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{{Multiple issues|1=
{{expand|content=发射率和灰体、理想模型、现实实现|time=2014-03-26T14:55:10+00:00}}
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{{NoteTA|G1 = 物理學}}
{{not|黑體 (字體)}}
<!-- 檔案不存在 [[Image:blackbody  lg.png|thumb|303px|當黑體的[[溫度]]降低時，[[黑體輻射]]曲線峰值會移向較低[[強度]]和更長[[波長]]的位置。黑體輻射曲線圖可以和經典模型[[瑞利-金斯定律]]相比較。]] -->
[[File:PlanckianLocus.png|thumb|303px|黑體輻射的顏色（[[色度]]）設根據黑體的溫度變化的；這些顏色的[[軌跡]]，如上面的[[CIE1931色彩空間]]圖所示，為剛普朗克軌跡（或稱為黑體軌跡）。]]

在[[熱力學]]中，'''黑体'''（{{lang-en|Black body}}），是一个理想化的物体，它能夠[[吸收]]外来的全部[[电磁辐射]]，並且不會有任何的[[反射 (物理学)|反射]]與[[透射]]。隨著[[溫度]]上升，黑體所輻射出來的[[電磁波]]與光線則稱做[[黑體辐射]]。這個名詞在1862年由[[古斯塔夫·基爾霍夫]]所提出並引入[[熱力學]]內。

== 定義簡述 ==
黑體對於任何[[波长]]的[[电磁波]]的吸收係数为1，[[透射係数]]为0。但黑體未必是黑色的，即使不反射任何的電磁波，它也可以放出電磁波，而這些電磁波的波長和能量則全取決於黑體的[[溫度]]，不因其他因素而改變。

對於人的視覺而言，黑體在700[[絕對溫標|K]]以下時看起來是黑色的，這是由於在700K之下的黑體所放出來的輻射能量很小且輻射波長在[[可見光]]範圍之外。若黑體的溫度高過上述的溫度的話，黑體則不會再是黑色的了，它會開始變成紅色，並且隨著溫度的升高，而分別有橘色、黃色、白色等顏色出現，即黑體吸收和放出電磁波的過程遵循了[[光譜]]，其[[軌跡]]为剛普朗克軌跡（或稱為黑體軌跡）。[[黑體輻射]]實際上是黑體的[[熱輻射]]。在黑體的光譜中，由於高溫引起高頻率即短波長，因此較高溫度的黑體靠近光譜結尾的藍色區域而較低溫度的黑體靠近紅色區域。

在室溫下，黑體放出的基本為[[紅外線]]，但當溫度漲幅超過了百度之後，黑體開始放出[[可見光]]，根據溫度的升高過程，分別變為紅色，橙色，黃色，白色和藍色。當黑體變為白色的時候，它同時會放出大量的[[紫外線]]。

黑体单位表面積積的[[辐射通量]]<math>P</math>与其温度的四次方成正比，即：
:<math>P=\sigma T^4</math>
式中<math>\sigma</math>称为[[斯特藩-玻爾茲曼常數]]，又稱為斯特藩常数。

黑體的放射過程引發物理學家對[[量子場]]內的[[熱平衡]]狀態的興趣。在[[經典物理]]中，所有熱平衡的傅里葉模型都遵循[[能量均分定理]]。當物理學家使用經典物理解釋黑體時，不可避免的發生了[[紫外災變]]<ref>{{Cite web|title=The Ultraviolet Catastrophe|url=http://vergil.chemistry.gatech.edu/notes/quantrev/node3.html|accessdate=2020-05-09|work=vergil.chemistry.gatech.edu|archive-date=2020-05-22|archive-url=https://web.archive.org/web/20200522100312/http://vergil.chemistry.gatech.edu/notes/quantrev/node3.html|dead-url=no}}</ref>，即用於計算黑體輻射強度的[[瑞利-金斯定律]]在輻射頻率趨向於無窮大時計算結果也趨向於無窮大。由於黑體可以用於檢驗熱平衡的性質，因為它放出的輻射遵循[[熱力學]][[散射]]，歷史上對黑體的研究成為了[[量子物理]]開始的契機。

== 細節 ==
在實驗室內，研究者們可以模擬最靠近黑體的設備是大型空腔表面所開的一個小洞。只要有光線射向這個小洞，光線便會在空腔內反射或者被空腔內的牆壁所吸收，而只剩下微乎極微的光線可以再由洞口射出，亦即入射的光線幾乎都被吸收了，而沒有反射。如此，這個小洞就有如一個黑體一般，而且當空腔開始加熱以後，小洞發出來的輻射所形成的[[光譜]]將會以量子化计算且和空腔材質無關。依據[[克希荷夫熱輻射定律]]，光譜的圖形只和空腔的[[溫度]]有關，而和其他因素沒有關係。

== 解釋 ==
=== 黑體模擬裝置 ===
[[File:Black_body_realization.svg|thumb|right|由小孔形成的黑體]]
通常，可以用一個開有小孔的腔體模擬黑體。射入小孔的電磁波經過多次反射后也難以射出，可以認爲電磁波被完全吸收。因此這個小孔就成爲一個黑體。但對於波長大於小孔直徑的電磁波，將有部分被反射，因此對於這部分電磁波而言，小孔并不是黑體。<ref>{{Cite web|title=Purcell's Black Body Box|url=https://sciencedemonstrations.fas.harvard.edu/presentations/purcells-black-body-box|accessdate=2020-05-09|work=sciencedemonstrations.fas.harvard.edu|language=en|archive-date=2020-08-08|archive-url=https://web.archive.org/web/20200808004005/https://sciencedemonstrations.fas.harvard.edu/presentations/purcells-black-body-box|dead-url=no}}</ref>

<br />

== 黑體的實現 ==
<small>''黑體的實現是指現實世界的物理體現。''</small>

=== Cavity with a hole ===
1898年，奧托·魯默（Otto Lummer）和費迪南德·庫爾鮑姆（Ferdinand Kurlbaum）<ref>{{Cite book|chapter=The Historical Development of Quantum Theory|url=https://books.google.com.hk/books?id=W5kyppVPyesC&pg=PA42&lpg=PA42&dq=Otto+Lummer+Ferdinand+Kurlbaum&source=bl&ots=oD6B90ghni&sig=ACfU3U32NFYM8xjlQVtE6zzwIdEX_9Aa8Q&hl=zh-TW&sa=X&ved=2ahUKEwiWk9is7abpAhVmzIsBHYD3AN4Q6AEwAHoECAYQAQ#v=onepage&q=Otto%20Lummer%20Ferdinand%20Kurlbaum&f=false|publisher=Springer Science & Business Media|date=2000-12-28|isbn=978-0-387-95174-4|language=en|first=Jagdish|last=Mehra|first2=Helmut|last2=Rechenberg|title=|access-date=2020-05-09|archive-date=2022-05-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20220504130422/https://books.google.com.hk/books?id=W5kyppVPyesC&pg=PA42&lpg=PA42&dq=Otto+Lummer+Ferdinand+Kurlbaum&source=bl&ots=oD6B90ghni&sig=ACfU3U32NFYM8xjlQVtE6zzwIdEX_9Aa8Q&hl=zh-TW&sa=X&ved=2ahUKEwiWk9is7abpAhVmzIsBHYD3AN4Q6AEwAHoECAYQAQ#v=onepage&q=Otto%20Lummer%20Ferdinand%20Kurlbaum&f=false|dead-url=no}}</ref>發表了他們的腔輻射源的論文。至今為止，它們的設計在輻射測量方面幾乎沒有改變。 它是鉑金盒壁上的一個孔，被隔膜隔開，其內部被氧化鐵塗黑。 它是逐步改進測量結果的重要組成部分，從而導致了普朗克定律的發現。1901年描的版本，其內部被鉻，鎳和氧化鈷的混合物塗黑。<ref>{{Cite web|title=Black Body Radiation *|url=https://quantummechanics.ucsd.edu/ph130a/130_notes/node48.html|accessdate=2020-05-09|work=quantummechanics.ucsd.edu|archive-date=2019-05-21|archive-url=https://web.archive.org/web/20190521190333/https://quantummechanics.ucsd.edu/ph130a/130_notes/node48.html|dead-url=no}}</ref>

=== Near-black materials ===
人們感興趣於用於偽裝的類黑體材料和用於雷達隱身的雷達吸收材料。它們還可以用作太陽能收集器和[[热成像仪|紅外熱探測器]]。作為一種理想的輻射發射器，具有黑體行為的熱物質會產生高效的紅外加熱器，尤其是在無法使用[[对流传热|對流加熱]]的空間或真空中。它們還可以用作望遠鏡和照相機的減反射表面，以減少雜散光，並收集有關高對比度區域中物體的信息（例如，觀察[[恆星]]周圍的[[行星]]），由於黑體的物質會吸收光來自非目標的來源。

人們早就知道，漆黑的塗層會使物體接近黑色。在製造的[[碳納米管]]中發現了對[[碳煙]] ( lamp-black )的改進。納米多孔材料可以達到接近真空的折射率，在一種情況下，其平均反射率為0.045％<ref>{{Cite journal|title=Blacker than black|url=https://www.nature.com/articles/nnano.2008.29|last=Chun|first=Ai Lin|date=2008-01-25|journal=Nature Nanotechnology|doi=10.1038/nnano.2008.29|pages=1–1|language=en|issn=1748-3395|access-date=2020-05-09|archive-date=2020-08-01|archive-url=https://web.archive.org/web/20200801205037/https://www.nature.com/articles/nnano.2008.29|dead-url=no}}</ref>。 2009年，一支日本科學家小組基於垂直排列的單壁碳納米管，創建了一種接近於理想黑體的納米黑材料。在從紫外線到遠紅外區域的光譜範圍內，它吸收了98％至99％的入射光。

幾乎完美的黑色材料的其他示例是通過化學刻蝕鎳磷合金(nickel–phosphorus alloy)，垂直排列的碳納米管陣列( vertically aligned carbon nanotube arrays ) 和花朵碳納米結構 ( flower carbon nanostructures ) ；<ref>{{Cite journal|title=Dandelion-Like Carbon Nanotubes for Near-Perfect Black Surfaces|url=https://doi.org/10.1021/acsanm.9b01950|last=Ghai|first=Viney|last2=Singh|first2=Harpreet|date=2019-12-27|journal=ACS Applied Nano Materials|issue=12|doi=10.1021/acsanm.9b01950|volume=2|pages=7951–7956|last3=Agnihotri|first3=Prabhat K.}}</ref> 都吸收99.9％或更多的光。（[[奈米碳管黑體]]）

== 參考文獻 ==
{{reflist}}

== 参见 ==
* [[黑体辐射]]
* [[普朗克公式]]
* [[白体 (物理学)]]
* [[基尔霍夫热辐射定律]]
* [[斯特藩－玻尔兹曼定律]]

[[Category:红外线]]
[[Category:热力学]]
[[Category:传热]]
[[Category:電磁輻射]]
[[Category:天体物理学]]