普朗克定律的推导?普朗克黑体辐射公式?


普朗克定律的推导?普朗克黑体辐射公式?

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Q1:普朗克黑体辐射定律1901年,马克斯·普朗克发表了一份研究报告,他对于黑体在平衡状况的发射光波频谱的预测,完全符合实验数据 。在这份报告里,他做出特别数学假说,将谐振子(组成黑体墙壁表面的原子)所发射或吸收的电磁辐射能量加以量子化,他称呼这种离散能量为量子 。
其中,h是离散能量,是普朗克常数 。
这就是著名的普朗克关系式 。从普朗克的假说,普朗克推导出一条黑体能量分布定律,称为普朗克黑体辐射定律 。
普朗克黑体辐射定律(也简称作普朗克定律或黑体辐射定律)(英文:Planck'slaw,Blackbodyradiationlaw)是用于描述在任意温度下,从一个黑体中发射的电磁辐射的辐射率与电磁辐射的频率的关系公式 。这里辐射率是频率的函数:
Q2:普朗克黑体辐射公式推导普朗克黑体辐射公式推导是德国物理学家M.普朗克在量子论基础上建立的关于黑体辐射的正确公式 。
19世纪末,经典统计物理学在研究黑体辐射时遇到了巨大的困难:由经典的能量均分定理导出的瑞利-金斯公式在短波方面得出同黑体辐射光谱实验结果相违背的结论 。同时,维恩公式则仅适用于黑体辐射光谱能量分布的短波部分,也就是说,当时还未能找到一个能够成功描述整个实验曲线的黑体辐射公式 。
普朗克是先假设了电磁波的能量是量子化的,然后才推导出的黑体辐射的公式,而不是先有的式子后给解释 。
普朗克给的能量量子化的解释:黑体中经典粒子的振动能量只能取某些特定的值 。
封闭谐振腔内的振动频率必然是量子化的,普朗克把黑体看作是谐振腔,把能量想成某一基本能量的整数倍
在物理学中,普朗克黑体辐射定律(也简称作普朗克定律或黑体辐射定律,英文:Planck's law, Blackbody radiation law)描述,在任意温度T下,从一个黑体中发射出的电磁辐射的辐射率与频率彼此之间的关系 。

Q3:普朗克黑体辐射公式Θvdv=8Πhv
在物理学中,普朗克黑体辐射定律(也简称作普朗克定律或黑体辐射定律,英文:Planck's law, Blackbody radiation law)描述,在任意温度T下,从一个黑体中发射出的电磁辐射的辐射率与频率彼此之间的关系 。
历史
马克斯·普朗克于1900年建立了黑体辐射定律的公式,并于1901年发表 。其目的是改进由威廉·维恩提出的维恩近似(至于描述黑体辐射的另一公式:由瑞利勋爵和金斯爵士提出的瑞利-金斯定律,其建立时间要稍晚于普朗克定律 。由此可见瑞利-金斯公式所导致的“紫外灾变”并不是普朗克建立黑体辐射定律的动机,参见后文叙述) 。维恩近似在短波范围内和实验数据相当符合,但在长波范围内偏差较大;而瑞利-金斯公式则正好相反 。普朗克得到的公式则在全波段范围内都和实验结果符合得相当好 。在推导过程中,普朗克考虑将电磁场的能量按照物质中带电振子的不同振动模式分布 。得到普朗克公式的前提假设是这些振子的能量只能取某些基本能量单位的整数倍,这些基本能量单位只与电磁波的频率有关,并且和频率成正比 。
这即是普朗克的能量量子化假说,这一假说的提出比爱因斯坦为解释光电效应而提出的光子概念还要至少早五年 。然而普朗克并没有像爱因斯坦那样假设电磁波本身即是具有分立能量的量子化的波束,他认为这种量子化只不过是对于处在封闭区域所形成的腔(也就是构成物质的原子)内的微小振子而言的,用半经典的语言来说就是束缚态必然导出量子化 。普朗克没能为这一量子化假设给出更多的物理解释,他只是相信这是一种数学上的推导手段,从而能够使理论和经验上的实验数据在全波段范围内符合 。不过最终普朗克的量子化假说和爱因斯坦的光子假说都成为了量子力学的基石 。
很多有关量子理论的大众科普读物,甚至某些物理学课本,在讨论普朗克黑体辐射定律的历史时都犯了严重的错误 。尽管这些错误概念在四十多年前就已经被物理学史的研究者们指出,事实证明它们依然难以被消除 。部分原因可能在于,普朗克最初量子化能量的动机并不是能用三言两语就能够道清的,这里面的原因在现代人看来相当复杂,因而不易被外人所理解 。丹麦物理学家Helge Kragh曾发表过一篇文章清晰地阐述了这种错误是如何发生的 。


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