用py实现画出太阳、地球和大气典型温度下的归一化普朗克函数图像,即T分别等于6000K、300K、250K时普朗克函数随波长的变化,要求3条曲线与横轴围成的面积相等,其分布均为正态分布。横轴波长范围从0.1微米至100微米,不是线性变化的,纵轴任意,不标注刻度
时间: 2024-10-22 22:24:23 浏览: 64
在Python中,我们可以使用matplotlib库结合numpy库来绘制这种太阳、地球和大气层温度下的归一化普朗克函数图像。首先需要安装这两个库,然后编写代码如下:
```python
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
def planck_function(lam, temperature):
h = 6.62607004e-34 # Planck常数
c = 299792458 # 光速
k_B = 1.38064852e-23 # 玻尔兹曼常数
nu = c / lam # 频率
return (2 * h * nu**3) / (c**2 * (np.exp(h*nu/k_B/temperature) - 1))
# 定义波长范围和温度
lam_min, lam_max = 0.1e-6, 100e-6 # 波长范围,单位:m -> um
temperatures = [6000, 300, 250] # 温度列表,单位:K
# 创建均匀的波长数组
wl = np.logspace(np.log10(lam_min), np.log10(lam_max), num=1000)
# 计算并绘制三条普朗克函数曲线
fig, ax = plt.subplots()
ax.set_xscale('log') # 使用对数尺度
for temp in temperatures:
ax.plot(wl, planck_function(wl, temp), label=f'Temperature: {temp} K')
# 设置图像属性
ax.set_xlabel('Wavelength (um)')
ax.set_ylabel('Normalized Intensity')
ax.legend(title='Temperature', loc='upper right')
ax.grid(True)
ax.set_title('Planck Function at Different Temperatures')
# 计算三条曲线包围的总面积,要求它们相等
total_area = 0
areas = [plt.Polygon(zip([0] + wl.tolist(), [0] + [planck_function(l, t) for l in wl])) for t in temperatures]
for area in areas:
total_area += area.get_path().transformed(ax.transData).bounds[2]
if total_area > 0:
scale_factor = 1 / total_area
else:
scale_factor = 1 # 如果总面积为0,设置为1避免除以0错误
for i, area in enumerate(areas):
area.set_transform(area.get_transform() + ax.transData + scale_factor*(i+1)*ax.transData)
plt.show()
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