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  • 1 # 永珍經驗

    我們知道,溫度是表徵物體冷熱程度的物理量。在18世紀,瑞典物理學家攝爾修斯把沸點定義為0度,冰點定義為0度。這看起來好像很奇怪,但是在瑞典這個常年寒冷的地區來說,他們使用的溫度就會比較少出現負數,眾所周知,人們是不喜歡負數的。隨後,生物學家林奈認為,物體越熱溫度應該越大這才符合常理,於是它就把冰點改為0度,沸點改為100度,這也就是現行的攝氏溫標。

    酒精或者水銀溫度計就是利用熱脹冷縮的原理製成的,在不同的溫度下,酒精或者水銀的膨脹高度是不一樣的,因此我們就有了定量測定溫度的工具了。不過,早期測量溫度都是利用熱傳遞的方式,溫度計必須與被測物體相接觸。近年來,隨著科學技術的發展,我們已經可以利用熱輻射來測定溫度了。比如,額溫槍就是收集人體發出的紅外輻射來測量體溫。在天文學上,科學家們利用天體發出的光來測定它們的溫度和組成元素。

    我們知道溫度在微觀上是分子熱運動的劇烈程度,但是光又不是分子,那麼我們是如何利用光來測定溫度的呢?

    絕對零度

    17世紀末,法國物理學家阿蒙頓發現空氣的壓強似乎與溫度成正比。也就是說,當溫度下降的時候,空氣的壓強就會下降。所以科學家發現,按照此規律推導,溫度是不是會有一個下限,在這個溫度下空氣的壓強變為零。一個多世紀之後,兩位科學家提出了嚴格的氣體定律:蓋-呂薩克定律。一定質量的氣體,在壓強不變的情況下,氣體的體積隨溫度呈線性變化。後來,他們測出了氣體體積膨脹率為100/26666,並通過反推的方式得到了絕對零度。

    不過,這個反推有點問題,因為在如此低的環境下,這些氣體已經變成了液體或固體了,已經不符合標準氣體定律了,那麼這個絕對零度還準確嗎?這個問題又過了很久,直到氣體動理論的提出。溫度是氣體分子的平均動能的表徵,當分子不動的時候,這時候的溫度也就是絕對零度。但是絕對零度是永遠達不到的,因為在微觀層面上,原子的位置和動量是不能同時確定的,因此微觀粒子的運動永遠不可能停下來。

    溫度上限

    既然溫度有下限,那麼溫度有沒有可能有上限呢?我們知道,在微觀層面,溫度是分子的平均動能的表徵。理論上,分子的動能可能是無限大的,所以你可能會認為溫度是沒有上限的。有些人可能會提出分子的運動速度不能超光速,那麼這不就是溫度的上限了嗎?需要注意的是,我們這裡提到的是動能而不是速度,因此當分子速度接近光速的時候,還要考慮它的動質量,綜合下來分子的動能也是趨於無限的。

    那麼溫度真的沒有上限了嗎?我們知道在任何溫度下的物體都會產生熱輻射,溫度越高,輻射的頻率越大,波長越小。比如太陽表面的溫度大概為5800開爾文,那麼它輻射的電磁波基本上都是在可見光波段。太陽中心溫度大概為2000萬開爾文,如果按照黑體輻射定律的話,那麼它輻射的電磁波就是波長較短的X射線了。那麼,當波長短到一定的極限時,這個就是溫度的上限了。

    物理學中有一長度為普朗克長度,它的數值為1.616x10^-35米。當某一個尺度比普朗克長度還小的時候,它已經沒有意義了。因此,當光的波長等於普朗克長度的時候,我們此時可以算出溫度的上限為1.4168x10^32開爾文。

    普朗克黑體輻射定律

    黑體是物理學家假想出來的一種理想化的物體,它能夠吸收所有的輻射並且不會有任何的反射和透射。物理學家以此作為標準來研究熱輻射。

    任何物質都具有不斷髮射、吸收和反射電磁波的能力。它們輻射出去的電磁波在各個波段是不同的,也就是說具有譜分佈。這種譜分佈與物體的溫度有關。斯特藩-玻爾茲曼定律是熱力學當中非常著名的公式,根據這個公式我們知道黑體表面輻射的能量密度與溫度的四次方成正比。也就是說,溫度越高,輻射的能量越大。

    普朗克進一步將這些研究總結為黑體輻射定律。在任意溫度下,黑體輻射的輻照率與頻率之間存在著一定的關係。利用這個公式,我們可以從光譜中得到溫度的資訊。比如,我們可以利用光柵把太Sunny分解成一系列不同波長的單色光,然後對這些光譜進行研究,就能知道太陽各個地方的溫度了。畢竟,我們無法直接到太陽上直接進行測量。現在,這種方法已經成為天文學上的常規操作了。

    黑洞的溫度

    測量黑洞溫度的這個想法可能會讓你覺得很奇怪,因為黑洞會吸收一切,連光都無法逃脫,如何能測量它的溫度。事實上,黑洞溫度的概念與霍金輻射有關。

    由於量子的漲落,在宇宙空間中會出現虛粒子,最常見的就是光子。一般情況下,這些虛粒子是成對出現的,它們會快速相結合而湮滅。但是當這些虛粒子出現在黑洞視界附近的時候,其中一半會落入黑洞,另一半則會自由地逃往宇宙空間。當你探測到這些從黑洞逃逸出來的粒子時,你就能知道黑洞的溫度了。

    黑洞的溫度與它的質量大小成反比。一個擁有太陽數百萬倍的黑洞,它的溫度接近於絕對零度。一個質量和太陽一樣的黑洞,它的溫度為0.00000006開爾文。宇宙微波背景是宇宙誕生早期殘留下來的光,由此算出的宇宙溫度只有2.7開爾文。目前已知的黑洞的溫度都比宇宙微波背景來得低,因此黑洞吸收的能量比蒸發的要多。

    天文學家正在尋找宇宙誕生初期的黑洞,它到現在已經蒸發得足夠小,溫度比宇宙微波背景高。因此,它將持續地蒸發,直到質量損失到一定程度時發生爆炸而消亡,這是天文學家能觀測到的了。

  • 2 # 物理新視野

    問題是:怎麼用理論計算溫度。這個就難了,因為我們只能通過測量來規定經驗引數。

    溫度定義T=mv²/3k...(1),意思是,溫度是介質粒子(質量為m)平均動能(Ek=½mv²)的指標。

    電磁波(的定義)是波源推壓或激發真空場充滿大量固有光子的徑向推湧。

    根據光電效應方程,不難證明,粒子平均動能可激發1個光子,即:½mv²=hc/λ...(3)

    把溫度定義(1)還原為熱力學的能量守恆定律:動能↹熱能,即:½mv²=3×½kT...(4)

    這就是光的溫度公式。只要知道光頻,就可以計算光溫。若紫外線頻率f=10¹⁵[Hz],則溫度為:T=2×6.63×10⁻³⁴×10¹⁵÷(3×1.38×10⁻²³)。

    計算結果,頻率為10¹⁵赫茲的紫外線溫度是:T=32028K=31755℃≈3.18萬攝氏度。

    若空氣的溫度為:10℃或283.15K,可計算空氣中的光子頻率:f=3kT/2h=8.8×10¹²[Hz]。

  • 3 # cx1944

    光是電磁波,它本身沒有溫度,但它是物體溫度的標誌。物體溫度越高發出的光輻射頻率越高。非接觸紅外溫度計就是利用這個原理製成的。色溫就是光的頻率,代表物體溫度的標誌。

  • 4 # 淡漠乾坤

    要回答光是否有溫度,首先需要明確溫度概念。溫度與粒子的平均速度相關,藉助玻爾茲曼常數k可以計算出相應的能量。

    光照到身上會感覺到熱,這是普通的生活常識。之所以仍然提出光是否有溫度,是因為對光的性質存有疑問。

    牛頓最先系統地研究了光現象,認為光是粒子。但稍後人們發現了光的干涉和衍射現象,仿照水波,認為光只是一種波。再後來麥克斯韋建立了經典電磁學,認為光是電磁波。愛因斯坦於1905年根據光電效應,證明了光是粒子並由此獲得了諾貝爾物理學獎。後來,量子力學的建立,發現包括光子在內的所有微觀粒子都具有波粒二象性,即光子與其他粒子一樣,既具有波動性又具有粒子性。

    實際上,自然界中的任何物體都不是孤立存在的,其行為會受到物理背景的影響,是二維相互作用的結果。

    比如魚在海水中游動,其遊動的軌跡是波動的,受到了海浪的影響。

    比如人的行為,既與其個人相關,又不可避免地會受到社會的影響。當我們行走在人群密集的鬧市時,所走的路線是z字形的。

    由於普朗克常數h是光子的本徵參量,即光子的角動量,具有相對於光子能量的不變性,因此光子擁有靜質量,而且根據計算,光子的半徑大於零,所以光是粒子,光子的波動性只是量子空間對光子產生的不對稱碰撞造成的。

    總之,由於光是粒子,而且是運動的粒子,所以光是有溫度的。

  • 5 # 雲端飄雪超輕水

    光的本質並不是一種物質,雖然有光子的說法,但光子並不是一種微粒,而是由於光的波粒二相性而將光的能量抽象成一份一份的,所以光子只是能量.在初中的範疇中,光應該說是一種電磁波,所以它沒有溫度,而太Sunny下我們感覺到溫暖是由於光將能量傳遞給我們,我們將其轉換成熱能,從而使身體溫度上升

    光的產生是能量的輻射,當原子輻射出特定波長的電磁波時,就產生了光,但是如果能量太少的話光的強度不足以引起人體的視覺反應,人就看不到光.

  • 6 # Yao-zhch

    光是物質在高能量條件下傳播釋放能量的一種方式,溫度是高能量體的一種表現形式。物體的溫度越高,光譜的頻率就越高,物體的溫度越高能量級別就越高。遠紅外光線是頻率較低的一種,紫外線是能量最高,頻率最高光線。所以光是有能量的,當能量傳遞到實體上,就會使物體溫度升高。能量總是從最高向最低處釋放和轉移,物理學叫熵變。

  • 7 # 自旋電子

    溫度的定義或者說實質上指的是物質內部粒子的振動(就不是俠義只說分子振動或者原子振動了,當一切震動消失,也就是粒子完全固定在他的晶格位置上就對外表現絕對零度。而電磁波作為能量的一種傳輸形式,但是因為其能達到真空中極限速度,所以是不具有質量的,也不無所謂粒子振動來展現溫度了,不過能量是可以相互轉化的,光可以通過加速物體分子振動來直接轉化為熱能。

  • 8 # 小熊

    光沒有溫度,光照的物體表面會加速分子運動,累積出熱量,種物體只吸收單色光源,累積,不信就把手放光源下,迅速的抖動,頻率高的話,你會發現手狠涼快,就是身體過熱,

  • 9 # 戲雨蟬

    瞭解以上的科學知識和理論,嚴格意義上的問題探討,應該是說光本身是物質的粒子還是能量的波動?對於此問題還需更多的科學研究和理論來解答,不過我們接觸到的光在巨集觀上可理解為是有溫度的,這溫度就是其輻射和波動。

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