量子物理学基础黑体辐射实验报告,为什么能量可以解释黑体辐射?

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为什么能量可以解释黑体辐射?

普朗克之所以要提出量子化理论是为了对于当时经典物理无法解释的“紫外灾难”进行解释。

所谓紫外灾难,就是1900年瑞利根据经典统计力学推出的瑞利辐射公式,在紫外区呈现出的发散,就是辐射的能量密度和电磁波频率的平方成正比,结果计算的结果与实验的图像在低频区吻合的很好,但是在高频区出现了灾难性的分别。但是不管用什么经典物理的手段去处理这个问题。于是普朗克才提出了量子化的假设。

采用了量子化的假设后,经过计算所得的黑体辐射公式中辐射密度与电磁波频率的关系与实验能够很好地吻合,并且之后也解释了例如光电效应之类的经典物理无法解释的问题。关于具体的黑体辐射公式如下:

黑体能量密度公式:(普朗克)

  E*dν=c1*v^3*dv/[exp(c2*v/T)-1)]

  E*dv表示在频率范围(v,v+dv)中的黑体辐射能量密度。

plank黑体辐射公式推导?

物理学上,h是有德国物理学家Max Plank发现的一个量子常数,史称普朗克常数,v表示黑体辐射的频率,两者乘积是最小能量值,代表物体只能以该能量的整数倍发射或吸收能量。

黑体辐射强度只与温度有关,为什么是对的?不是也与波长有关吗?

黑体辐射强度只和温度有关是因为黑体不反射只吸收电磁波,而且自身还会发出电磁波。物体辐射电磁波强度是和温度有关的,一般是温度越高辐射强度越大。无论是否考虑能量量子化,我们都发现黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,只是两种情况下存在巨大差异,叫做紫外灾难。

物理学史上的两朵乌云指的是什么?

第一朵乌云出现在光的波动理论上,----迈克耳逊-莫雷实验与“以太”说

光波为什么能在真空中传播?它的传播介质是什么?物理学家给光找了个传播介质―“以太”,肯定了“以太”的存在,新的问题又产生了:地球以每秒30公里的速度绕太阳运动,就必须会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来,同时,它也必须对光的传播产生影响。这个问题的产生,引起人们去探讨“以太风”存在与否。为了观测“以太风”是否存在,迈克耳逊)与莫雷合作,在克利夫兰进行了一个著名的“迈克耳逊-莫雷实验”,但是实验结果和却以太漂移说相矛盾。使科学家处于左右为难的境地。他们或者须放弃曾经说明电磁及光的许多现象的以太理论。如果他们不敢放弃以太,那末,他们必须放弃比“以太学”更古老的哥白尼的地动说。

第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。——黑体辐射与“紫外灾难”。

19世纪末,卢梅尔等人的著名实验―黑体辐射实验,发现黑体辐射的能量不是连续的,它按波长的分布仅与黑体的温度有关。为了解释黑体辐射实验的结果,物理学家瑞利和金斯认为能量是一种连续变化的物理量,建立起在波长比较长、温度比较高的时候和实验事实比较符合的黑体辐射公式。但是,这个公式推出,在短波区(紫外光区)随着波长的变短,辐射强度可以无止境地增加,这和实验数据相差十万八千里,是根本不可能的。所以这个失败被埃伦菲斯特称为“紫外灾难”。它的失败无可怀疑地表明经典物理学理论在黑体辐射问题上的失败,所以这也是整个经典物理学的“灾难”。

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