根据维恩位移定律可以推知,室内环境温度下可见波段的辐射力最大值()。
A 、某些波长下可以达到
B 、都可以达到
C 、不可能达到
D 、不确定
【正确答案:C】
维恩位移定律指出辐射力最大时对应的峰值波长λmax与温度之间的函数关系为:λmax·T=2897.6μm·K。室内环境温度一般取293K,计算可得λmax=9.89μm,而可见光段是λ=0.38~0.76μm,所以λmax=9.89μm不在可见光段,C项正确。
用波长表示
1.维恩公式
Mλ(λ,T)=C1λ−5e−C2λT
其中 C₁=2πhc²,C₂=hc/k, C 为光速,k为玻耳兹曼常数
2.瑞利-金斯公式
Mλ(λ,T)=2πckTλ4
3.普朗克公式
Mλ(λ,T)=2πhc2λ51ehcλkT−1
维恩(Wien)位移定律
维恩(Wien)位移定律对应一定温度T的M( λ,T)曲线有一最高点,位于波长λmax处。温度T越高,辐射最强的波长 λ越短,即从红色向蓝紫色光移动.这对于高温物体的颜色由暗红逐渐转向蓝白色的事实. 在研究工作中,可以从实验上测量不同温度下M( λ,T)曲线峰值所对应的波长λmax与温度T之间的定量关系,也可以利用经典热力学从理论上进行推导. 历史上德国物理学家维恩于1893年找到了λmax与T之间的关系如果用数学形式描述这一实验规律,则有:即光谱亮度的最大值的波长λmax与它的绝对温度T成反比:
随温度的升高,绝对黑体光谱亮度的最大值的波长向短波方向移动。由于辐射光谱的性质依赖于它的温度,我们可以用分析辐射光谱的办法来估计诸如恒星或炽热的钢水等一类炽热物体的温度。热辐射是连续谱,眼睛看到的是可见光区中最强的辐射频率。某种物质在一定温度下所辐射的能量分布在光谱的各种波长上,它给人们提供了某一辐射体用作光源或加热元件的功能,但它们本身并非黑体。请注意,一般辐射源所辐射的光谱(能量按波长分布曲线)依赖于辐射源的组成成分,但对于黑体,不论它们的组成成分如何,它们在相同温度下均发出同样形式的光谱。
维恩位移定律,Wien displacement law,热辐射的基本定律之一。在一定温度下,绝对黑体的温度与辐射本领最大值相对应的波长λ1的乘积为一常数,即λ(m)T=b(见图片)(微米)。上述结论称为维恩位移定律,式中,b=0.002897m·K,称为维恩常量。它表明,当绝对黑体的温度升高时,辐射本领的最大值向短波方向移动。维恩位移定律不仅与黑体辐射的实验曲线的短波部分相符合,而且对黑体辐射的整个能谱都符合,它是经典物理学对黑体辐射问题所能作出的最大限度的探索。
因发现热辐射规律——维恩位移定律和建立黑体辐射的维恩公式,维恩(Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien 1864~1928)(左图)获得了1911年度诺贝尔物理学奖。
19世纪末,人们已经认识到热辐射和光辐射都是电磁波,并对辐射能量在不同频率范围内的分布问题,特别是黑体辐射,进行了较深入的理论和实验研究。维恩和拉梅尔发明了第一个实用黑体——空腔发射体,为他们的实验研究提供了所需的“完全辐射”。维恩在前人研究的基础上于1893年提出了理想黑体辐射的位移定律:lmaxT=常数。该定律指出,随着温度的升高,与辐射能量密度极大值对应的波长向短波方向移动。由于辐射通量密度与辐射能量密度之比为c/4,所以在测出对应辐射通量密度极大值的lmax后,就可以根据维恩位移定律确定辐射体的温度。光测温度计就是根据这一原理制成的。
接着,维恩研究了黑体辐射能量按波长的分布问题。他从热力学理论出发,在分析了实验数据之后,得到了一个半经验的公式:
u = b(λ^-5)(e^-a/λT)