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  • 威廉·維恩

    威廉·維恩

    威廉·維恩(Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien,1864年1月13日—1928年8月30日),德國物理學(xué)家,研究領(lǐng)域為熱輻射與電磁學(xué)等。1911年,他因?qū)τ跓彷椛涞任锢矸▌t貢獻,而獲得諾貝爾物理學(xué)獎;鹦巧嫌幸粋隕石坑以他的名字命名。

    人物生平

    威廉·維恩(Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien)男,1864年1月13日出生在東普魯士(現(xiàn) 俄羅斯)的菲施豪森(Fischhausen), 德國物理學(xué)家,研究領(lǐng)域為熱輻射與電磁學(xué)等。他的父親卡爾·維恩(Carl Wien)是地主。

    威廉·維恩1898年與路易絲·梅勒(Luise Mehler)結(jié)婚,有4個孩子。

    威廉·維恩的表弟馬克斯·維恩(Max Wien)是高頻電子技術(shù)的先驅(qū)。

    1893年,維恩經(jīng)由熱力學(xué)、光譜學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)等理論支援,發(fā)現(xiàn)了 維恩位移定律,并應(yīng)用于黑體等學(xué)術(shù)理論,揭開量子力學(xué)新領(lǐng)域。

    1911年,他因?qū)τ跓彷椛涞任锢矸▌t貢獻,而獲得 諾貝爾物理學(xué)獎。

    威廉·維恩

    維恩是 柏林、 格丁根、 維也納、 斯德哥爾摩、 奧斯陸和 華盛頓等科學(xué)學(xué)會的會員, 法蘭克福物理學(xué)會的榮譽會員。

    火星上有一個 隕石坑以他的名字命名。

    1879年在拉斯滕堡(Rastenburg)、1880年至1882年在海德堡讀中學(xué)。

    中學(xué)畢業(yè)后,1882年在 哥廷根大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),同年轉(zhuǎn)去 柏林大學(xué)。

    1883年至1885年在 赫爾曼·馮·亥姆霍茲的實驗室工作,

    1886年獲得博士學(xué)位,論文題目是光對金屬的衍射,以及不同材料對折射光顏色的影響。此后,由于維恩的父親生病,維恩不得不回去幫助管理他父親的土地。期間他有一個學(xué)期跟隨亥姆霍茲。

    1887年完成了金屬對光和熱輻射的導(dǎo)磁性實驗。

    一直到1890年,父親的土地變賣后,維恩回到亥姆霍茲的身邊,作為他的助手在國家物理工程研究所工作,為工業(yè)課題做研究。

    1892年在 柏林大學(xué)獲得大學(xué)任教資格。

    1896年前往 亞琛工業(yè)大學(xué)物理學(xué)教授,以接替 菲利普·萊納德。

    1899年在 吉森大學(xué)任物理學(xué)教授。

    1900年赴 維爾茨堡大學(xué)接替 倫琴,同年出版了教科書《流體力學(xué)》(Hydrodynamik)。

    1902年,他曾被邀請接替玻耳茲曼出任 萊比錫大學(xué)的物理學(xué)教授,但他拒絕了這個邀請

    1906年,被邀請接替保羅·德魯?shù)拢≒aul Drude)出任 柏林大學(xué)的物理學(xué)教授,但他拒絕了這個邀請。

    1920年底前往慕尼黑,再次接替?zhèn)惽,直?928年逝世。

    學(xué)術(shù)研究

    在國家物理工程研究所,維恩與路德維!せ魻柌鳎↙udwig Holborn)一起研究用 勒沙特列(Le Chatelier)溫度計測量高溫的方法,同時對 熱動力學(xué)進行理論研究,尤其是熱輻射的定律。

    維恩位移定律

    1893年,維恩提出波長隨溫度改變的定律,后來被稱為 維恩位移定律。

    1894年他發(fā)表了一篇關(guān)于輻射的溫度和熵的論文,將溫度和熵的概念擴展到了真空中的輻射,在這篇論文中,他定義了一種能夠完全吸收所有輻射的理想物體,并稱之為 黑體。

    維恩輻射定律

    1896年他又發(fā)表了維恩公式,即維恩輻射定律,給出了這種確定黑體輻射的關(guān)系式,提供了描述和測量高溫的新方法。雖然后 來被證明維恩公式僅適用于短波,但維恩的研究使得普朗克能夠用量子物理學(xué)方法解決熱平衡中的輻射問題。維恩也因為這一研究成果獲得了1911年的諾貝爾物理學(xué)獎。

    1896年前往亞琛接替 菲利普·萊納德后,他在那里建立實驗室研究真空中的靜電放電.

    對陰極射線

    1897年開始研究陰極射線,借助帶萊納德窗的高真空管,他確認了 讓·巴蒂斯特·皮蘭兩年前的發(fā)現(xiàn),即陰極射線由高速運動的帶負電的粒子(電子)組成。幾乎與 約瑟夫·湯姆孫在劍橋發(fā)現(xiàn)電子的同時,維恩用與湯姆孫不同的方法測量到了這些粒子帶電量和質(zhì)量的關(guān)系,并且得出了與湯姆孫相同的結(jié)果,即它們的質(zhì)量只有氫原子的一千分之一。

    1898年維恩又研究了歐根·戈爾德施泰因(Eugen Goldstein)發(fā)現(xiàn)的陽極射線,指出它們的帶正電量與陰極射線的帶負電量相等,他測量了它們在磁場和電場影響下的偏移,并得出陽極射線由帶正電的粒子組成,并且它們不比電子重的結(jié)論。維恩所使用的方法在約20年后形成了質(zhì)譜學(xué),實現(xiàn)了對多種原子及其同位素質(zhì)量的精確測量,以及對原子核反應(yīng)所釋放能量的計算。

    1900年維恩發(fā)表了一篇關(guān)于力學(xué)的電磁學(xué)基礎(chǔ)的理論論文,此后又繼續(xù)研究陽極射線,并在1912年發(fā)現(xiàn),在并非高真空的環(huán)境下,氣壓不是非常弱時,陽極射線通過與殘余氣體的原子碰撞,會在運動過程中損失并重得它們的帶電量。

    1918年他再次發(fā)表對陽極射線的研究結(jié)果,他測量了射線在離開陰極后,發(fā)光度的累積減少過程,通過這些實驗,他推斷出在經(jīng)典物理學(xué)中所稱的原子發(fā)光度的衰退,對應(yīng)于量子物理學(xué)中的原子處于活躍狀態(tài)的時間有限。

    維恩的這些研究成果,為從 牛頓的經(jīng)典物理學(xué)向量子物理學(xué)過渡做出了貢獻,正像 馬克斯·馮·勞厄(1914年諾貝爾物理學(xué)獎)所說的,維恩的不朽的榮耀是“他為我們打開了通往量子物理學(xué)的大門”(英語:He led us to the very gates of quantum physics)。

    維恩公式

    維恩因發(fā)現(xiàn)熱輻射規(guī)律——維恩位移定律和建立黑體輻射的維恩公式,獲得了1911年度諾貝爾物理學(xué)獎。

    19世紀末,人們已經(jīng)認識到熱輻射和光輻射都是 電磁波,并對輻射能量在不同頻率范圍內(nèi)的分布問題,特別是黑體輻射,進行了較深入的理論和實驗研究。維恩和 拉梅爾發(fā)明了第一個實用黑體——空腔發(fā)射體,為他們的實驗研究提供了所需的“完全輻射”。維恩在前人研究的基礎(chǔ)上于1893年提出了理想黑體輻射的位移定律:lmaxT=常數(shù)。該定律指出,隨著溫度的升高,與輻射能量密度極大值對應(yīng)的波長向短波方向移動。由于輻射通量密度與輻射能量密度之比為c/4,所以在測出對應(yīng)輻射通量密度極大值的lmax后,就可以根據(jù)維恩位移定律確定輻射體的溫度。光測溫度計就是根據(jù)這一原理制成的。

    接著,維恩研究了黑體輻射能量按波長的分布問題。他從熱力學(xué)理論出發(fā),在分析了實驗數(shù)據(jù)之后,得到了一個半經(jīng)驗的公式.即維恩公式。其中,El為在波長l處單位波長間隔的輻射能量;C1和C2是兩個經(jīng)驗參數(shù),通過符合實驗曲線來確定;T為平衡時的溫度。維恩公式在短波波段與實驗符合得很好,但在長波波段與實驗有明顯的偏離。后來,在進一步探索更好的輻射公式的過程中, 普朗克建立了與所有的實驗都符合的輻射量子理論。但是,在利用光學(xué)高溫計測量溫度時,人們?nèi)越?jīng)常采用維恩公式,因為它計算簡單且足夠精確。

    維恩圖

    維恩圖:也叫 文氏圖,用于顯示元素集合重疊區(qū)域的圖示。維恩圖的歷史,1880年,維恩(Venn)在《論命題和推理的圖表化和機械化表現(xiàn)》一文中首次采用固定位置的交叉環(huán)形式再加上陰影來表示邏輯問題(如圖1所

    示),這一表示方法,不僅讓邏輯學(xué)家無比激動——以致于19世紀后期、整個20世紀直到今天,還有許許多多的邏輯學(xué)家都對此潛心鉆研,在大量邏輯學(xué)著作中,Venn圖占據(jù)著十分重要的位置,而且,維恩圖還被應(yīng)用于數(shù)學(xué)學(xué)科中,尤其是被應(yīng)用于集合論當中。

    獲得榮譽

    維恩是柏林、 哥廷根、 維也納、 斯德哥爾摩、 奧斯陸和 華盛頓等科學(xué)學(xué)會的會員, 法蘭克福物理學(xué)會的榮譽會員。

    火星上有一個 隕石坑以他的名字命名。

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