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创新思维经典案例.ppt

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文档介绍

文档介绍:创新思维经典案例
经验公式
通过对实验数据进行分析,可以得到
1〕斯特藩-玻耳兹曼定律 (Stefan-Boltzmann law)
黑体的辐出度〔即图19-2中曲线与横坐标轴所围的面积〕与黑体的热力学温度的四次方成正比,即
MB(T) = T4
其中比例系数 = 108 W m2 K4,称为斯特藩常量(Stefan constant)。
2〕维恩位移定律 (Wien displacement law)
当黑体的热力学温度T升高时,与单色辐出度MB(,T)的最大值相对应的频率m以同样的比例向高频方向移动,即m  T 。
理论说明
为了说明上述实验结果 ,人们进行了理论研究。
在热平衡的条件下,小孔的单色辐出度MB(,T)应该与空腔内的能量密度u(,T) 成正比。
维恩公式〔Wien formula〕
1896年,德国物理学家维恩〔Wien,1864-1928年〕把空腔内的热辐射与气体分子类比,得到了一个能量密度按频率分布的公式
u(,T) =A 3eB/T
式中的常量A和B由实验确定。
瑞利-金斯公式
1900年6月,英国物理学家瑞利(Rayleigh, 1842—1912年)发表论文批评维恩在推导辐射公式时引入的假设不可靠。他利用电磁波振动模型导出了一个新的辐射公式,后经金斯〔Jeans, l877—1946年〕改进,合称瑞利—金斯公式〔Rayleigh-Jeans Wien formula〕
u(,T) = 82kT/c3
公式中c为光速,k为玻尔兹曼常量,没有需要用实验确定的待定常量。
矛盾与问题
上述两个理论公式与实验数据的比照方下图,绿线为维恩公式,红线为瑞利-金斯公式,而兰色为实验结果。
维恩公式在理论上不够严格,与实验不完全符合可以理解。
瑞利-金斯公式是严格按照经典电磁场理论和经典统计物理理论导出的,它在高频〔短波〕局部与实验的矛盾不可调和,给物理学界带来很大困惑,在当时被称为是“紫外灾难〞,它动摇了经典物理的根底。
归纳与猜测
在得知上述理论与实验的矛盾之后,德国物理学家普朗克〔Max Planck,1858-1947年〕坚信实践第一的观点,认为理论仅仅在符合实际时才是正确的。
维恩公式仅在高频局部是正确的,而瑞利-金斯公式仅在低频局部才正确,一个在全频范围内都正确的公式应该以瑞利-金斯公式为低频极限,而以维恩辐射定律为高频极限,即