普朗克如何将两个半经验公式组合成黑体辐射公式和推导普朗克关系?

华丽创想
时间:2024-10-08 16:24:08

普朗克如何将两个半经验公式组合成黑体辐射公式和推导普朗克关系?

普朗克如何将两个半经验公式组合成黑体辐射公式和推导普朗克关系?这个问题涉及到物理学中的一个重要突破和发现。在本文中,我们将深入探讨这个问题,并解释普朗克是如何通过组合公式和推导关系来解决这个难题的。

黑体辐射公式的组合

普朗克在研究黑体辐射时,发现了两个半经验公式:维恩位移定律和斯特藩-玻尔兹曼定律。维恩位移定律描述了黑体辐射的波长与其温度之间的关系,而斯特藩-玻尔兹曼定律则描述了黑体辐射功率与温度之间的关系。

普朗克的关键思路是将这两个公式进行合并,得出一个能够完整描述黑体辐射的公式。他通过对维恩位移定律和斯特藩-玻尔兹曼定律的分析和推导,最终得出了著名的普朗克黑体辐射公式。

这个公式的形式如下:

$$B(\lambda, T) = \frac{{2hc^2}}{{\lambda^5}} \frac{1}{{e^{\frac{{hc}}{{\lambda k_B T}}}-1}}$$

其中,$B(\lambda, T)$ 表示黑体辐射的辐射强度,$\lambda$ 表示波长,$T$ 表示温度,$h$ 表示普朗克常数,$c$ 表示光速,$k_B$ 表示玻尔兹曼常数。

推导普朗克关系

普朗克关系是指黑体辐射的总辐射功率和温度之间的关系。通过对普朗克黑体辐射公式的分析和推导,普朗克得出了这一重要的关系。

普朗克关系的表达式如下:

$$P(T) = \int_0^{\infty}B(\lambda, T)d\lambda = \sigma T^4$$

其中,$P(T)$ 表示黑体辐射的总辐射功率,$\sigma$ 表示斯特藩-玻尔兹曼常数。

通过对普朗克黑体辐射公式的积分,可以得到上述的普朗克关系。这个关系揭示了黑体辐射的特性,对于理解和描述物体的辐射行为有着重要的意义。

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