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1 # 艾伯史密斯
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2 # 科技型文盲1
發光是電子受能激發向外輻射的結果,不一定非得要溫度。或者說,溫度多數情況下,是電子輻射的副作用,不是前提條件。
這一點很重要,有利於瞭解事物的本質。
當然,物質加熱到一定溫度,電子獲足夠熱能,也可以完成輻射。
電子脫離原子核束縛的一瞬間,相當於物質區域性湮滅,必須釋放高勢能才能實現。我們看到的光,正是電子與正電荷之間失聯瞬間被光速彈射出去時,以一定波長波動的結果。只有電子,沒有光速彈射也不成。
當這個波長在可見光波長之內時,人類才能“看見”它。人類能“看見”它,不是因為它本身就是光。NO,NO、NO。它只是電磁波。或者,更準確地說,它叫波動電子。敲黑板,宇宙沒有直動電子,這是本人首創的熱力學第三定律。如果有直動電子,電子就會飛出太陽系。然後,太陽系遵循電子守恆。
當這個電磁波的波動頻率與眼睛感光物質產生共振時,人類的基因記憶單元就自動產生光感。這叫生物選擇性發光。
生物對一切都是有選擇的感知,比如,拿個釘子扎人,因為這個壓強達到基因預設值,人體不經思考,閉上眼睛就能意識到是扎的動作。併產生痛感。
幸福與你同在。我是科技型文盲。
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3 # 數學科學學會
原子核周圍的電子由基態躍遷到激發態,需要吸收能量,熱就能讓電子躍遷。由激發態躍遷到基態,釋放能量,會發光。
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4 # 彭曉韜
首先,不是有些,而是所有物體!因為發光只與溫度有關,與物質成分,元素,分子及結構無關!這可以從普朗克黑體輻射公式:輻射強度及頻率僅與溫度相關!
其次,光只是帶電體產生的電磁場,既不是電磁波,也不是光子,更沒有波粒二象性!
再者,物體有自發光,由物體的溫度決定。物體反射,散射,折射,透射,衍射和繞射光則複雜得多,既與入射光的頻率與強度有關,還與物體的元素,原子與分子,甚至分子團均相關!這就是為什麼同樣由碳元素構成的石墨與金剛石的光學效能有天壤之別的原因所在!
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5 # 鍾銘聊科學
發光的本質是什麼?
如果要排個物理學史上的科學家排行榜,有三位仁兄是毋庸置疑的前三,他們就是牛頓、麥克斯韋和愛因斯坦。這三位大佬都屬於憑藉自己一個人之力就完成了一個偉大理論。其中,牛頓提出了萬有引力定律和力學三大定律;愛因斯坦提出了相對論;而麥克斯韋則是統一了電磁學,他提出了麥克斯韋方程,並且預言了電磁波的存在以及光是一種電磁波。
也就是說,我們肉眼看到的“光”本質上是電磁波大家族的一份子,所以電磁波家族的其他成員某種程度上也可以被看成是“光”,只是我們肉眼看不到的光而已。那“光”和溫度有什麼關係呢?
科學家就發現,在我們這個宇宙中,凡是高於絕對零度(零下273.15度)的物體都會輻射電磁波(發光);同時我們根據熱力學第三定律可知:絕對零度是達不到的。於是,我可以得出一個結論:宇宙中所有的物體都在“發光”,只不過大部分的“光”是我們肉眼看不到的,只有一小部分“光”是我們肉眼看得到的,也就是可見光。
舉個例子,人體就是時時刻刻輻射電磁波,這個電磁波屬於紅外波段,所以我們肉眼看不到。
即便黑洞這樣的“怪物”,由於自身引力特別大,連光都逃不出黑洞的“手掌心”,但是黑洞也是會向外輻射電磁波的,這也被稱為黑洞蒸發,也叫作霍金輻射,因為這是由物理學家霍金等人提出來的。
除此之外,之前著名的“黑洞照片”中的光實際上也是科學家後來繪製上去的,它發出的射線實際上是我們肉眼看不到的。
按照目前的主流科學理論,宇宙起源於138億年前的一次大爆炸,這次大爆炸產生的餘溫如今還在,是遍佈全宇宙的背景輻射,被稱為宇宙微波背景輻射,溫度是2.72K,只比絕對零度高2.7度。
所以,並不是溫度高到一定程度才會有發光。而是隻要有溫度,就會有“光”。只是不同的溫度對應的“光”是不同的。溫度較低的物體輻射出來電磁波屬於微波,波長較長,能量較小,而溫度高的物體輻射出來的電磁波波長會更短,能量會更大。
太陽輻射的電磁波到達地球后,會被地球的大氣層削弱50%,這其中主要包括反射和散射,還有一部分是被大氣層中的臭氧和二氧化碳所吸收,吸收的紫外線部分。剩餘的太陽輻射會透過大氣層,直達地球表面,地球接收了這部分電磁波,同時也會向外輻射,但是地表的溫度更低一些,輻射出來的電磁波屬於微波,也就是波長較長、能量較低的電磁波。這部分電磁波就是我們肉眼看不到的。同樣地,地表輻射出來的電磁波也會有一部分被大氣所吸收,大氣層也會升溫,同時輻射出電磁波,由於溫度也不高,所以大氣輻射的也是波長較長的電磁波,這也被稱為大氣逆輻射。
總結透過地球的大氣受熱,你應該就能夠看出不同的溫度下,輻射出的電磁波是不一樣的,溫度越高,輻射出來的電磁波能量越大,波長越短。
如果我們只聚焦到可將光波段,溫度越高,對應的就是越往藍色端的火焰,也就是藍色或者紫色火焰,如果溫度還要更高一些,那就會輻射出紫外波段的電磁波,而我們肉眼看不到;溫度越低,對應的就是越往紅色短的火焰,如果溫度還要更低一些,那就會輻射出紅外波段的電磁波,我們肉眼也看不到,人體輻射出來的就是屬於溫度較低的紅外波段的電磁波。
但這一切都是由一個前提條件的,那就是宇宙中所有的物質都會輻射電磁波,除非這個物質可以達到絕對零度的情況,但這在目前的物理學理論框架下是不被允許的。
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6 # 怪羅科普
這是一個很好的問題,準確的說,任何在絕對零度以上的物體都會發光,只是在大多數情況下,這些光是我們肉眼看不見的。
簡單的解釋是,因為有內能的物體(也就是有溫度的物體)不斷地運動(原子層面),互相反彈,這些碰撞有效地將熱能轉化為輻射能。
為了更好的理解,我們想象下兩輛車相撞的情況,是不是有些碎片會飛出來呢?
現在回到原子的世界,同樣的事情也會發生,當它們相互作用時,有些“碎片”也會飛出來,而當這些“碎片”中有一些以光子形式存在時,我們就能看到它發光了。
這種能量也可以解釋為什麼火在不接觸它的情況下也能感覺到它的溫暖,因為熱量“輻射”到我們的身體(至少主要是輻射)。
那為什麼我們的眼睛看不到所有的熱?原因很簡單,我們不可能看到無線電波或其他很多東西,我們只能看到宇宙中可能存在的“光”的一小部分。
而溫度轉化為粒子運動是有規律的,它是粒子的(熱)速度正比於其溫度的平方根。
在某一種材料中(如燒紅的鐵),金屬中的微粒受到一種勢能的作用,使它們聚集在一起; 隨後,微粒因溫度變化而發生熱振盪,並保持在該能級下,同時因為它們在振盪,所以它們必須加速,當電荷粒子加速時,它會向外輻射發光。
這種光的波長與加速度的大小有關,加速度的大小(在我們的例子中)與溫度有關。因此,熱物體的顏色實際上可以用來告訴我們溫度。
同樣的,如果我們知道溫度,我們也能知道它是什麼顏色(當然不是反射太Sunny),這個方程叫做維恩定律。
所以當物體足夠熱時,使波長在我們的視覺範圍內(380nm-780nm)時,我們才能看見。
而人類為什麼只能看到波長在380nm到780nm的光,這個和我們的太陽有關,太陽一直在輻射發光,為地球帶來能量,而進化利用了這一點,得到了一些有利的因素。
最後既然把問題放大到這個層面(進化)了,我們就再考慮下太陽,它透過輻射使地球變暖,給萬物帶來生機。
我們可以辨別出太陽在我們星球上一些範圍內光子的相互作用,因此我們的眼睛對它產生了一種敏感度。
當物體進入一個特定的溫度(或能量狀態),在相應的距離上和太陽差不多時,我們的眼睛就能看到它們。
而熱的物體對我們肉眼來說會發光,是不是有點像在警告我們:不要碰!它很燙!
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7 # 漫步科學
“為什麼有些物體溫度高到一定程度就會發光?”,在科學定義上,光通常指所有波段的電磁波,從這點來說,任何物體都會發光,因為任何高於絕對零度的物體都會產生熱輻射,熱輻射本質上就是電磁輻射。對於本題來說,我們需要了解高溫物體的熱輻射。
熱輻射我們知道熱量傳遞方式分為三種,分別是熱傳導、對流傳熱和輻射傳熱,對於輻射傳熱來說,任何高於絕對零度的物體都會自發的產生熱輻射,但是溫度較低的物體其輻射能量較低,對應的輻射電磁波波長較長,通常為紅外光波段,不屬於可見光波段,所以我們無法看到低溫物體透過熱輻射發光。
隨著物體溫度的上升,其輻射能量變大,對應的輻射電磁波波長變短,當輻射電磁波波長進入可見光波段後,我們就能看到高溫物體發出的光了。在日常生活中,我們經常見到的白熾燈發光過程,其實就是燈絲輻射傳熱的過程,當燈絲通電後,由於電流的熱效應,鎢制燈絲很快會達到兩千攝氏度的高溫,並進入白熾狀態,發出可見光。
如何理解高溫物體的熱輻射我們知道熱輻射其實就是物體釋放電磁波的過程,所以如何理解熱輻射也就變成了理解高溫物體發射電磁波的過程。物質由原子構成,我們以鐵為例,構成鐵的鐵原子中,其電子執行在不同的軌道上,當然電子的軌道是量子化的軌道,這些電子會分佈在不同的能級上,當我們加熱鋼鐵時,處於穩定基態的電子會吸收能量而躍遷至激發態,但是激發態是不穩定的狀態,電子會自發的向低能級進行躍遷,在這個過程中,電子會把吸收的能量以光子的形式釋放出去,而光子本質上就是電磁波。
由於人類視覺系統的原因,我們只能感受到波長為380nm-780nm的電磁波,也就是可見光波段的電磁波,其實任何物體都在釋放電磁波,但主要在紅外波段,熱成像儀就是利用了物體釋放紅外線的原理進行工作。(下圖,熱成像儀中發光的人體)
結語物體溫度升高,代表物體吸收了大量的能量,這些能量導致構成物質的原子中,電子處於激發態,當處於激發態的電子向低能級躍遷時,會釋放出電磁波,其釋放能量的大小對應不同波長的電磁波,如果電磁波的波長處於380nm-780nm範圍,也就是可見光波段,那麼我們看到這個物體就是發光狀態。
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8 # 千辰澯海天文宇客
光是什麼?
光是“能量的種傳播方式”,在光源的物體中原子與分子運動有熱運動、躍遷輻射、帶電粒子加速輻射三種運動方式,生活中常見的光是熱運動。
人眼能看到的光是電磁波,也就是可見光譜。電磁波長在380~760nm之間才會被人眼感受到,波長太短或太長都是不可見的,比如紅外線波長>760nm,紫外線<380nm,這些肉眼都看不見了。
既然光是物體內部的原子與分子熱運動輻射出來的光波,那麼分子運動越快溫度會越高,物體越熱。物體溫度越高,向外輻射的光就越多。太陽的內部溫度高達5700℃,它向四面八方放光放熱了46億年之久,地球也因為它的光與熱而演化出勃勃生機。
光是很簡單的,只要有高溫就易產生,不過宇宙中也存在高達幾千℃卻無光的天體,也存在發光但溫度並不高的物體。
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9 # 小宇堂
實際上,所有物體都會發光,或者說,只要是絕對零度以上的物體都會發光。我們人類觀察到的有些物體溫度高到一定程度就會發光只不過是發光的光波頻率進入到了可見光的波段,因而我們的眼睛可以觀察到而已。
要理解這些東西,需要了解幾個基本概念:
黑體黑體是理論上的一種理想物體,它不反射或者透射任何光。但是黑體自身可以發出熱輻射,也就是“發光”。黑體會因為加熱而發光(發射光子輻射),並隨著溫度的升高而發射不同頻率的光子。假設黑體這種理論性的概念,主要是為了探討熱力學的一些問題,因為不用考慮黑體的反射和透射等複雜的情況。當然,在現實世界中,是不存在黑體這種東西的。
上圖:被加熱的鐵釘,透出紅光。
所以我們就可以用“黑體”來描述物體因為受熱而發光的情況,這類似於我們用“剛體”來描述物體受力的情況一樣。
色溫前面說了,黑體溫度越高,其發光的波長就越短,頻率就越高。而色溫就是利用了黑體這一規律來描述光的色彩的一個量。因為我們沒辦法給所有的色彩都取一個名字,因此我們可以用一個數量來描述無窮的色彩。
色溫就採用了黑體在不同的溫度下輻射出的光子的顏色的那個溫度值作為描述顏色的方法。色溫的範圍即從絕對零度(0K)開始,向上可以上升到溫度的上限(這個上限可能是哈格多恩溫度,大約是2萬億K,此溫度下夸克直接轉化為能量)。
例如:如過一個單色光源發出的光,其顏色與絕對黑體在3527℃時的顏色相同,那麼這隻燈泡發出的光的色溫就是:(3527+273)K=3800K。色溫的範圍也說明了,任何物體只要溫度高於絕對零度,就會輻射出光子,它們與黑體的差異只在於它們可能還會反射環境的光子。
我們看到金屬在加熱時發紅,並不是說是金屬加熱到某個溫度才開始輻射光,而是金屬在低溫時輻射的光子的頻率低於紅色光。因為紅色光是我們的視覺能夠感知的光的下限,金屬在更低的溫度下只能輻射紅外光,甚至遠紅外光,這些光我們無法看到,但並不能說那金屬就沒有發光。
上圖:一個簡化的黑體輻射譜(不是彩虹旗)
如果有專業的儀器,我們甚至可以在0度以下探測到金屬發出的光,只是這探測儀器恐怕需要非常靈敏才行。
為什麼一切物體都在發光?這是因為,光的本質實際上就是電子振動所輻射出來的電磁場能量。或者說光子就是電子所產生的靜電場振動所產生的時空的漣漪(這類似引力波是物質振動所產生的時空漣漪)。只要電子有振動,就會釋放光子,而且無論多麼微弱也是光啊。
而溫度的本質,實際上就是多個原子接受機械動能之後產生的集體振動,這種振動的能量會在原子之間傳導,在宏觀上就形成“熱”效應。
但這種振動並非簡單地是原子之間的剛性碰撞,因為原子核外的電子還會被這種動能擾動,發生能量的轉儲過程,即部分電子因為外部動能的干擾而“脫軌”(專業術語叫“激發”),
電子被激發的後果就是電子會“出軌”到更外層的軌道,然後導致原子的電場發生擾動。由於原子核外層的電子就像彈簧一樣,一旦被擾動,它是會想“彈”回去的。於是電子必須把接收到的動能釋放掉,才能落回原來的“軌道”(實際上是電子殼層),正好由於電場被擾動,相當於給能量透過電場釋放開出了一個口子——光子被順水推舟地產生出來了,在瞬間就帶著能量飛了出去。電子也就回歸本位了。
用一個更生動而且貼切的比喻:這相當於一大堆“不安分”的原子相互撥動了對方身上的“琴絃”,然後琴絃回彈,以聲音的方式把撥絃的能量釋放了出去。而且撥的弦(電子層)不同,聲音(顏色)也就不同。於是在一陣繚亂的琴聲之後,又迴歸了寂靜,除非有人又來挑撥(注入能量)這一堆不安分的原子。發紅的鐵塊,實際上就是被外部的加熱的能量強力“挑撥”了的一大堆鐵原子,這些鐵原子相互狠狠地撩撥彼此的“琴絃”,發出高音,於是成為了我們看到的紅光。“熱”實際上是一種宏觀的統計學效應,溫度是熱強度的度量,需要多個原子其意義才存在,如果只有一個原子,這種振動就失去了相對性的意義,也就不存在振動。
確實一切物體都發光嗎?所以,熱,是一切物體發光的根本原因。而絕對零度是上述振動消失的理想狀態,是不可能達到的,因此現實中就沒有不發光的物體。即便是黑洞,由於引力原因光無法逃脫,但黑洞仍然在向外輻射能量,只是這種輻射非常微弱,而且黑洞的質量越大其輻射越微弱。一個太陽質量的黑洞,其色溫為0.06172x10^-6K,已經極度接近絕對零度。
上圖:黑洞發光的原理——霍金輻射。
除此之外,我們再找不到不發光的物體。就連宇宙本身,根據大爆炸理論,和我們觀測到的宇宙微博背景輻射,我們也可以認為我們感受到的宇宙的溫度是2.725k,相較於黑洞,算是“溫暖”的了。
上圖:宇宙微博背景輻射上的“冷點”。
所以我們人類,以37攝氏度的體溫生活在這個宇宙之中,就算是很明亮的物體了,因為宇宙的絕大部分物體可能都非常“冷”,光線非常弱。
總結認為物體要加熱到一定才發光是一個誤解。一切物體都在發光,包括黑洞和宇宙在內,沒有例外。
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10 # 梁瑞林
首先肯定,該提問者的感覺是對的,物體溫度高到一定程度就會發光。例如,你看打鐵的時候,冷鐵自己不會發光,隨著溫度升高,鐵依次逐漸變為暗紅色、紅色、越來越亮、越來越白。
而且,這句話反過來講也是對的,即除了電子激發躍遷發出的冷光、生物化學之類的熒光外,如果一個物體發光了,就說明這個物體的溫度已經很高了。例如,當你看到抽菸人的菸頭部位發紅,這表明菸頭部位的溫度已經在600℃以上了。
這個問題如果用維恩位移定律回答,可能更簡單、更科普。
維恩位移定律由德國物理學家威廉·維恩(Wilhelm Wien)於1893年透過對實驗資料的經驗總結而提出的,是經典物理學(非量子物理學)熱輻射的基本定律之一。內容是,任何物體都在不停地輻射著電磁波(如果頻率不足夠高、波長不足夠短,還不是光),在一定溫度下絕對黑體(強調黑體是為了排除反射對輻射帶來的干擾)最強輻射波長與溫度的乘積是一個常數。換句話說就是,當物體溫度升高時,最強輻射的波長向短波方向移動,也就是輻射頻率向更高的方向移動。因此,移動來移動去,其輻射的電磁波就到了紅外光、可見光的範圍內。
威廉·維恩提出位移定律的時間,是在量子化的普朗克黑體輻射定律出現之前的1893年,過程完全基於對實驗資料的經驗總結;而且可以證明,該位移定律是更為廣義的普朗克黑體輻射定律在短波長電磁波(即高頻率電磁波)場合下的直接推論。
維恩位移定律有許多實際的應用,例如透過測定恆星星體的譜線的分佈來確定恆星的熱力學溫度,太陽的溫度就是這樣確定的;用於測量鍊鋼爐內溫度、實驗室中箱式馬弗爐內溫度的紅外輻射溫度計也是根據這個原理設計的。
另外,也可以透過比較物體表面不同區域輻射電磁波頻率的變化(波長變化)情況,來確定物體表面的溫度分佈,這種靠圖形顯示錶面溫度分佈的影象稱為熱象圖,對應的儀器叫作熱像儀。例如,印刷電路板的熱設計熱分析驗證、大規模積體電路晶片封裝的熱設計熱分析驗證,就是用這種方法實現的。利用熱象圖的遙感遙測技術可以監測森林防火,非冠疫情出現以來的非接觸式測量人體溫度,醫院監護室監測人體某些部位的病變,夜視儀,高壓輸電塔溫度地面檢測儀,都是基於這個原理。熱象圖的應用範圍日益廣泛,在宇航、工業、醫學、軍事等方面應用前景很好。
因此,該問題可以不用疑問句的形式出現,而且還可以擴充表述為,當物體溫度高到一定程度後會發出紅外光、可見光;從還沒有能夠看得見的紅外光開始,就可以根據光的頻率(波長、顏色)判斷具體的溫度是多少了。
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11 # 無核原子
這是因為包括人體在內的一切物體都是由模擬的光構成的,沒有例外。之所以只是溫度高到一定程度時才被肉眼所見,不是因為只有溫度高到一定程度才發光,而是因為肉眼的視覺有限,只能看見一定頻率的光。
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答:我們平常說的發光,是指物體發出可見光,但可見光只是電磁波中極其狹窄的一個波段;熱力學和量子力學指出,任何物體都會向外輻射電磁波,也就是熱輻射,輻射電磁波的波長與溫度有關,大約在500℃~800℃時,輻射最大值落在可見光區域。
熱力學指出,任何高於絕對零度的物體,都會向外輻射電磁波,溫度越高,單位時間內輻射出來的總能量也就越大,最高能量密度對應的波長也越短。
從微觀層面上看,溫度的本質是微觀粒子(比如原子、分子等等)的不規則運動,由於原子中有帶正電荷的原子核,以及帶負電荷的電子,粒子的不規則運動會導致微觀粒子磁矩發生變化,從而向外損失能量,也就是外向輻射電磁波。
理論上,熱輻射對應的波長可以從零到無窮大,這主要與物體的溫度有關,可見光的波長為380nm~780nm,屬於電磁波中非常狹窄的一個波段,低於380nm和高於780nm的電磁波我們都無法肉眼看見。
比如紅外線測溫儀,就能檢測紅外線波段(760nm~1mm),以此判斷出物體的溫度,但是我們肉眼卻看不見;太Sunny中的紫外線(100nm~400nm)會對面板造成傷害,我們肉眼也看不見紫外線。
物體熱輻射是有規律的,物理學中一個理想的黑體嚴格遵循黑體輻射定律,或者叫做普朗克輻射定律,其公式為:
生活中很多物體可以近似看做黑體,比如一個鐵塊,我們對鐵塊進行加熱,根據公式我們很容易知道:
1、溫度達到500℃,鐵塊熱輻射最大值進入可見光區域;
2、當溫度大於800℃後,輻射最大值移出可見光區域,但是由於輻射總量在增加,所以可見光區域依然保持了足夠高的輻射功率。
導致的情況就是,我們對一個鐵塊從0℃進行加熱,低於500℃時鐵塊顯示它本身的顏色,大於500℃後,鐵塊變得暗紅,然後逐漸赤紅,再變黃白,這就是很多物體加熱後會發光的原因。