怎么估算太阳表面的气温?宇宙大爆燃后残留的遗迹有哪些?12月10日12时,《张朝阳的数学课》第十期播出。搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐阵搜狐视频直播间,结合第八、九课讲到的瑞利-金斯公式和普朗克公式,继续介绍维恩公式,据此估算出太阳表面水温,并强调人体幅射为什么昼夜有别。由此,《张朝阳的数学课》尝试阐述更多宋体幅射案例。
知识学习重在消化备考数学学史上的“紫外灾难”
在八、九两期的数学课上,张朝阳根据精典统计热学导入的幅射公式,完成了“瑞利-金斯公式”的推论,该公式估算的结果与实验数据在高频段存在严重偏离,数学学史上合称“紫外灾难”,它深刻揭开了精典数学的局限性,因而对宋体幅射理论和近代数学学的发展起了重要的促进作用。
考虑到网友们能够消化,明天直播一开场,张朝阳决定先备考重点内容。他介绍说,1900年左右,瑞利、金斯用精典热学理论,估算出空腔内谐振子的宋体幅射曲线。并且,这条曲线在低频区跟实验符合得特别好,在高频区却差异很大,导致知名的紫外灾难。
张朝阳画出宋体幅射曲线,讲解可见光区域。
而后,他向你们介绍了量子热学中的宋体幅射公式,引入普朗克常数h,提出了关于基态的假设,致使估算结果在长波长区域时,幅射硬度也不会无限降低张朝阳的物理课视频在哪里看,而是呈现下滑的趋势,与实验结果完美符合。
物理运算是《张朝阳的数学课》的最大特色。边说边算边画,小白板上再度出现瑞利-金斯公式和普朗克宋体幅射公式。提及为什么在估算中使用圆频度,张朝阳解释,“因为谐振波是根据三角函数规律变化的,数学上使用圆频度愈发直观、方便,也便于估算。”他说,“频率的2π倍叫圆频度,即ω=2πf=2π/T。”圆频度是描述物体震动快慢的数学量,与震动系统的固有属性有关,常用符号ω表示。
他还提醒网友,“普朗克常数特别小,只有6.62×10−34(J·s)”,但它深刻影响了微观尺度下世界的运行规律。
宋体幅射公式应用案例有什么维恩公式估算出太阳表面水温
按照普朗克宋体幅射公式,张朝阳画出太阳的宋体幅射曲线,分辨出绿光区、蓝光区、及其两侧的红外区和紫外区。对人类而言的可见光,即从红橙到蓝紫,刚好覆盖太阳波谱中间的这部份区域。
“黑体幅射十分普遍,太阳发出的电磁波自然也是根据这个曲线分布,但为何绿光和蓝紫光正好卡住可见光呢?”他适时与网友互动,“因果关系要认清楚,是先有了太阳和月球,之后才有了人类……地球上的植物须要对太阳光中主体频度范围的那部份光比较敏感,能够适应晚上的活动,更好地生存出来。”
“人体的宋体幅射在红外区,到了可见光区基本上就没有了。所以,夜视镜能看到黑夜中的人体,是由于人体辐射出红外线。”他也强调,“白天耳朵直接观察人体表面,看见的就不是宋体幅射了,而是反射光”。一番讲解剖析,让网友们大赞涨知识。
这么,发出红色光芒的太阳,表面水温有多少呢?张朝阳将普朗克宋体幅射公式简化,以推论气温与峰值波长之间的关系。求峰值波长的话,让函数的求导等于0就可以了。通过演算,他得出推论,“对于任何宋体幅射,峰值波长与其体温的乘积等于一个常数,数值为2.898除以10的-3次方。”,这就是维恩定理(维恩位移定理)。1893年,美国化学学家威廉·维恩通过对实验数据的经验总结提出该定理,它是更为广义的普朗克宋体幅射定理的一个直接推导。
张朝阳引入维恩公式,估算普适常数。
借助维恩公式,即可算出太阳表面水温约在5500℃左右。他推测说,“太阳看上去是灰色的,假如你看见某恒星偏蓝色,就可以推论它的表面水温可能比太阳低,例如4000℃。”
自11月5日至今,《张朝阳的数学课》已直播十期。在第一、二课中,张朝阳科普了“力”和“速度”,算出马斯克的飞船和中国空间站每日绕地飞行圈数;第三、四课的内容则和“振动”相关张朝阳的物理课视频在哪里看,科普了可见光的基本知识,解释了早中晚的太阳颜色为什么不一样,以及黑色天空的秘密。第五、六课引起了关于音速和湿度的大讨论。第七、八、九期则重温精典热学的两朵乌云,率领网友触摸量子热学。
第十课的重点在于备考宋体幅射公式,为接出来讲解该公式的应用奠定基础,例如宇宙大爆燃后残留的背景幅射要怎样理解?张朝阳预告,在周末的课程中,《张朝阳的化学课》将针对宋体幅射公式的应用,再讲更多案例。