2022-2023学年高二物理竞赛课件：辐射热力学理论

1 辐射热力学理论 2 2、吉布斯函数的G-H方程 也称为吉布斯-亥姆霍兹方程 3 1.热辐射：具有一定温度的物体可以发射电磁波，我们称之为热辐射。 2.平衡辐射（或空腔辐射）：辐射体对电磁波的吸收和辐射达到平衡，热辐射的特性将只取决于温度，与辐射体的其它性质无关。 3.辐射压强P：当电磁波投射到物体上时，它对物体所施加的压强。可以证明辐射压强与能量密度有如下关系： 4.绝对黑体：一个物体在任何温度下都能够把投射到它上面的任何频率的电磁波全部吸收。 3 自然界中没有真正的绝对黑体，但可以制造具有绝对黑体性质的装置。 4 对于空窖（黑体）模型，辐射内能密度u（T）和内能的分布（按电磁波频率）只取决与温度，与其他性质无关。辐射场热力学函数为： G=0 5 结论：平衡辐射能量密度与绝对温度T四次方成正比 积分常数 黑体辐射内能： 6 平衡辐射的熵 没有积分常数，V=0时不存在辐射场。 可逆绝热过程中辐射场的熵不变 7 平衡辐射时 G=0 统计物理学部分将看到，结果与光子数不守恒有关。 黑体辐射的吉布斯函数 8 二、斯特藩—玻耳兹曼定律 和基尔霍夫定律 1.斯特藩—玻耳兹曼定律 辐射通量密度Ju（单位时间通过单位面积向一侧辐射的辐射能量） 与辐射能量密度之间存在关系： 其中 斯特藩—玻耳兹曼定律 9 推导： dA σ 称为斯特藩常量，5.669×10-8W·m-2·K-4       10 2. 基尔霍夫定律 吸收因子αω：单位时间单位面积上在ω附近被物体吸收的百分比。 面辐射强度eω：单位时间单位面积上在ω附近单位频率从物体表面辐射的能量。 11 当辐射和吸收达到平衡时，即： 称为基尔霍夫定律，它描述了物质对各种频率电磁波的发射和吸收频率之间的关系。（任何频率处的面辐射强度与吸收因数之比对所有物体都相等）。 吸收因数为1 的物体称为黑体。 12 焓态方程 它给出了在温度保持不变时焓随压强的变化率与物态方程的关系。 13 了解辐射场热力学基本内容 辐射场热力学函数-内能： U(T,V) = u(T)V = aT 4V 熵： 吉布斯函数： G = 0 斯特藩—玻耳兹曼定律 $