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一种新型的热辐射效应:非互易性导致的基尔霍夫定律违反

科学探索万象经验2023-07-30

热辐射是指所有有限温度的物体都会发射出电磁波的现象。这些电磁波的波长和强度取决于物体的温度和材料。例如,太阳是一个高温的物体,它发射出可见光和一些不可见光。而人体是一个低温的物体,它发射出红外线等长波长的电磁波。

那么,如何描述物体发射出多少电磁波呢?这个问题可以用一个叫做发射率(e)的量来描述。发射率是指物体在某个波长、某个角度和某个极化方向上发射出的电磁能量与理想黑体在同样条件下发射出的电磁能量之比。理想黑体是一种假想的物体,它可以吸收所有入射到它上面的电磁波,也可以发射出最大可能的电磁波。理想黑体的发射率为1,而其他物体的发射率都小于1。

同样,我们如何描述物体吸收多少电磁波呢?我们可以用一个叫做吸收率(α)的量来描述。与上面描述的类似,吸收率是指物体在某个波长、某个角度和某个极化方向上吸收入射到它上面的电磁能量与入射到理想黑体上面的电磁能量之比。理想黑体的吸收率为1,而其他物体的吸收率都小于1。

1860年,德国物理学家基尔霍夫提出了一个定律,称为基尔霍夫定律或者热辐射定律。这个定律说,在平衡状态下,任何一个物体在某个波长、某个角度和某个极化方向上的发射率和吸收率是相等的。也就是说,α(λ, θ,χ, T)=e(λ, θ,χ, T)。这个定律说明了一个重要的原理:辐射和吸收是互逆的过程。如果一个物体在某种条件下能够很好地发射电磁波,那么它在同样条件下也能够很好地吸收电磁波。

基尔霍夫定律已经被认为是一个普遍适用的定律,它指导了我们设计和控制热辐射器件的方法。然而,最近有一些理论工作提出了一种可能违反基尔霍夫定律的机制:非互易性。非互易性是指一个系统在不同方向上表现出不同的性质。例如,在有外加磁场或者旋转运动时,一些材料或者结构会产生非互易性。