普朗克黑體輻射理論 原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性 第三冊(cè)第四章

4.1

普朗克黑體輻射理論

物理學(xué)研究的內(nèi)容物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)原子物理學(xué)主要研究介于分子和原子核兩層次之間物質(zhì)結(jié)構(gòu)和規(guī)律的學(xué)科。原子物理學(xué)發(fā)展的大事記1806法國(guó)普魯斯脫發(fā)現(xiàn)化合物分子的定組成定律1807英國(guó)道爾頓倍比定律，提出原子論1808法國(guó)蓋·呂薩克氣體化合體積成正比1811意大利，阿伏伽德羅提出阿伏伽德羅假說1826英國(guó)，布朗觀察到布朗運(yùn)動(dòng)1833英國(guó)，法拉第提出電解定律1869俄國(guó)，門捷列夫提出元素周期表“假如在一次浩劫中所有的科學(xué)知識(shí)都被摧毀，只剩下一句話留給后代。什么樣的語句能用最少的詞匯包含最多的信息呢？我相信，這就是原子假說?！?895、1896、1897X射線、放射性及電子三大發(fā)現(xiàn)盧瑟福提出原子核式模型玻爾原子的量子理論原子論V.S.唯能論1807道爾頓提出原子論19世紀(jì)前中期克勞修斯，麥克斯韋，玻爾茲曼建立“分子運(yùn)動(dòng)論”1870’馬赫,奧斯特瓦爾德,反對(duì)原子論，提出唯能論，《化學(xué)原理》1905《化學(xué)原理》英文版1906玻爾茲曼逝世（H定理）1908布朗運(yùn)動(dòng)三實(shí)驗(yàn)證實(shí)原子論

《化學(xué)大綱》承認(rèn)原子說1.黑體與黑體輻射

背景知識(shí)1800年，天文學(xué)家赫歇爾(Herschel)用濾色片觀察太陽光透過的熱效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在紅外區(qū)有一種產(chǎn)生明顯熱效應(yīng)的輻射，從而發(fā)現(xiàn)了紅外線。第二年，里特和沃拉斯頓發(fā)現(xiàn)了紫外輻射。1821年，塞貝克發(fā)現(xiàn)溫差電并用于測(cè)量溫度。1830年諾比利發(fā)明了熱輻射測(cè)量?jī)x。還有許多物理學(xué)家對(duì)熱輻射的性質(zhì)、輻射能量與輻射源的關(guān)系、輻射能量按波長(zhǎng)的分布曲線等進(jìn)行了大量研究，并逐漸認(rèn)識(shí)到光譜、熱輻射、光輻射是統(tǒng)一的。1881年，美國(guó)人蘭利(Langley)發(fā)明了熱輻射計(jì)，可以很靈敏的測(cè)量輻射能量，并測(cè)出能量隨波長(zhǎng)變化的曲線，如圖，從曲線可以很明顯的看到能量最大值隨溫度的增高向短波方向轉(zhuǎn)移。2.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

19世紀(jì)末20世紀(jì)初，科學(xué)家在用經(jīng)典理論解釋熱輻射問題時(shí)也遇到困難，經(jīng)典理論因此受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。1896年，德國(guó)物理學(xué)家維恩通過半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法，得到一個(gè)輻射能量分布公式：這個(gè)公式只在短波區(qū)、溫度較低時(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合，而在長(zhǎng)波區(qū)不符。1900年6月，瑞利提出了瑞利-金斯輻射定律，但是，這一公式卻只有在長(zhǎng)波區(qū)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合，而在短波區(qū)不符。由于輻射能量與頻率ν的平方成正比，因此當(dāng)波長(zhǎng)接近紫外時(shí)，能量為無限大!即在紫色端發(fā)散。這一結(jié)果后來被埃倫菲斯特(P.Ehrenfest)稱為“紫外災(zāi)難”。普朗克將代表短波方向的維恩公式和代表長(zhǎng)波方向的實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合在一起，得到普朗克輻射定律。Ml維恩線瑞利－金斯線普朗克線實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.能量子

普朗克量子假說輻射黑體中分子和原子的振動(dòng)可視為線性諧振子，這些線性諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)下，諧振子的能量不能取任意值，只能是某一最小能量

的整數(shù)倍。能量不連續(xù)，只能取某一最小能量的整數(shù)倍!!!!!h=6.65×10-34焦耳·秒普朗克的能量子假說，對(duì)能量連續(xù)的觀點(diǎn)形成了嚴(yán)重沖擊，人們只承認(rèn)普朗克公式，卻不接受他的能量子假說。就連普朗克本人也不能正確理解能量子的物理意義。對(duì)此，他的心情非常矛盾，一方面直覺告訴他：這個(gè)發(fā)現(xiàn)不同尋常，另一方面他又總想回到經(jīng)典理論的立場(chǎng)上去。他說：“在將作用量子h引入理論時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能保守從事；這就是說，除非業(yè)已