烤箱有辐射吗_(风炉烤箱有辐射吗)

在19世纪末20世纪初,物理学家们试图弄清楚为什么热的东西在不同的温度下发光并发出不同的光。事实证明,研究这些问题的最佳工具是烤箱。当物理学家开始计算这个方程时,他们的理论与烤箱的测量结果非常吻合,以至于人们开始称之为“紫外线灾难”。最终解决了这个问题的物理学家认为自己的解决方案只是一个数学噱头。仅仅几年后,人们才意识到他意外地发现了量子力学。

热力学挑战

到19世纪末,物理学家已经知道,当我们加热一个物体时,它会发出电磁辐射。问题是他们不知道自己发射的辐射波长和辐射量。他们观察到,较热的物体比较冷的物体发出的光更蓝,换句话说,它们发出的光波长更短,但没有人建立起这种联系的方程式。

物理学家喜欢简化。他们首先考虑理想化的例子,然后推断出现实世界中所有混乱和复杂的情况。因此,在1860年,德国物理学家古斯塔夫·基尔霍夫(GustavKirchhoff)提出了一种球形辐射牛,在这种辐射牛中,由于温度的原因,它发出的光是唯一的。换句话说,它是一个完美的发射器。没有投射或反射入射光。它吸收并转化为热量,然后再转化为辐射。基尔霍夫称这个假想的物体为黑体。基尔霍夫向物理学家提出了一个挑战:测量和解释黑体辐射是如何随温度变化的?

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维恩分布

在接下来的几十年里,科学界收集了一些关键事实。首先,热使物质的粒子来回振动;其次,物质中含有大量的正负电荷;最后,当你振动电荷时,它们会发出电磁辐射。因此,有理由猜测,热的东西发光的原因是内部电荷在加热和振动时会释放辐射。

这一假设在19世纪90年代带来了一些突破,但也带来了一些令人头痛的问题。第一个突破来自德国物理学家威廉·维恩(williamwien),他提出了一个极具争议的假设:他提出的反弹粒子是一个分子,而分子理论在当时并没有被完全接受。然而,运用热力学定律,维恩提出了一个合理的分布规律:对于任何给定的温度,随着频率的增加,辐射首先迅速上升,然后逐渐下降。当时,它符合所有的经验数据。

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直到1899年,维恩分布定律似乎非常可靠。他甚至在1911年获得了诺贝尔奖。但有一个大问题:真正的黑体并不存在。维恩和他的同事们意识到,通过更接近真实的黑体,他们可以获得更好的测量结果:一个侧面有一个小孔的完全封闭的烤箱。几乎所有进入洞内的光线都会在洞内反弹,直到被完全吸收。因此,几乎所有溢出的辐射都是由烤箱内部的热量产生的。

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1899年,当人们对维恩分布定律感到兴奋时,实验人员报告了一种新的使用烘箱法的高精度测量,但消息并不好。维恩定律或多或少适用于可见光和紫外光,但研究人员对红外的研究越深入,理论的偏差就越大。

瑞利-金斯定律

事实上,英格兰莱利长期以来一直在理论上质疑韦恩。瑞利专注于称为均分定理的原理,即能量是相等的,它喜欢在所有可用的运动中平均分配自己。瑞利将这一概念应用于不同波长辐射之间的热能分布。他提出了一个基于均分的不同公式。根据他的公式,温度越高,所有波长的辐射都会越亮。瑞利的建议,现在被称为瑞利-金定律,完全符合维恩定律中失败的频谱部分。

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但就连赖利也注意到了一个明显的问题。根据瑞利-金公式,当电磁辐射的频率越来越高时,其辐射的能量接近无穷大。换句话说,每一个绝对温度高于零度的物体都应该发出无限量的紫外线。这显然是错误的,它赢得了“紫外线灾难”的称号。

所以物理学家被困住了。一方面,我们有维纳定律,它对短波很有效,但与长波实验不一致;另一方面,瑞利-金斯定律适用于长波,但短波则是灾难性的荒谬。

普朗克

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最后,我们熟悉这个链接。物理学的救世主马克斯·普朗克出现了。他想出了一个主意,把两条曲线缝在一起。他使用了一些数学技巧,使普朗克公式在短波长下类似于维恩定律,在长波长下类似于瑞利-金定律。普朗克的猜测完全符合数据,适用于所有波长。他发现,为了使方程有意义,一些项必须是整数,也就是说,能量必须是离散的。普朗克发现了量子力学。

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