维恩分布定律的研究

维恩是一位理论、实验都有很高造诣的物理学家。他所在的研究单位叫德国帝国技术物理研究所（Physikalisch Technische Rei−chsanstalt），简称 PTR，以基本量度基准为主要任务。当时正值钢铁、化工等重工业大发展的时期，急需高温量测、光度计、辐射计等方面的新技术和新设备，所以，这个研究所就开展了许多有关热辐射的实验。所里有好几位实验物理学家后来对热辐射作出了重大贡献，其中有鲁本斯（Heinrich Rubens，1865—1922）、普林舍姆、卢梅尔

（OttoRichardLummer，1860—1925）和库尔班（Ferdi−nandKurlbaum， 1857—1927）。

1895 年，维恩和卢梅尔建议用加热的空腔代替涂黑的铂片来代表黑体，使得热辐射的实验研究又大大地推进了一步。随后，卢梅尔和普林舍姆用专门设计的空腔炉进行实验。（本来维恩和卢梅尔合作，后来维恩离开了柏林，就改由普林舍姆和卢梅尔合作）。他们用的加热设备如图 5−19。

■图 5−19 卢梅尔等人用于加热空腔的双壁煤气炉

这时，柏林大学有一位理论物理学家，叫普朗克（MaxPlanck，1858

—1947），也对热辐射的研究发生了兴趣。普朗克经常参加 PTR 的讨论会。由于他在热力学领域有深厚造诣，很自然地就接替维恩，成了这群实验物理学家中间的理论核心人物。

维恩分布定律在 1893 年发表后引起了物理学界的注意。实验物理学家力图用更精确的实验予以检验；理论物理学家则希望把它纳入热力学的理论体系。普朗克认为维恩的推导过程不大令人信服，假设太多，似乎是凑出来的。于是从 1897 年起，普朗克就投身于研究这个问题。他企图用更系统的方法以尽量少的假设从基本理论推出维恩公式。经过二三年的努力，终于在 1899 年达到了目的。他把电磁理论用于热辐射和谐振子的相互作用，通过熵的计算，得到了维恩分布定律，从而使这个定律获得了普遍的意义。

然而就在这时，PTR 成员的实验结果表明维恩分布定律与实验有偏差。1899 年卢梅尔与普林舍姆向德国物理学会报告说，他们把空腔加热到 800—1400K，所测波长为 0.2—6μm，得到的能量分布曲线基本上与维恩公式相符，但公式中的常数，似乎随温度的升高略有增加。第二年 2 月，他们再次报告，在长波方向（他们的实验测到 8μm）有系统偏差。图 5−20 是当时他们用来表示偏差的对数曲线。

■图 5−20 卢梅尔和普林舍姆的等色线根据（5−5）式，应有

lnu=ln（bλ−5）−a/λT

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～ T 曲线应为一根直线。然而，他们的结果却是温度越高，偏

离得越厉害。

接着，鲁本斯和库尔班将长波测量扩展到 51.2μm。他们发现在长波区域辐射能量分布函数（即能量密度）与绝对温度成正比。

普朗克刚刚从经典理论推导出的辐射能量分布定律，看来又需作某些修正。正在这时，瑞利从另一途径也提出了能量分布定律。