一、物理学中的黑体辐射是指什么?黑体又是什么物质?
物体具有电磁波辐射、反射、吸收等的性质,物体辐射的电磁波根据物体特性和温度有一定的谱具体分布,被称之为热辐射。为了在不依赖物体物性的基础上研究热辐射规律,物理学家们定义了黑体,即一种理想的物体来进行研究热辐射。黑体指完全吸收任何波长的辐射,没有任何反射的物体,包括一切条件下的外来辐射。黑体辐射则是指在一定温度和波长中放射量最大的辐射,一般是由理想放射物所放射的。
一、黑体辐射中的黑体
黑体在黑体辐射过程中呈现各不相同的颜色,随着温度的变化,它呈现出红、橙红、黄、黄白、白、蓝白的渐变过程。当黑体在具体温度中发射的光颜色与具体光源发射的光相同时,黑体温度即为该光源色温。黑体吸收了所有入射的辐射却没有反射辐射,这种物质却未必是黑色的,就比如太阳就被认为是一个黑体物质。
二、黑体的相关内容
黑体的光谱特征只与它的温度相关和材质并没有什么具体的联系。它通过吸收了表面的电磁辐射从而转换为热辐射,具体只有吸收过程没有反射和透射,是一个完全辐射体。在具体温度下,谱辐射的亮度会存在一个极值,是与温度有一定联系的,维恩位移定律是一种关于黑体中自身温度与电磁辐射中的能流密度峰值波长之间的关系。在一个具体波长里,高温黑体谱辐射的亮度大于低温黑体的,不管存不存在光谱的最大的谱辐射亮度。
除了黑体,还有一种灰体物质,也叫做选择性辐射体。黑体辐射的相关理论有基尔霍夫辐射定律,是一种在热平衡下的物体辐射和吸收能量之比与物性无关,与温度和波长有直接关系的定律,它对我们研究黑体有显著的作用。
二、什么叫黑体辐射?
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.
三、物理学中黑体的定义是什么?
纠正一下楼上的兄台:
不向外辐射能量如何会有有黑体辐射定律? 您想说的应该是反射吧。
确切的热力学的 黑体 是指对所有辐射过来的电磁波无差别吸收,零反射、零透射、零散射。
一定温度下,理想黑体是辐射本领最大的物体,称为完全辐射体。
具体的黑体辐射谱由普朗克辐射定律精确描述。
四、什么是黑体辐射?黑体辐射有什么特点?
定义1:黑体发出的电磁辐射.它比同温度下任何其他物体发出的电磁辐射都强.
定义2:研究实际物体吸收和发射辐射能量的性能时的一种理想化的比较标准.
特点: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 黑体辐射然要向外辐射). 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率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.黑体辐射是指由理想放射物放射出来的辐射,在特定温度及特定波长放射最大量之辐射.同时,黑体是可以吸收所有入射辐射的物体,不会反射任何辐射,故黑体是绝对黑色的.理论上黑体会放射频谱上所有波长之电磁波.维恩位移定律是描述黑体电磁辐射能流密度的峰值波长与自身温度关系的定律.
五、什么是黑体辐射?
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。
德国物理学家普朗克1900年为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上 的困难,创立了物质辐射(或吸收)的能量只能是某一最小能量单位(能量量子)的整数倍的假说,即量子假说,对量子论的发展有重大影响。在热力学和统计物理学方面,如关于热力学定律的表述、非平衡态理论等,都有一定贡献。当时他为了推导出一个与实验结果相符合的黑体辐射公式,普朗克把黑体辐射看作是带电谐振子振动时释放的能量,并假设这些谐振子的能量不能连续变化,而只能取一些分立值,如果振子的固有频率为v则它们只能量最小能量ε0=hv(h表示普朗克常数,物理学中普适常数之一,其数值为6.62×34-34焦耳·秒。)的整数倍:ε0,2ε0,3ε0,…,nε0…,这些分立的能量值称为谐振子的能级。能量的变化竟然是不连续的,这不仅对古典物理理论是离经叛道的,而且也为常识所不容。量子论的出现,物理学界最初的反应是极其冷淡的。人们只承认普朗克那个同实验一致的经验性的辐射公式,而不承认他的理论性的量子假说。在当时的环境下,就连普朗克本人也对自己的冒昧行动惴惴不安,甚至一有机会就想倒退到古典立场。用他的话说,这“完全是一种孤注一掷的行动”,“由于当时考虑到这个问题对于物理具有根本的重要性”,“必须不惜任何代价去找出理论解释。”
六、什么是黑体辐射
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。
中文名:黑体辐射
外文名:black-body radiation
定义:指入射的电磁波全部被吸收
理论数据:普朗克辐射定律
光谱:温度越高光谱中蓝色越多红色越少
关系:与自身温度有关