普朗克黑体辐射公式使用指南

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普朗克黑体辐射公式使用指南

2024-05-26 20:14| 来源: 网络整理| 查看: 265

普朗克黑体辐射公式避坑(实用,告别疑惑):

最近想要使用普朗克公式反函数计算星上亮温。看了很多论文、教材和课件,发现一些常量的量纲甚至值都存在差异,找了半天也没个标准的,索性全试了一遍,结果就是一个都不对,问题来了,他们怎么根据这个公式写出的论文呢,很是费解,是我浅薄了吗。o(╥﹏╥)o 痛定思痛,必须要自己发现问题!改正问题!于是找出普朗克函数的公式重新推了一遍量纲,原始普朗克公式: 在这里插入图片描述 大部分参考资料会告诉你, h = 6.6256 × 1 0 − 34 J ⋅ s h=6.6256\times 10^{-34} J\cdot s h=6.6256×10−34J⋅s, k = 1.38 × 1 0 − 23 J / K k=1.38\times 10^{-23} J/K k=1.38×10−23J/K,c 为光速单位 m/s, λ \lambda λ 为波长,单位是 μ m \mu m μm。上述的值还是比较可靠的,但是有意思的来了,按上述量纲输入到公式中,计算的结果明显是错误的(不信可以试试),需要重新核对一遍量纲是否正确。 首先 M 为光谱辐射度,单位为 W ⋅ m − 2 ⋅ μ m − 1 W \cdot m^{-2} \cdot \mu m^{-1} W⋅m−2⋅μm−1,那么先来看 C 2 C_2 C2​: C 2 = c h k = m ⋅ s − 1 ⋅ J ⋅ s J ⋅ K − 1 = m ⋅ K = 1 0 6 μ m ⋅ K C_2 = \frac{ch}{k}=\frac{m \cdot s^{-1}\cdot J\cdot s}{J \cdot K^{-1}}=m\cdot K=10^6 \mu m\cdot K C2​=kch​=J⋅K−1m⋅s−1⋅J⋅s​=m⋅K=106μm⋅K,因此要注意,此处计算出来的结果一定要乘以 1 0 6 10^6 106,最终 C 2 = 14388 μ m ⋅ K C_2 = 14388\mu m\cdot K C2​=14388μm⋅K。 到这步, C 2 / λ T C_2/ \lambda T C2​/λT已无量纲,再来看 C 1 C_1 C1​: C 1 = 2 π h c 2 = J ⋅ s ⋅ m 2 ⋅ s − 2 = W ⋅ m 2 C_1 = 2 \pi h c^2 = J\cdot s \cdot m^2 \cdot s^{-2}=W \cdot m^2 C1​=2πhc2=J⋅s⋅m2⋅s−2=W⋅m2,此处需注意 M 的单位中用的是 μ m \mu m μm,那么 C 1 / λ 5 C_1/ \lambda ^5 C1​/λ5的单位也必须是 W ⋅ m − 2 ⋅ μ m − 1 W \cdot m^{-2} \cdot \mu m^{-1} W⋅m−2⋅μm−1,具体来看: C 1 / λ 5 = W ⋅ m 2 μ m 5 = W ⋅ m − 2 m 4 μ m 5 = 1 0 24 W ⋅ m − 2 μ m 4 μ m 5 = W ⋅ m − 2 ⋅ μ m − 1 C_1/ \lambda ^5= \frac{W \cdot m^{2}}{\mu m^5} = W \cdot m^{-2} \frac{m^4}{\mu m^5}=10^{24} W \cdot m^{-2} \frac{\mu m^4}{\mu m^5}= W \cdot m^{-2} \cdot \mu m^{-1} C1​/λ5=μm5W⋅m2​=W⋅m−2μm5m4​=1024W⋅m−2μm5μm4​=W⋅m−2⋅μm−1,也就是说 C 1 C_1 C1​的计算结果需要乘以 1 0 24 10^{24} 1024,最终 C 1 = 3.7418 × 1 0 8 W ⋅ m − 2 ⋅ μ m 4 C_1 = 3.7418\times 10^8 W \cdot m^{-2} \cdot \mu m^4 C1​=3.7418×108W⋅m−2⋅μm4。 好了推完了,总结一下,即正确的(实用的)公式中 C 2 = 14388 μ m ⋅ K C_2 = 14388\mu m\cdot K C2​=14388μm⋅K, C 1 = 3.7418 × 1 0 8 W ⋅ m − 2 ⋅ μ m 4 C_1 = 3.7418\times 10^8 W \cdot m^{-2} \cdot \mu m^4 C1​=3.7418×108W⋅m−2⋅μm4,然后输入单位为 μ m \mu m μm的波长,单位为 K 的温度,或者单位为 W ⋅ m − 2 ⋅ μ m − 1 W \cdot m^{-2} \cdot \mu m^{-1} W⋅m−2⋅μm−1的黑体辐射 M,就可以愉快地玩耍普朗克公式了。 (经自身验证可行,如有错误或理解不当之处请告知,感谢!也祝愿大家在科研中少踩点坑!)



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