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1、,黑体辐射,迈克尔逊莫雷实验,光电效应,氢原子光谱,康普顿效应,量子力学,狭义相对论,1899年开尔文在欧洲科学家新年聚会的贺词中说：物理学晴朗的天空上，飘着几朵令人不安的乌云,主讲内容,一 黑体 黑体辐射,二 斯特藩-波尔兹曼定律 维恩位移定律,三 黑体辐射的瑞利-金斯公式 经典物理的困难,四 普朗克假设 普朗克黑体辐射公式,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,热辐射：任何物体在任何温度下，由于分子、原子受到热激发而使物体向外发射电磁辐射的现象。,物体在辐射的同时，也吸收辐射,平衡热辐射：辐射的能量等于在同一时间所吸收的能量 特征是物体的温度保持不变,有关热辐射的实验表明：1.任何物体都辐
2、射电磁波2.辐射电磁波的能量及能量按波长的分布均与温度有关3.好的辐射体同时也是好的吸收体,热辐射,描述热辐射的物理量,1.单色辐出度 从热力学温度为T物体的单位面积上，单位时间内，在波长附近单位波长范围内所辐射的电磁波能量,因为d与d始终反号，上式可以表示为,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,2.辐出度 在单位时间内，从温度为T的黑体的单位面积上所辐射出的各种波长的电磁波的能量总和,单位:Wm2,黑体 黑体辐射,1.黑体：辐射（吸收）能力最强的物体，能全部吸收一切外来辐射。不反射，不投射。黑体是理想模型,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,斯特藩-波尔兹曼定律,测量黑体辐射出射度实验装
3、置,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,斯特藩-波尔兹曼定律,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,斯特藩-波尔兹曼定律：黑体辐出度与黑体热力学温度的四次方成正比斯特藩-波尔兹曼常数：,注意：随温度的升高辐出度增大,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,维恩位移定律,维恩位移定律：当黑体的热力学温度升高时，与单色辐出度相对应的波长向短波方向移动,常量,温度发射的能量电磁波的短波成分,注意：b为与温度无关的常数,只适用于短波,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,维恩位移定律,例题,（1）温度为 的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？(2)太阳的单色辐出度的峰值波长，试由此估算太阳表面
4、的温度.（3）以上两辐出度之比为多少？,解,（1）由维恩位移定律,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,（3）由斯特藩-玻耳兹曼定律,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,瑞利-金斯公式,小（长波）时 与实验曲线符合良好大（短波）时“紫外灾难”,瑞利-金斯公式,只适用于长波,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,普朗克（18581947）,普朗克能量子假设,构成黑体腔壁的辐射物质中电子的振动可视为一维谐振子,它们和腔内的电磁场交换能量(辐射和吸收).而这些微观的谐振子只能处于某些特殊的状态,在这些特殊状态中,它们相应的能量是某一最小能量(叫能量子）的整数倍,在辐射和吸收能量时,振子只能从一个可
5、能状态跃迁到其它一个可能状态.,对频率为 的谐振子,其最小能量为=h(普朗克常数h=6.6310-34 Js)一个谐振子的能量为,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,普朗克黑体辐射公式,普朗克黑体辐射公式,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,人体是一个辐射体，其辐射的能量可以用下式表示：,W 表示人体每秒每平方厘米辐射功率(瓦)表示皮肤辐射率，为常数从式中可以看出，人体辐射能功率与皮肤绝对温度T的四次方成正比。,斯特藩-波尔兹曼定律,从 知，物体辐射能最大值的分布，随着绝对温度的增加而向波长短的方向移动。正常人体的辐射本领与绝对温度310K的黑体相似，辐射能主要分布在红外线长波部分，其波段
6、范围在550m之间，其中814 m占全部人体辐射能的46，在95 m处。不论肤色如何，辐射率都近于1。,维恩位移定律,医用热像图术,医用热像图术,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,医用热像图术(Medical Thermography),是利用人体红外辐射成像原理,研究体表温度布状态的一种现代物理学检测技术。,红外线热像仪是一种测量人体表面温度分状态的仪器，它是利用人体的红外辐射把热能转换成电信号，扫描成像的原理，揭示人体温度的分布及其变化规律，从而对疾病做出诊断。,人体就是一个自然的生物红外辐射源，是恒温动物，能维持一定的体温，当人体患病或某些生理状况发生变化时，这种全身或局部的热平衡受
7、到破坏或影响,红外热像诊断所检查的是体表温度这一生理机能，它所反映的是被检测部位的皮肤血流量及调节血流量的神经（主要是交感神经）作用的变化；由红外热像仪所提供的图像并不表示人体内部的某种构造，而是人体表面的温度分布图像，称为人体的功能影像,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,红外热像图检查的临床应用范围 1 健康人群普查：疾病的初筛，亚健康状态。2 肿瘤早期诊断：乳腺癌，皮肤癌，甲状腺癌等。3 血循环早期障碍疾病的诊断：脑血管病变，心肌供 血不足，糖尿病足等。4 炎症性疾病的诊断：强直性脊柱炎，腱鞘炎，前列腺炎等。5 疼痛性疾病的诊断：头痛、神经痛，颈肩腰腿痛，关节疼痛等。6 周围神经疾病的诊断：偏头痛，脊髓损伤，面瘫、面肌痉挛等。其他疾病的诊断及医学研究：冻烧伤面积及深度测定，冠脉搭桥术、移植手术过程检测，疗效评价、针灸选穴等。,医用热像图术,16-1 黑体辐射 普朗克能量子假设,医用热像图术,thank you,
