專利名稱：熒光光譜測量玻爾茲曼常數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量玻爾茲曼常數(shù)的方法，尤其涉及一種熒光光譜測量玻爾茲曼 常數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
玻爾茲曼常數(shù)kB是熱力學溫度(開爾文，K)與能量的轉(zhuǎn)換因子，是玻爾茲曼統(tǒng)計 理論以及近代物理學微觀領(lǐng)域中的一個十分重要的常數(shù)，是反應物質(zhì)世界不連續(xù)特性的重 要標志之一。因此準確測定玻爾茲曼常數(shù)、用玻爾茲曼常數(shù)直接導出熱力學溫度單位的工 作在工業(yè)上溫度標定和實驗教學方面意義重大。玻爾茲曼常數(shù)的測量方法主要有噪聲測溫法、多普勒線展寬測溫法、介電常數(shù)氣 體測溫法及聲波氣體測溫法等幾種。還有其它一些方法，測量過程簡便或者實驗設備簡單 易得，包括利用PN結(jié)的伏安特性、布朗運動的攝影觀測等，一些已經(jīng)被用于教學實驗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種熒光光譜測量玻爾茲曼常數(shù)的方法，通過測量熒光 材料在不同溫度時的光譜，結(jié)合熱激發(fā)狀態(tài)下粒子分布符合的玻爾茲曼分布規(guī)律，對依賴 于溫度的光譜數(shù)據(jù)進行分析、計算，從而得到也的數(shù)值；本發(fā)明將玻爾茲曼常數(shù)與普朗克常 數(shù)以及真空中的光速這些常數(shù)聯(lián)系了起來，使得測量精度大大提高。本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，方法步驟為
步驟一、實現(xiàn)該方法的裝置包括激發(fā)光源、具有熱耦合能級的熒光材料、溫控元件、發(fā) 熱元件、色散元件、探測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊，激發(fā)光源的激發(fā)光束照射熒光材料，熒光材 料在溫控元件控制的發(fā)熱元件表面，熒光材料的反射光路上設有色散元件，色散元件的單 色光光路上設有探測模塊，探測模塊連接數(shù)據(jù)處理模塊；
步驟二、調(diào)節(jié)激發(fā)光源的激發(fā)光波長至熒光材料的熱耦合能級均參與輻射躍遷，測量 和記錄特定溫度下熒光材料的發(fā)射光譜，并計算熱耦合能級參與躍遷的兩條譜線的熒光發(fā) 射強度比值R，具體步驟如下
步驟2-1.通過調(diào)節(jié)溫控元件使發(fā)熱元件在200K到900K溫度范圍內(nèi)，設置熒光材料溫 度T ；
步驟2-2.用色散元件分解熒光材料的發(fā)射光，探測模塊記錄不同波長的發(fā)射強度，送 數(shù)據(jù)處理模塊變換、輸出和顯示，得到步驟2-1所述溫度下熒光材料的發(fā)射光譜；
步驟2-3.從步驟2-2所測得的熒光材料的發(fā)射光譜中選取兩條譜線，這兩條譜線分別 來源于熒光材料中兩個熱耦合能級各自參與的躍遷，計算兩條譜線的強度比R，由于處于這 兩個能態(tài)的粒子布居符合玻爾茲曼分布，而粒子布居數(shù)隊、N2決定了兩條譜線各自的熒光 強度，因此強度比R的計算式中包含了玻爾茲曼常數(shù)
權(quán)利要求
1. 一種熒光光譜測量玻爾茲曼常數(shù)的方法，其特征是方法步驟為 步驟一、實現(xiàn)該方法的裝置包括激發(fā)光源、具有熱耦合能級的熒光材料、溫控元件、發(fā) 熱元件、色散元件、探測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊，激發(fā)光源的激發(fā)光束照射熒光材料，熒光材 料在溫控元件控制的發(fā)熱元件表面，熒光材料的反射光路上設有色散元件，色散元件的單 色光光路上設有探測模塊，探測模塊連接數(shù)據(jù)處理模塊；步驟二、調(diào)節(jié)激發(fā)光源的激發(fā)光波長至熒光材料的熱耦合能級均參與輻射躍遷，測量 和記錄特定溫度下熒光材料的發(fā)射光譜，并計算熱耦合能級參與躍遷的兩條譜線的熒光發(fā) 射強度比值R，具體步驟如下步驟2-1.通過調(diào)節(jié)溫控元件使發(fā)熱元件在200K到900K溫度范圍內(nèi)，設置熒光材料溫 度T ；步驟2-2.用色散元件分解熒光材料的發(fā)射光，探測模塊記錄不同波長的發(fā)射強度，送 數(shù)據(jù)處理模塊變換、輸出和顯示，得到步驟2-1所述溫度下熒光材料的發(fā)射光譜；步驟2-3.從步驟2-2所測得的熒光材料的發(fā)射光譜中選取兩條譜線，這兩條譜線分別 來源于熒光材料中兩個熱耦合能級各自參與的躍遷，計算兩條譜線的強度比R，由于處于這 兩個能態(tài)的粒子布居符合玻爾茲曼分布，而粒子布居數(shù)K、N2決定了兩條譜線各自的熒光 強度，因此強度比R的計算式中包含了玻爾茲曼常數(shù)式中，i。為熱耦合能級J丫7=1，2)之間的能量差-,kB為玻爾茲曼常數(shù)，C1是僅與熒光材 料有關(guān)的常數(shù)；步驟三、調(diào)節(jié)溫控元件，重新設置熒光材料溫度T，并重復步驟二，得到不同溫度下所選 的兩條譜線的熒光發(fā)射強度比值，由步驟2-3中所得ιΓτ關(guān)系，即可擬合計算出ιΓτ關(guān)系中 包含在系數(shù)里的玻爾茲曼常數(shù)。
全文摘要
一種熒光光譜測量玻爾茲曼常數(shù)的方法，方法步驟為步驟一、實現(xiàn)該方法的裝置包括激發(fā)光源、具有熱耦合能級的熒光材料、溫控元件、發(fā)熱元件、色散元件、探測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊；步驟二、調(diào)節(jié)激發(fā)光源的激發(fā)光波長至熒光材料的熱耦合能級均參與輻射躍遷，測量和記錄特定溫度下熒光材料的發(fā)射光譜，并計算熱耦合能級參與躍遷的兩條譜線的熒光發(fā)射強度比值R；步驟三、即可擬合計算出R~T關(guān)系中包含在系數(shù)里的玻爾茲曼常數(shù)。本發(fā)明的技術(shù)效果是本測量方法使用的實驗組件較常見且維護成本低，操作簡便，重復性好，不易老化，可以用于工業(yè)工程的溫度校準、近代物理教學實驗等方面。
文檔編號G01N21/64GK102103085SQ20111003287
公開日2011年6月22日 申請日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月30日
發(fā)明者何興道, 岳俊昕, 張巍巍, 肖慧榮, 高益慶 申請人:南昌航空大學