普朗克黑体辐射公式使用指南
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:
大部分参考资料会告诉你,h=6.6256×10−34J⋅sh=6.6256\times 10^{-34} J\cdot sh=6.6256×10−34J⋅s,k=1.38×10−23J/Kk=1.38\times 10^{-23} J/Kk=1.38×10−23J/K,c 为光速单位 m/s,λ\lambdaλ 为波长,单位是μm\mu mμm。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⋅μm−1W \cdot m^{-2} \cdot \mu m^{-1}W⋅m−2⋅μm−1,那么先来看C2C_2C2:
C2=chk=m⋅s−1⋅J⋅sJ⋅K−1=m⋅K=106μm⋅KC_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 KC2=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 10610^6106,最终C2=14388μm⋅KC_2 = 14388\mu m\cdot KC2=14388μm⋅K。
到这步,C2/λTC_2/ \lambda TC2/λT已无量纲,再来看C1C_1C1:
C1=2πhc2=J⋅s⋅m2⋅s−2=W⋅m2C_1 = 2 \pi h c^2 = J\cdot s \cdot m^2 \cdot s^{-2}=W \cdot m^2C1=2πhc2=J⋅s⋅m2⋅s−2=W⋅m2,此处需注意 M 的单位中用的是μm\mu mμm,那么C1/λ5C_1/ \lambda ^5C1/λ5的单位也必须是W⋅m−2⋅μm−1W \cdot m^{-2} \cdot \mu m^{-1}W⋅m−2⋅μm−1,具体来看:
C1/λ5=W⋅m2μm5=W⋅m−2m4μm5=1024W⋅m−2μm4μm5=W⋅m−2⋅μm−1C_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C1C_1C1的计算结果需要乘以 102410^{24}1024,最终C1=3.7418×108W⋅m−2⋅μm4C_1 = 3.7418\times 10^8 W \cdot m^{-2} \cdot \mu m^4C1=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C2=14388μm⋅KC_2 = 14388\mu m\cdot KC2=14388μm⋅K,C1=3.7418×108W⋅m−2⋅μm4C_1 = 3.7418\times 10^8 W \cdot m^{-2} \cdot \mu m^4C1=3.7418×108W⋅m−2⋅μm4,然后输入单位为μm\mu mμm的波长,单位为 K 的温度,或者单位为W⋅m−2⋅μm−1W \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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