理想黑体
可以吸收所有照射到它表面的
电磁辐射
,并将这些辐射转化为热辐射,其
光谱特征
仅与该黑体的温度有关,与黑体的材质无关。从
经典物理学
出发推导出的维恩定律在低频区域与
实验数据
不相符,而在高频区域,从经典物理学的
能量均分定理
推导出
瑞利-金斯定律
又与实验数据不相符,在辐射频率趋向无穷
大时
,能量也会变得无穷大,这种结果被称作为“
紫外灾变
”。1900年10月,
马克斯·普朗克
将维恩定律加以改良,又将
玻尔兹曼熵
公式重新诠释,得出了一个与实验数据完全吻合的
普朗克公式
来描述黑体辐射。但是在诠释这个公式时,通过将物体中的原子看作微小的
量子谐振子
,他不得不假设这些量子谐振子的总能量不是连续的,即总能量只能是离散的数值(经典物理学的观点恰好相反)。
后来,普朗克进一步假设单独量子谐振子吸收和放射的
辐射能
是量子化的。
所谓黑体是指入射的
电磁波
全部被吸收,既没有反射,也没有透射(当然黑体仍然要向外辐射)。
基尔霍夫辐射定律
(Kirchhoff),在
热平衡状态
的物体所辐射的能量与
吸收率
之比与物体本身
物理性质
无关,只与波长和温度有关。按照基尔霍夫辐射定律,在一定温度下,黑体必然是辐射本领最大的物体,可叫作完全辐射体。
黑体辐射是指由理想放射物放射出来的辐射,在特定温度及特定波长放射最大量之辐射。同时,黑体是可以吸收所有入射辐射的物体,不会反射任何辐射,但黑体未必是黑色的,例如太阳为
气体星球
,可以认为射向太阳的电磁辐射很难被反射回来,所以认为太阳是一个黑体(
绝对黑体
是不存在的)。理论上黑体会放射频谱上所有波长的电磁波。
维恩位移定律
是描述黑体电磁辐射
能流密度
的
峰值波长
与自身温度关系的定律。