热辐射研究发展简史

1800 年，赫谢尔在观察太阳光谱的热效应时发现了红外线，并且证明红外线也遵守折射定律和反射定律，只是比可见光更易于被空气和其他介质吸收。1821 年，塞贝克（T.J.Seebeck，1780—1831）发现温差电现象并用之于测量温度。1830 年，诺比利（L.Nobili，1784—1835）发明了热辐射测量仪。他用温差电堆接收包括红外线在内的热辐射能量， 再用不同材料置于其间，比较它们的折射和吸收作用。他发现岩盐对热

辐射几乎是完全透明的，后来就用岩盐一类的材料做成了各种适用于热辐射的“光学”器件。

与此同时，别的国家也有人对热辐射进行研究。例如：德国的夫琅和费在观测太阳光谱的同时也对光谱的能量分布作了定性观测；英国的丁铎尔（J.Tyndall，1820—1893）、美国的克罗瓦（A.P.P.Crova，1833

—1907）等人都测量了热辐射的能量分布曲线。

其实，热辐射的能量分布问题很早就在人们的生活和生产中有所触及。例如：炉温的高低可以根据炉火的颜色判断；明亮得发青的灼热物体比暗红的温度高；在冶炼金属中，人们往往根据观察凭经验判断火候。因此，很早就对热辐射的能量分布问题发生了兴趣。

美国人兰利（Samuel Pierpont Langley，1834—1906）对热辐射做过很多工作。1881 年，他发明了热辐射计，可以很灵敏地测量辐射能量

（图 5−17）。为了测量热辐射的能量分布，他设计了很精巧的实验装置， 用岩盐作成棱镜和透镜，仿照分光计的原理，把不同波长的热辐射投射到热辐射计中，测出能量随波长变化的曲线，从曲线可以明显地看到最大能量值随温度增高向短波方向转移的趋势（图 5−18）。1886 年，他用罗兰凹面光栅作色散元件，测到了相当精确的热辐射能量分布曲线。

■图 5−17 兰利的热辐射计。他用四个铂电阻丝组成电桥，从检流计测出电阻的温度变化

■图 5−18 兰利的能量分布曲线（横坐标表示光谱位置）

兰利的工作大大激励了同时代的物理学家从事热辐射的研究。随 后，普林舍姆（Ernst Pringsheim，1859—1917）改进了热辐射计；波伊斯（Charles Vernon Boys，1855—1944）创制了微量辐射计；帕邢

（Friedtich Paschen，1865—1947）又将微量辐射计的灵敏度提高了多倍。这些设备为热辐射的实验研究提供了极为有力的武器。

与此同时，理论物理学家也对热辐射展开了广泛研究。1859 年，基尔霍夫证明热辐射的发射本领 e（v，T）和吸收本领 a（v，T）的比值与辐射物体的性质无关，并提出了黑体辐射的概念。1879 年，斯忒藩（Josef Stefan，1835—1893）总结出黑体辐射总能量与黑体温度四次方成正比的关系：E=σT4。1884 年这一关系得到玻尔兹曼从电磁理论和热力学理论的证明。1893 年，维恩（WilhelmWien，1864—1928）提出辐射能量分布定律：

u = bλ −5 e-α/ λt

（5 − 5）

这就叫维恩分布定律，其中 u 表示能量随波长λ分布的函数，也叫能量密度，T 表示绝对温度，a、b 为两个任意常数。

从公式（5−5）可得维恩位移公式：

λmT=const.（5−6）

即：对应于能量分布函数 u 最大值的波长λm 与温度 T 成反比。