黑體又稱為普朗克輻射體或完全輻射體,屬于熱輻射(thermal radiation)或溫度輻射(temperature radiation)類型。能夠完全吸收任何波長(zhǎng)的入射輻射,并且具有最大發(fā)射率的物體稱為絕對(duì)黑體,可見黑體的光譜吸收比恒等于1。絕對(duì)黑體的光譜分布特性由普朗克公式給出,即 j:
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絕對(duì)黑體是一個(gè)理想的概念,在自然界中并不存在,但是可以用人工方法制造出接近于絕對(duì)黑體的人造黑體輻射源。
如圖2為開有小孔B的等溫腔體A,經(jīng)小孔B射入容器A的光線在多次反射后才能由B射出 J。設(shè)腔體內(nèi)表面的反射比為p,當(dāng)?shù)趎次反射時(shí)其反射的光能為入射光能的P“倍。由于p小于1,所以當(dāng) 足夠大時(shí), 就很小,即只有極少的光才能經(jīng)過孔B反射出去,因此孔B的吸收比幾乎等于1。這時(shí),孔B的輻射可以近似地看作一個(gè)絕對(duì)黑體的輻射。例如,在A的內(nèi)表面涂上一層吸收本領(lǐng)很強(qiáng)的黑色涂料,設(shè)其吸收比為9O%,反射比為1O%,那么經(jīng)過3次反射后,它就吸收了入射光的99.9%,非常接近于絕對(duì)黑體了。
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圖2小孔黑體腔
溫度為 的腔體A在吸收入射光輻射后,為了保持其溫度不變,根據(jù)能量守恒定律,它必然要從小孔B向外輻射出能量。這種輻射的波長(zhǎng)分布就是處于溫度 的普朗克輻射。但是,其入射輻射不一定是由溫度為 的物體發(fā)出的,所以由小孔B輻射出的能量的波長(zhǎng)分布,就可能與入射輻射的分布不同。
2光度學(xué)基本概念
日常生活中,所謂光的“明亮”這一用語是在不太嚴(yán)密的情況下使用的。如激光器發(fā)出的光很“亮”,但作為室內(nèi)照明就不具有充足的明亮度;又如采用幾支熒光燈作為室內(nèi)照明可以得到明亮的環(huán)境,但用一支就不夠亮。通常用單位體積的質(zhì)量即密度來比較物質(zhì)的輕重,同樣光的明亮程度也有必要用立體角、面積等進(jìn)行規(guī)格化后予以比較。把定量地測(cè)定光的明亮程度的科學(xué)稱為光度學(xué)(photometry);由光度學(xué)得到的規(guī)格化的明亮度量叫做光度量(photometric quantity)。
光度量都是用對(duì)應(yīng)的輻射量乘光視效能得到的。輻射量是其單位為焦耳(J)、瓦特(w)等的物理量;而光度量是由視覺心理來評(píng)價(jià)物理量時(shí)得到的量,稱為心理物理量(psychophysic~quantity)。光度量包括光能量、光通量、發(fā)光強(qiáng)度、照度、光出射度、亮度等。每個(gè)物理量都有確定的含義和單位,以下分別加以說明 。
2.1光能量(1uminous energy)Q
光能量定義為光通量與照射時(shí)間的乘積,其單位是流明·秒(1umen second),符號(hào)為lm·S。
如果光通量在照射時(shí)間之內(nèi)隨時(shí)間而變化,則其光能量為光通量對(duì)時(shí)間的積分。即:
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