维恩

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维恩的个人简介

维恩(Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien,1864年(甲子年)1月13日-1928年(戊辰年)8月30日)德国物理学家,研究领域为热辐射与电磁学等。1893年,维恩经由热力学、光谱学、电磁学和光学等理论支援,发现了维恩位移定律,并应用于黑体等学术理论,揭开量子力学新领域。1911年,他因对于热辐射等物理法则贡献,而获得诺贝尔物理学奖。

个人资料

出生日:1864年1月13日 出生地:东普鲁士菲施豪森(现俄罗斯普里莫尔斯克)

维恩逝世:1928年8月30日

逝世地:德国慕尼黑

研究领域:物理学家

著名成就:黑体辐射

国籍:德国

居住地:德国

研究机构:亚琛工业大学、维尔茨堡大学、慕尼黑大学。

格丁根大学柏林大学

导师:赫尔曼·冯·亥姆霍兹

获奖:诺贝尔物理学奖(1911年)

简介

维恩,1864年1月13日出生在东普鲁士(现俄罗斯)的菲施豪森,他的父亲卡尔·维恩是地主。1879年在拉斯滕堡至1882年在海德堡读中学。中学毕业后,1882年在格丁根大学学习数学,同年转去柏林大学。1883年至1885年在赫尔曼·冯·亥姆霍兹的实验室工作,1886年获得博士学位,论文题目是光对金属的衍射,以及不同材料对折射光颜色的影响。此后,由于维恩的父亲生病,维恩不得不回去帮助管理他父亲的土地。期间他有一个学期跟随亥姆霍兹,1887年完成了金属对光和热辐射的导磁性实验。一直到1890年,父亲的土地变卖后,维恩回到亥姆霍兹的身边,作为他的助手在国家物理工程研究所工作,为工业课题做研究。

1892年在柏林大学获得大学任教资格。1896年前往亚琛工业大学物理学教授,以接替菲利普·莱纳德,1899年在吉森大学任物理学教授,1900年赴维尔茨堡大学接替伦琴,同年出版了教科书《流体力学》。1902年,他曾被邀请接替玻耳兹曼出任莱比锡大学的物理学教授,1906年又被邀请接替保罗·德鲁德出任柏林大学的物理学教授,但他拒绝了这两个邀请。1920年底前往慕尼黑,再次接替伦琴,直到1928年逝世。

维恩1864年1月13日出生在东普鲁士(现俄罗斯)的菲施豪森(Fischhausen),他的父亲卡尔·维恩(Carl Wien)是地主。1879年在拉斯滕堡(Rastenburg)、1880年至1882年在海德堡读中学。中学毕业后,1882年在格丁根大学学习数学,同年转去柏林大学。1883年至1885年在赫尔曼·冯·亥姆霍兹的实验室工作,1886年获得博士学位,论文题目是光对金属的衍射,以及不同材料对折射光颜色的影响。

此后,由于维恩的父亲生病,维恩不得不回去帮助管理他父亲的土地。期间他有一个学期跟随亥姆霍兹,1887年完成了金属对光和热辐射的导磁性实验。 一直到1890年,父亲的土地变卖后,维恩回到亥姆霍兹的身边,作为他的助手在国家物理工程研究所工作,为工业课题做研究。1892年在柏林大学获得大学任教资格。1896年前往亚琛工业大学物理学教授,以接替菲利普·莱纳德,1899年在吉森大学任物理学教授,1900年赴维尔茨堡大学接替伦琴,同年出版了教科书《流体力学》(Hydrodynamik)。

1902年,他曾被邀请接替玻耳兹曼出任莱比锡大学的物理学教授,1906年又被邀请接替保罗·德鲁德(Paul Drude)出任柏林大学的物理学教授,但他拒绝了这两个邀请。1920年底前往慕尼黑,再次接替伦琴,直到1928年逝世。 1898年与路易丝·梅勒(Luise Mehler)结婚,有4个孩子。威廉·维恩的表弟马克斯·维恩(Max Wien)是高频电子技术的先驱。

生平

在国家物理工程研究所,维恩与路德维希·霍尔伯恩一起研究用勒沙特列温度计测量高温的方法,同时对热动力学进行理论研究,尤其是热辐射的定律。1893年,维恩提出波长随温度改变的定律,后来被称为维恩位移定律。 1894年他发表了一篇关于辐射的温度和熵的论文,将温度和熵的概念扩展到了真空中的辐射。

1896年前往亚琛接替菲利普·莱纳德后,他在那里建立实验室研究真空中的静电放电,1897开始研究阴极射线,借助带莱纳德窗的高真空管,他确认了让·巴蒂斯特·皮兰两年前的发现,即阴极射线由高速运动的带负电的粒子(电子)组成。几乎与约瑟夫·汤姆生在剑桥发现电子的同时,维恩用与汤姆生不同的方法测量到了这些粒子带电量和质量的关系,并且得出了与汤姆生相同的结果,即它们的质量只有氢原子的一千分之一。

1898年维恩又研究了欧根·戈尔德施泰因发现的阳极射线,指出它们的带正电量与阴极射线的带负电量相等,他测量了它们在磁场和电场影响下的偏移,并得出阳极射线由带正电的粒子组成,并且它们不比电子重的结论。

维恩所使用的方法在约20年后形成了质谱学,实现了对多种原子及其同位素质量的精确测量,以及对原子核反应所释放能量的计算。1900年维恩发表了一篇关于力学的电磁学基础的理论论文,此后又继续研究阳极射线,并在1912年发现,在并非高真空的环境下,气压不是非常弱时,阳极射线通过与残余气体的原子碰撞,会在运动过程中损失并重得它们的带电量。1918年他再次发表对阳极射线的研究结果,他测量了射线在离开阴极后,发光度的累积减少过程,通过这些实验,他推断出在经典物理学中所称的原子发光度的衰退,对应于量子物理学中的原子处于活跃状态的时间有限。

维恩在概率论和逻辑学方面有所贡献,他在1866年的《机会逻辑》和1881年的《符号逻辑》等在19世纪末及20世纪初曾享有很高的声誉。他修正了棣莫弗(De Moivre)的一个经典概率论定义,将「在m次试验中,成功n次,则成功的概率为n/m」,修改为「在m(m为一个大数)次试验中,成功n次,则成功的概率为当m趋向无穷大时n/m的极限值」,但此定义仍然有缺点。联系著这个定义,他还研究了著名的「圣彼得堡悖论」(St. Peterburg Paradox)。在逻辑学方面,维恩曾澄清了布尔在1854年的《思维规律的研究》中一些含混的概念。但其最主要的成就是系统解释并发展了几何表示的方法。他作出一系列简单闭曲(圆或更复杂的形式),将平面分为许多间隔,利用这种图表,维恩阐明t演绎推理的基本原理。为了进一步明确起见,他还引入了一些数学难题作为实例。虽然在维恩之前,莱布尼茨(Leibniz)已系统地运用过这类逻辑图,但今天这种逻辑图仍称作「维恩图」(Venn Diagram)。

除了数学以外,维恩还有一较特别的兴趣或技能,那便是制作机器。他曾制作一部板球磙动机,当澳洲板球队在1909年到访剑桥时,维恩的板球磙动机依然运作正常,并使他们其中一位成员打空四次。

家庭

1898年与路易丝·梅勒(Luise Mehler)结婚,有4个孩子。威廉·维恩的表弟马克斯·维恩(Max Wien)是高频电子技术的先驱。

所获荣誉

1)诺贝尔物理学奖(1911年)

2)维恩是柏林、格丁根、维也纳、斯德哥尔摩、奥斯陆和华盛顿等科学学会的会员,法兰克福物理学会的荣誉会员。

3)火星上有一个陨石坑以他的名字命名。

学术成果

1896维恩研究了黑体辐射能量按波长的分布问题。他从热力学理论出发,在分析了实验数据之后,得到了一个半经验的公式: 即维恩公式。其中,El为在波长l处单位波长间隔的辐射能量;C1和C2是两个经验参数,通过符合实验曲线来确定;T为平衡时的温度。

维恩公式在短波波段与实验符合得很好,但在长波波段与实验有明显的偏离。后来,在进一步探索更好的辐射公式的过程中,普朗克建立了与所有的实验都符合的辐射量子理论。但是,在利用光学高温计测量温度时,人们仍经常采用维恩公式,因为它计算简单且足够精确。

因发现热辐射规律――维恩位移定律和建立黑体辐射的维恩公式,维恩(Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien 1864~1928)获得了1911年度诺贝尔物理学奖。

19世纪末,人们已经认识到热辐射和光辐射都是电磁波,并对辐射能量在不同频率范围内的分布问题,特别是黑体辐射,进行了较深入的理论和实验研究。维恩和拉梅尔发明了第一个实用黑体――空腔发射体,为他们的实验研究提供了所需的“完全辐射”。维恩在前人研究的基础上于1893年提出了理想黑体辐射的位移定律:lmaxT=常数。该定律指出,随着温度的升高,与辐射能量密度极大值对应的波长向短波方向移动。由于辐射通量密度与辐射能量密度之比为c/4,所以在测出对应辐射通量密度极大值的lmax后,就可以根据维恩位移定律确定辐射体的温度。光测温度计就是根据这一原理制成的。

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