黑体辐射实验定律

    任一物体在向周围辐射能量的同时，也吸收其他物体发射的辐射能．当物体向外辐射的能量与吸收外界的能量达到平衡时，物体的温度不随时间变化，处于热平衡状态．理论和实验都表明，辐射能力强的物体，吸收能力也强，反之亦然．

    图14.1　黑体模型

    当电磁波从外界入射到物体上时，一部分被吸收，另一部分被反射和透射．被物体吸收的能量与入射能量之比称为吸收比．被物体反射的能量与入射能量之比称为反射比．如果一种物体在任何温度下，对任何波长的辐射能的吸收比恒等于1，也就是能够吸收各种波长的辐射而不发生反射和透射，则称该物体为绝对黑体，简称黑体．自然界中绝对黑体是不存在的，它只是一种理想模型．实际中，用不透明材料制成一个开有小孔的空腔物体作为黑体的模型，如图14.1所示．从小孔射入空腔的电磁波在空腔内壁被多次反射，每次反射都会被内壁吸收一部分能量．由于小孔的面积远小于空腔内壁的面积，所以反射次数会很大，这意味着射入小孔的电磁波能量几乎全部被吸收，因此，不透明空腔上的小孔可以看作是一个黑体模型．

    由实验结果，可以得到两条有关黑体辐射的基本定律．

    图14.2　黑体单色辐出度的实验曲线

    1．斯特藩-玻耳兹曼定律

    1879年，德国物理学家斯特藩（J．Stefan）从实验曲线中总结出，在一定温度下，黑体的辐出度与黑体的绝对温度四次方成正比．1884年，奥地利物理学家玻耳兹曼（Boltzmann）从热力学理论出发也得出相同的结果，故称为斯特藩-玻耳兹曼定律，即

    2．维恩位移公式

    上式为维恩位移公式，式中．

    热辐射的规律是高温测量、遥感、红外追踪、天体物理等科学技术的物理基础，在现代科学技术中有广泛的应用．