1、一、黑体的介绍黑体是一种能全部吸收外部的辐射能量，同时能全部辐射出自身全部能量的物体，即吸收率为 1，发射率为 1。工业生产中也用到黑体，主要用于校准辐射温度计、红外温度计和辐射温度传感、探测器。而自然界中不存在绝对黑体，通常我们所说的黑体为人工黑体。人工黑体的发射率接近于 1，但不等于 1。在生产时黑体腔口发射率和辐射温度准确性都有很高要求。除黑体腔的特殊设计外，腔体内壁面温度均匀性，是黑体技术的关键之一。因此为了确保黑体的产品质量，通常黑体都是按温度分段设计。黑体按温度分为低温、中温、高温三段：低温黑体：下限温度为环境温度以下的黑体。因为下限温度等于和低于环境温度时，需要有制冷设备，因此分
2、类为低温黑体，即 TminT 环境 。中温黑体：下限温度为环境温度以上、上限温度为 1200以下的黑体。因为该段温度为最常用，用普通的加热方式就能实现。因此分类为中温黑体，即T 环境 T1200。高温黑体：上限温度为 1200以上的黑体。因为 1200以上的温度使用地方不多，加热用通常的方式已经不能解决，温度大于 1600只能进行抽真空。因此分类为高温黑体，即 T1200。二、红外灾难与紫外灾难19 世纪末期，物理学家开始深入地研究黑体的辐射强度分布。所谓的黑体指的是这样一种理想的物体，它对于外部射来的辐射全部吸收而不反射。但是，黑体自身仍然要向外界辐射能量。在测定了大量的实验数据之后，维恩和
3、瑞利-金斯分别建立了一个辐射强度的公式，其中瑞利金斯公式可以使用经典物理学推导出来。不过两个公式并不等价，而且更麻烦的是，两个公式都与实验结果存在严重的偏差。维恩公式在紫外段与实验结果吻合得很好，但是到了红外段却与测定结果大相径庭。另外一个公式在红外段令人满意，但是到了紫外段却偏差的一塌糊涂。这就是物理学所说的红外灾难和紫外灾难。维恩定律（其中 r0是黑体辐射辐出度， 是频率，T 是热力学温度，、 均为常数）瑞利金斯定律为了找到普遍的公式，物理学家们绞尽脑汁。两个公式肯定都有合理之处，但是他们在数学上是那么的格格不入，实在很难把两个公式统一在一起并给出合理的解释。1896 年开始,普朗克也加入
4、了寻找一个统一的黑体辐射公式的行列并且进行了艰难而细致的研究。由于此人的数学功底非常扎实，在紫外和红外两个公式的启发下，普朗克天才地用数学方法拼凑出了一个普遍适用的黑体辐射强度公式普朗克公式。但是解释这个公式同样让人头疼，在波尔兹曼观点的启发下，他认识到必须抛弃能量连续的观念，认为物体在吸收或放出的能量时是一份一份不连续地进行的，只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子。从而提出了普朗克量子假设。同年 12 月 14 日，他在德国物理学会作了论正常光谱的能量分布的报告，这一天后来被确定为量子力学的诞生纪念日。普朗克的黑体辐射公式当 ，即在长波范围，普朗克定律变为瑞利金斯公式。当 ，即
5、在短波范围，又与维恩定律一致。其中 h 代表普朗克常数，全波段范围内公式给出的理论值与实验结果符合得很好。1918 年普朗克由于对量子理论的贡献获得诺贝尔物理学奖。三、量子物理奠基人普朗克普朗克，M.（Max Planck 18581947）近代伟大的德国物理学家，量子论的奠基人。1858 年 4 月 23 日生于基尔。1867 年，其父民法学教授 J.W.von 普朗克应慕尼黑大学的聘请任教，从而举家迁往慕尼黑。普朗克在慕尼黑度过了少年时期，1874 年入慕尼黑大学。18771878 年间，去柏林大学听过数学家 K.外尔斯特拉斯和物理学家亥姆霍兹和基尔霍夫的讲课。普朗克晚年回忆这段经历时说，
6、这两位物理学家的人品和治学态度对他有深刻影响，但他们的讲课却不能吸引他。在柏林期间，普朗克认真自学了克劳修斯的主要著作力学的热理论，使他立志去寻找象热力学定律那样具有普遍性的规律。1879 年普朗克在慕尼黑大学得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。1888 年基尔霍夫逝世后，柏林大学任命他为基尔霍夫的继任人（先任副教授，1892 年后任教授）和理论物理学研究所主任。1900 年，他在黑体辐射研究中引入能量量子。由于这一发现对物理学的发展作出的贡献，他获得 1918 年诺贝尔物理学奖。自 20 世纪 20 年代以来，普朗克成了德国科学界的中心人物，与当时德国以及国外的知名物理学家都有着密
7、切联系。1918 年被选为英国皇家学会会员，19301937 年他担任威廉皇帝协会会长。在那时期，柏林、哥廷根、慕尼黑、莱比锡等大学成为世界科学的中心，是同普朗克、W.能斯脱、A.索末菲等人的努力分不开的。在纳粹攫取德国政权后，以一个科学家对科学、对祖国的满腔热情与纳粹分子展开了，为捍卫科学的尊严而斗争。1947 年 10 月 4 日在哥廷根逝世。四、普朗克的趣事1.启蒙老师普朗克走上研究自然科学的道路，在很大程度上应该归功于一个名叫缪勒的中学老师。普朗克童年时期爱好音乐，又爱好文学。后来他听了缪勒讲的一个动人故事：一个建筑工匠花了很大的力气把砖搬到屋顶上，工匠做的功并没有消失，而是变成能量贮
8、存下来了；一旦砖块因为风化松动掉下来，砸在别人头上或者东西上面，能量又会被释放出来，这个能量守恒定律的故事给普朗克留下了终生难忘的印象，不但使他的爱好转向自然科学，而且成为他以后研究工作的基础之一。2.“普朗克行星”普朗克进入科学殿堂以后，无论遇到什么困难，都没有动摇过他献身于科学的决心。他的家庭相继发生过许多不幸：1909 年妻子去世，1916 年儿子在第一次世界大战中战死，1917 年和 1919 年两个女儿先后都死于难产，1944 年长子被希特勒处死。但是普朗克总是用奋发忘我的工作抑制自己的感情和悲痛，为科学做出了一个又一个重要的贡献。他一生发表了 215 篇研究论文和 7 部著作，其中
9、包括 1959 年所著的物理学中的哲学一书。在普朗克诞辰 80 周年的庆祝会上，人们“赠给”他一个小行星，并命名为“普朗克行星”。1946 年他虽然体弱，但却非常高兴地出席了皇家学会的纪念牛顿的集会。3.墓碑号刻着他的名和 h 的值普朗克为人谦虚，作风严谨。在 1918 年 4 月德国物理学会庆贺他 60 寿辰的纪念会上，普朗克致答词说：“试想有一位矿工，他竭尽全力地进行贵重矿石的勘探，有一次他找到了天然金矿脉，而且在进一步研究中发现它是无价之宝，比先前可能设想的还要贵重无数倍。假如不是他自己碰上这个宝藏，那么无疑地，他的同事也会很快地、幸运地碰上它的。”这当然是普朗克的谦虚。洛仑兹在评论普朗克关于能量子这个大胆假设的时候所说的话，才道出了问题的本质。他说：“我们一定不要忘记，这样灵感观念的好运气，只有那些刻苦工作和深入思考的人才能得到。”1947 年 10 月 3 日，普朗克在哥廷根病逝，终年 89 岁。德国政府为了纪念这位伟大的物理学家，把威廉皇家研究所改名叫普朗克研究所。普朗克的墓在哥庭根市公墓内，其标志是一块简单的矩形石碑，上面只刻着他的名字，下角写着:h6.62610 -34焦耳秒。
