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在任何温度下，物体都向外发射各种频率的电磁波，只是在不同的温度下所发出的各种电磁波的能量按频率有不同的分布，这种能量按频率的分布随温度的不同而不同的电磁辐射称为热辐射。由热辐射所形成的电磁波场简称为辐射场。

辐射场通量：dΦ（ν，T）＝E（ν，T）dν。

辐射通量是单位时间内所辐射的能量，具有功率的量纲。E（ν，T）就是单位体积中，频率ν附近单位频率间隔的辐射通量，称为辐射谱密度或辐射本领，也称单色辐出度。

吸收本领：在频率ν附近，被物体吸收的能量与入射能量之比

称为物体的吸收本领，也称为吸收比。

在频率ν附近，反射能量与入射能量之比称为单色反射比，用r（ν，T）表示。

用通俗的语言说，由于不反光，可以认为它是黑的，这样的物体称为黑体。能完全吸收照射到它上面的各种频率的光的物体称为黑体或绝对黑体（理想模型实际上并不存在）。

对于黑体，A（ν，T）≡1，表明物体对辐照到它上面的能量全部吸收，没有反射。黑体的热辐射只与温度和频率有关，与材料及表面状态无关，而且有最大的辐出度。

（1）斯特藩－玻尔兹曼定律

黑体辐射光谱中每一条曲线下的面积表示黑体的辐射通量，即某一温度下总的辐射本领，该辐射本领与温度的4次方成正比，即

其中σ＝5.670 32×10－8 W／（m2·K4）为斯特藩－玻尔兹曼常量。

（2）维恩位移定律

维恩公式

其中，α、β为常量。

维恩位移定律：Tλm＝b，其中b＝2.898 7×10－3 m·K，λm表示辐射本领最大的波长。

维恩位移定律在实际中有广泛的应用，在无法进行接触测温的情况下，通过观察物体的辐射谱，可以得到物体的温度。热辐射的峰值波长随着温度的增加，向短波方向移动。

（3）瑞利－金斯定律

表示的是黑体空间中单位体积驻波的谱密度。

3.普朗克能量分立的谐振子

普朗克量子化假设：黑体空腔中谐振子的能量不能任意取值，而只能取一系列不连续的、分立的数值。谐振子能量为E＝nhν，n＝1，2，3…，其中ν为谐振子的频率，h为普朗克常量。

普朗克热辐射公式（表示黑体的辐射本领）为

在短波区域（“紫外”波段）随着频率的增加（即随着波长的减小），辐射本领迅速减小并趋近于0，这与实验结果一致。

当光照射到金属表面上时，电子会从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。

光电效应方程

其中A为逸出功，即电子从金属表面逸出时克服阻力需要做的功。

光电效应的红限频率

光子：光（电磁波）是由光子组成的，光子是静止质量为零的一种粒子。

每个光子的质量

每个光子的能量：E＝hν。

每个光子的动量

经过单色化的X射线入射到不同的材料上，在散射光中，一部分波长不变，另一部分波长变长，这种有波长改变的散射称为康普顿散射。光子与电子的弹性碰撞如图9－1所示。

康普顿散射公式

其中λ和λ0分别表示散射光和入射光的波长，θ为散射角。

6.粒子的波粒二象性

（1）德布罗意假设

实物粒子也具有波动性，一个粒子的能量和动量跟和它相联系的频率和波长的定量关系与光子的一样。

德布罗意公式为

（2）光的波粒二象性

光的粒子性表现在光与物质的相互作用方面，波长越短，光子的能量越高，其粒子性越显著。

光的波动性表现在光的传播、干涉、衍射以及散射、反射、折射等方面，波长较长的光，有着显著的波动性。

一切微观粒子都具有波粒二象性。

原子中最低的能级被称为基态，原子受到激发后可以跃迁到其他的高能级，这些能级被称为激发态。

基态是稳定的，而激发态却是不稳定的，处在激发态的原子经过一定的时间之后，将会跃迁到基态或其他能量较低的能级，而且这种辐射跃迁是原子本身自发的物理过程，因而被称为自发辐射。

处在高能级的原子也可以受到外界因素的诱发而跃迁到低能级。

如果原子受到能量为hν＝E2－E1的外来光子的诱发，从E2跃迁到E1，并发出一个光子，这种辐射跃迁被称为受激辐射。

在外来辐射场的诱发下，原子吸收光子从低能级跃迁到高能级，这一过程被称为受激吸收。3种不同的辐射跃迁过程如图9－2所示。