牛顿在家躲瘟疫时干了什么?红外线温度计啥原理?(下)

作者: admin 分类: 科学 发布时间: 2021-08-22 22:25

        那么这个黑体辐射的规律到底是什么呢?我们首先要说两个科学家啊,这两个科学家呢一个科学家名字叫斯特藩,还有一个科学家呢。名字叫波尔兹曼。这两个人呢各自独立的研究出来的一个黑体辐射的规律啊,布尔斯曼,所以我们称之为斯特藩波尔兹曼定律。4到8波尔斯曼定律说的是什么呢?他说呀温度越高的物体,它黑体辐射辐射的能力越强。如果我们把单位面积辐射的功率叫做P的话,那么这个P。

        可以写作是七个嘛,再乘以T的4次方,这个规律就叫斯特凡波尔斯曼定律。咱们解释一下啊,这里面的这个P就是这个物体。单位面积,它的辐射功率啊单位面积的辐射功率。而这里边这个T叫绝对温度绝对温度。就是以零下273.15摄氏度为零点的这么一个温度,那么它应该是等于摄氏温度加273.15是吧?比如说呃零摄氏度,它就是273.15开尔文啊。还有一个西格马,他是一个常数,这个西格玛叫斯特番波耳兹曼常数,他等于5.67乘以10的负8次方,单位比较复杂。我就不写了,反正是个常数。

        利用这个规律,我们就会发现温度越高的物体。他单位面积上辐射的功率就越大啊,温度越低的物体,它辐射的功率越小。我们举个例子啊,比如说太阳。太阳人们最开始啊想知道太阳的温度,不知道瞎猜。后来有了斯特凡波尔斯曼定律,这事就好办了。人们测出来了,太阳的表面上。

        单位面积上辐射的功率,这个攻略是6乘以10的7次方瓦特每平方米就是一平方米的太阳,表面辐射功率是6乘10的。妻子王瓦特。然后你把这个P带到这里边去一算,就算是太阳表面的温度了,温度多少啊,温度是5700开尔文,这就是人类第一次算出太阳表面温度的方法。当然我们也可以研究,我们说那如果是一个人呢,我们有一个红外线测温仪,这个红外线测温仪也可以收集我们额头上单位面积辐射的功率。过一侧说有一个人,他单位面积辐射的功率是530瓦特每平方米。然后我带进去带进去预算,发现这个人的温度是311开尔文。算成摄氏度是37.8摄氏度,有点发烧啊。啊所以你通过测量这个单位面积辐射的功率就可以换算出来你的体温是多少。

        这个呢其实就是红外线测温仪的原理。那有同学可能会说啊,这明明是电磁波测量原理,它不是红外线,你为什么管它叫红外线测温仪呢?你为什么不叫紫外线测温仪呢?这是因为吧每一个物体它温度不一样的时候,它辐射的这个不同波长的光能量也不一样。这又涉及到一个定律,叫做韦恩。维恩位移定律。维恩位移定律啊,如果位于定义是什么呢?人们呢仔细的去研究了研究了一下,说不同波长下它的辐射功率强度有什么样的变化。

        横坐标呢是波长。啊,不同的波长,纵坐标呢是一小段波长内辐射的功率啊,一小段波长内辐射的功率。人们发现呢不管在什么样的温度下,波长短的管和波长长的光。其实辐射都是很弱的,大部分的这个电磁辐射都集中在波长中等的这么一个部位,而且不同温度下还不一样。比如说在1000开尔文的时候,他的这个辐射情况可能是这样的。这是一千开尔文的时候啊,那么到了两千开尔文的时候呢,两千开尔文他就变这样。

        这是两千开尔文,你发现了什么吗?首先每一个波长下辐射的强度都增加了,但是同时它有一个峰值波长。他这个峰值波长变得比原来短了。那如果是3000开尔文呢,他就变这样。这是3000开尔文,你会发现哦,每一个情况下,每一个波长它的辐射功率都变大,同时峰值波长就辐射最强的这个波长。又变短了。韦恩,那针对这个规律提出的一个定律叫做维恩位移定律,峰值波长等于一个常数,再除以温度,这里面long的就叫峰值波长T就是他的绝对温度,而B就是一个长。

        树啊B等于2.898乘以10的负3次方这么大。好,现在我们来研究一下啊,假如有一个人他的温度是311开,我带入是不是?这个人啊,他的温度311开尔文,我把它带入到这个公式里去,就可以算出人的峰值波长。这个人辐射的电磁波啊,它的峰值波长。是9300纳米,9300纳米是在哪个范围内呢?大家看红外线的波长范围是760纳米到1毫米之间,9300纳米在红外线范围内。所以呢如果这个人体温30多度的话,那么它的辐射的光主要是集中在红外这个波段的啊,其他的波段比较少。所以呢我们就管这种测温方式叫什么?叫红外线测温仪啊。这个维恩位移定律也可以解释为什么不同的铁块儿它颜色不一样,就是最开始铁块温度低的时候,它辐射的光的峰值集中在红外这个波段,所以看不见。

        后来呢你的温度高了一点之后,它逐渐进入到红光。如果你温度再高的,他疯直播上更变的。更短了就变成黄色了,对吧?所以温度不同的物体,它辐射出来的光颜色是不一样的啊,这个我们称之为文位于定律。那么一说呢到这里呀,我们就已经解释了全部的啊这个红外线测温仪的原理了。不过呢我们还要多说两句,人们到此止步了吗?发现这些规律就行了嘛,肯定不是这样的啊,科学家们还会继续想,我们能不能从理论上解释为什么辐射的情况是这样的一个规律呢?啊,于是。卡文迪许实验室的主任,第三代瑞利男爵,他们一些人就提出了一个公式,称之为瑞利金斯公式。那么这个瑞利金斯公式呢。就是希望从经典的热力学统计物理以及电磁学去解释为什么一个物体他发出的辐射是满足这样一个规律的。那么经过一顿推导啊,最后呢瑞金斯公式写成这个样子。就是啊一小段波长内辐射的功率等于什么呢?等于2ckt除以lama的4次方,这里边儿C是光速啊,是个常数,K是波尔兹曼,常熟T就是绝对温度的。

        啊,温度越高的时候辐射的越强,没问题。那么呢是波长,你会发现按照这个公式会有什么结果呢?就是波长长的时候,这功率小,它和右半部非常满足。但是波长如果非常短,这个功率会趋近于无穷大。但是你看我们这个图像可不是我们这个图像是波长很短的光辐射,其实也是很弱的。于是他就会出现这样一个问题,就是啷们的趋向于零的时候。这个单位波长内的辐射会趋向于无穷的,这个显而易见,他是不符合物理事实的,对吧?人们管它叫做什么?叫做紫外灾难。但是你明明就是从热力学统计物理搞出来的,按说那是不应该错的。但为什么最后呢你会发现他不符合实验事实呢?人们死活也想不清楚,直到有一天呢有一个伟大的物理学家横空出世了。他的名字就叫普朗克啊,普朗克说,如果我们想解释这件事,我们必须做一个假设。振动的带电粒子能量不是连续的,而是一份一份的,每一份能量就叫一个能量词。

        能量自也叫量子,一个量子能量有多大呢?就亦不期笼等于H乘以new,其中这个H叫普朗克常数,6.63乘以10的负34次方。焦耳秒啊妞呢叫频率,这就是一个量子的能量啊,你宏观上看能量好像是连续的,那是因为一个样子,能量非常小啊。普朗克呢通过这一点出发,然后再次去研究这个公式,最后终于得出了一个自己的公式。叫普朗克公式,普朗克公式是一小段波长,辐射的功率等于2派hc方除以N的5次方,再乘以一除以异议的。HC除以k tl的生命减一啊,这公式这么复杂,咱们也不用去管他。但是我们至少要知道普朗克这个公式出来了之后,你会发现呢这个公式跟黑体辐射的实验规律非常非常吻合。不仅如此,当这个波长非常长的时候,他就会近似于瑞利金斯公式。而且从他还能够导出这个vn位一定对的。这说明什么?说明普朗克公式是非常美好的,是吧?非常完美的。过呢当时的物理学界啊对于能量是连续的,有一种非常固执的偏爱。

        所以这个普朗克说能量是渔村一份的啊,那大家都不相信是吧?所以普朗克也迟迟得不到其他人的认可。甚至连普朗克自己呢都动摇了,直到后来呢比普朗克更加大胆的科学家爱因斯坦出现了,他借用了普朗克这个观点,解释了光电效应一样,人们才发现哦,原来普朗克说的好像是对的。啊,爱因斯坦呢在1918年的时候提名普朗克成为诺贝尔物理学奖获得者,结果普朗克就真的获奖了。后来作为回报呢,1921年的时候,普朗克又提名爱因斯坦获诺贝尔奖,最后爱因斯坦也终于获奖了。那么如果你提名我获诺贝尔奖,我也提名你获得,关键咱俩一起获奖了。这种情况就称之为共轭诺贝尔奖。所以说呢普朗克和爱因斯坦其实就是一对共轭诺贝尔奖。从普朗克开始啊,物理学有的一个新的分支,那就是量子力学。虽然对量子力学的本质问题啊,现在还有很多的争论,但是并不影响量子力学在生活中方方面面的应用。比如说激光就要用到量子力学啊,半导体物理员工的量子力学。

        所以如果没有量子力学的话,我们没有激光,没有光纤。同时也没有手机,我们就不能上网看视频了。所以科学家们就是这样,哪怕最开始研究的就是一个铁块儿的颜色。为什么不同这种简单的问题,他们经过深入的思考,总会获得比原来这个问题丰硕很多的成果。哪怕是在发生了五分之一人死亡的。个伦敦大瘟疫的时候呢,真正的科学家也不会放弃他的思考。大家如果喜欢我的视频,可以在youtube账号多少尸体订阅我点击小铃铛可以第一时间获得更新信息。

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