以下文章来源于物理文化与施郁世界线 ，作者施郁
物理文化与施郁世界线.
评述科学的思想、方法、历史、人物，以及鲜为人知的有趣故事，传播科学精神，弘扬科学文化，特别是物理文化。由施郁教授主持，以本人文章为主。
作者丨施郁
热辐射
物体保持一定温度，即达到热平衡时，电磁辐射（简称辐射）是各种频率电磁波的混合，而且能量分布与物质结构无关，称为热辐射。温度不太高时，辐射基本上都不可见；随着温度的升高，物体发红；温度更高时，物体发白。辐射落在物体上，有反射，有吸收，物体自身也发射辐射。热辐射的研究需要结合电磁学与热力学和统计物理。
▲ 黑体颜色随温度的变化，横坐标的单位是绝对温度。
1859年，基尔霍夫提出热辐射的基尔霍夫定律：物体的发射本领与吸收本领之比只取决于温度和频率，是一个与物体无关的普适量。某个频率的发射本领是单位时间单位面积发射的该频率辐射的能量谱密度。可以证明，发射本领等于辐射本身的能量谱密度乘以1/4的光速。它对于频率的积分给出单位时间单位面积发射的总能量。吸收本领则是单位时间落在物体单位面积上的辐射被吸收的比例。
吸收本领为1的物体叫做黑体，也就是说，黑体只有吸收和发射，没有反射。因此将基尔霍夫定律用到黑体，得到普适量就是这个频率的黑体辐射能量谱密度乘以1/4的光速。实验上直接测量的是辐射强度，即单位时间单位面积单位立体角辐射的能量谱密度，等于发射本领除以π，也就是黑体辐射能量谱密度乘以光速除以4π。
1879年，斯特番（Josef Stefan）给出一个经验规律，物体单位时间单位面积发出的总能量正比于温度的4次方。这是有缺陷的，因为只有黑体才有这个规律。
1881年，兰利发现，太阳光谱中最热的部分是橙色，而不是红色。
1884年，玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）从理论上证明，黑体满足斯特番定律。
1893年，维恩（Wilhelm Wien）从理论上提出，辐射的能量谱密度（正比于辐射强度）等于频率的3次方乘以一个频率除以温度的函数，由此验证了斯特番定律，并推导出维恩位移定律：给定温度下，辐射强度作为波长的函数，最大值对应的波长与温度的乘积是一个常数。
▲ 黑体辐射的辐射强度的几个公式的比较，普朗克（Planck）公式与实验完全一致。
1895至1901年，卢默（Otto Lummer）, 普林舍姆（Ernst Pringsheim）, 库尔班（Ferdinand Kurlbaum），鲁本斯（Heinrich Rubens）测量了黑体辐射在不同频率的辐射强度，给出了对频率的依赖关系，与温度有关，并证明了维恩定律。
1900年6月，斯特拉特（John William Strutt）,也就是瑞利勋爵（Lord Reyleigh），使用能量均分定理（每个自由度的平均动能是RT/2N,T为温度，R是理想气体常数，N是阿伏伽德罗常数，后来人们定义R/N为玻尔兹曼常数），得到能量谱密度（正比于辐射强度）。用波长表示时，它正比于温度除以波长的4次方；用频率表达时，它是温度乘以频率的平方。对于短波长（或者说高频率），这个理论结果与实验偏离很大。为了消除这个紫外灾难，他乘上指数衰减因子。
END
更多精彩文章请点击下面“蓝字”标题查看：
CALL FOR PAPERS｜《物理与工程》征稿量子世纪年中国大学物理教育MOOC联盟2023年工作会议（扩大）暨典型案例交流会 会议纪要2023年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会 会议纪要2023 年全国高等学校物理基础课程青年教师讲课比赛在喀什大学举办全国大学物理实验教学对口支援（智力援疆）研讨会在新疆师范大学举办王青教授：理解王中林院士“拓展的麦克斯韦方程组”“碰瓷”麦克斯韦：伽利略协变和洛伦兹协变电磁场论趣谈热点：运动介质洛伦兹协变电磁理论2021年《物理与工程》优秀论文、优秀审稿专家、优秀青年学者名单王青教授：源自苏格拉底的问题驱动式教育——在互动中共同学习和成长读后感：教育中的现实和远方王青教授：昨晚（6月9日），清华电动力学期末考试朱邦芬院士：“减负”误区及我国科学教育面临的挑战《物理与工程》2023年第4期目录乐永康：新冠肺炎疫情防控下美国物理实验教学及中美情况对比顾牡：对于重新制定的《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》的认识和体会朱邦芬院士：从基础科学班到清华学堂物理班朱邦芬院士：对培养一流拔尖创新人才的思考李学潜教授：物理是一种文化李学潜教授：如何帮助物理系学生迈过从高三到大一这个坎穆良柱：物理课程思政教育的核心是科学认知能力培养穆良柱：什么是物理及物理文化？穆良柱：什么是ETA物理认知模型穆良柱：什么是ETA物理教学法吴国祯教授：我的国外研究生经历印象——应清华大学物理系“基科班20年·学堂班10年纪念活动”而写
陈佳洱，赵凯华，王殖东：面向21世纪，急待重建我国的工科物理教育王亚愚教授：清华物理系本科人才培养理念与实践葛惟昆教授：关于中外人才培养的几点思考安宇教授：为什么传统的课堂讲授模式需要改变安宇教授：其实教学就是积累的过程刘玉鑫教授：关于本科生物理基础课程教学和教材编著的一些思考沈乾若：重创理科教育的美加课程改革Henderson C：美国研究基金支持下的物理教育研究及其对高等物理教育的影响《物理与工程》期刊是专注于物理教育教学研究的学术期刊，是中国科技核心期刊，1981年创刊，欢迎踊跃投稿，期刊投审稿采编平台：
http://gkwl.cbpt.cnki.net
欢迎关注
《物理与工程》微信公众号
继续滑动看下一个轻触阅读原文
物理与工程向上滑动看下一个
原标题：《科普｜热辐射》