黑体辐射实验

2020年02月03日版本：2

了解黑体辐射研究的发展历史:
1. 1790年皮克泰（M.A.Pictet）认识到了热辐射问题，把它从热传导中区别开来，并认识到它的直线传播性质，热辐射被明确的提出来作为物理学研究的对象；1800年赫谢耳（F.W。Herschel）发现了红外线；1850年，梅隆尼（M.Melloni）提出在热辐射中存在可见光部分。
2. 基尔霍夫定律、斯特藩-玻尔兹曼定律、维恩位移定律、瑞利·金斯公式、“紫外灾难”、普朗克黑体辐射公式、威廉·维恩1911年诺贝尔物理学奖、马克斯·普朗克1918年诺贝尔物理学奖等；
了解黑体辐射的应用，包括：
1. 遥感、测温、医学
2. 热成像、刑侦、军事
3. 空间散热与航天技术
4. 加热、控温
5. 天文学、宇宙学

基本现象和实验内容：热辐射现象，验证导致量子论产生的普朗克定律：
1.  （I类）黑体辐射谱的特征，黑体辐射谱与温度的关系；
2.  （II类）测量普朗克常数、第一辐射常数C1 和第二辐射常数 C2;
基本方法及技术：光谱法；
设备仪器操作：
1.  （I类）溴钨灯光源及控制器，黑体辐射仪，红外光光谱仪、可见光光谱仪；
2.  （II类）用虚拟黑体辐射实验仪；
基本要求：
1.  （I类）可见光光波谱仪与红外光光谱仪的校正；
2.  （II类）提出实验方案，再根据需要配备或提供相关的仪器和元器件；用虚拟实验仪扫描测量辐射表面及其环境的红外辐射。
3.  （各类）数据定量分析

实验内容：
1. （I类）热辐射现象及其定量规律；
2. （III类）辐射面及其环境的红外成像；
基本方法及其原理：通过相对低温的热辐射实验，认识影响热辐射的温度、距离、表面发射系数等因素及其与热辐射的定量关系
基本技术：温度控制技术；热辐射传感器；
设备仪器操作:
1. （I类）黑体辐射红外辐射源，红外测量装置、热辐射传感器、数字万用表、可编程直流电源、计算机、手持式红外测温仪；
2. （III类）简易红外温度计。（针对工科学生）
提升要求（I类）：
1. 用提供的线缆连接热辐射实验装置和数据采集仪；
2. 测量物体的辐射面温度对物体辐射强度大小的影响：
3. 测量物体在不同辐射距离的辐射强度；
4. 更换不同的辐射面，测量不同粗糙度辐射表面的发射系数;
5. 分析与数据处理，包括对平面辐射源（非点源）的辐射强度修正。
提升要求（III类）：
1. 搭建扫描红外成像系统，获得不同温度、不同发射系数表面、或具有平面缺陷的红外成像图;
2. 分析影响扫描成像质量的主要因素，选择合理的实验条件和仪器参数进行测量；
3. 分析实验过程中误差的主要因素，采取合理的数据处理方法，扣除本底，提高成像质量.

实验内容：
1. 如何有效、完整地扣除实验环境背景辐射的贡献，热辐射传感器的校正及其应用；
要求
1. 了解热偶堆热辐射传感器结构与工作原理；
2. 应用能量守恒定律与能量传递过程，分析电加热能、电磁辐射能与辐射计读数之间的定量关系，比较带透镜和不带透镜的辐射传感器，讨论非接触式测温的具体实施方案；
3. 讨论实验环境的辐射对传感器的影响及如何有效地、全面地扣除，定量分析实验结果，是否与斯特藩-玻尔兹曼定律相符；
拓展（选）：
1. 测量不同材料的防辐射能力；
2. 与科学前沿结合的相关内容。

实验内容：基于LabVIEW编程管理的自动控制与数据采集
技术：LabVIEW管理由具有NI通信协议的非NI专业仪器设备构成的实验系统
要求：
1. 用LabVIEW对实验过程进行控制和数据采集；
2. 基于LabVIEW控温程序，实现匀速升温和匀速降温，并在其控制的温度下准连续测量辐射度随温度的变化

斯特藩-玻尔兹曼定律、维恩位移定律、普朗克黑体辐射公式；赛贝尔（Seebeck）效应，PID控温。

热噪声测量、热电势测量、天文观测、……

欢迎大家留言讨论！ — 乐永康 2019/12/05 13:01

感谢何振辉老师提供第一版内容！ — 乐永康 2020/01/29 21:22

根据与熊老师讨论结果，更新了一版。有关参考文献待补充。请乐老师再开辟一栏“参考文献”。
—何振辉 2020/02/03/15:47

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