為了解決經典物理學19世紀末面臨的“紫外災難”,普朗克吸收了維恩公式和瑞利-金斯公式的長處,利用熱力學理論和熵能關系,于1900年10月19日“猜測”出了普朗克公式,經魯本斯實驗驗證完全正確,很好地解決了前人的黑體輻射理論與實驗結果的矛盾。
普朗克的黑體輻射公式是:
其中λ為輻射波長,單位:米;
T為黑體的絕對溫度,單位:開;
MBλ為黑體表面該波長輻射的能流密度(單位面積上單位時間內某一波長輻射的能量);
C1=8πhλ^2,C2=ch/k,均為常數;
h=6.63×10^-34為普朗克常量,單位:焦.秒;
k=1.38×10^-23為玻爾茲曼常量,單位:焦/開;
c為真空中的光速,單位:米/秒。
普朗克公式表明,在溫度T一定時,黑體輻射的能流密度僅僅是輻射波長的函數。
普朗克公式揭示了黑體輻射的能量與其波長(頻率)關系的客觀規(guī)律,因此,該公式被英國科學期刊《物理世界》2004年10月號公布為讀者選出的科學界歷來“最偉大的公式”之一,并且名列第13。
普朗克公式也可以寫成:
其中ν=c / λ為輻射光的頻率。
對于高頻低溫情況下的輻射,頻率ν較大,hν>>kT時,上式分母1可以忽略不計,就回到了維恩公式:
其中常量a’=h,常量a=h / k 。
而對于低頻高溫情況下的輻射,頻率ν較小,hν << kT時,根據數學近似式ex ≈ 1+x,普朗克公式就回到了瑞利-金斯公式:
普朗克公式的意義還遠不止此。公式發(fā)表后,普朗克在對公式進行理論證明的過程中,又產生了一個重大的理論突破――首創(chuàng)了“能量子”假說,被后人譽為量子論之父,并于1918年榮獲諾貝爾物理學獎。
詳情且聽周法哲下回分解。
(作者:周法哲2008-3-26于廣東,插圖為轉摘)
聯系客服