedmann（1922年）、Lemaitre（1927年）、de Sitter（1932年）开辟了近代理论宇宙学的先河．Hubble（1929年）公布了遥远的星系退行速度正比于它们到我们的距离的划时代观测事实．基于宇宙元素丰度和核合成物理，Gamow，Alpher和Herman于1940—1950年大胆设想了宇宙“大爆炸”的物理框架图像．Penzias和Wilson（1964年）在贝尔试验室从事微波天线研究时意外地发现了2．7K宇宙微波背景辐射．经过多年的精心设计和准备，Mather和Smoot（1989—1994年）领导的“宇宙背景探索器”（COBE）空间试验精确地测量宇宙微波背景辐射的黑体谱和微弱的各向异性涨落；他们俩因此荣获2006年度的物理诺贝尔奖．90年来，科学家们众说纷纭，唇枪舌战，搜索证据，编造理论．随着地面、高空和空间综合试验及理论研究的持续迅速发展，精确宇宙学的时代已经到来．