物体随着温度不断移动(在原子水平),并相互反弹。这些碰撞有效地将热能转化为辐射能。在生活中,我们会遇到一些受热发光的物体,我们也清楚地知道一些发光的物体非常热。但是为什么呢?当温度足够高时,为什么有些物体会发光?准确地说,任何绝对零度以上的物体都会发光,但在大多数情况下,光是肉眼看不见的。绝对零度以上的物体会发光。
现在回到原子世界,同样的事情也会发生。当它们相互作用时,一些“会飞出去了,当其中一些”以光子的形式存在时,我们可以看到它发光。这种能量也可以解释为什么火不用接触就能感受到它的温暖,因为热量“辐射”到我们的身体(至少主要是辐射)。那为什么我们的眼睛看不到所有的热量?原因很简单。我们看不见无线电波或许多其他东西。我们只能看到宇宙中可能存在的一小部分“光”。温度向粒子运动的转变是有规律的。粒子的(热)速度与其温度的平方根成正比。
在某种材料中(如炽热的铁),金属中的粒子受到势能的影响,导致它们聚集在一起。随后,粒子由于温度变化而热振荡,并保持在这个能级,而它们必须加速,因为它们振荡。当带电粒子加速时,它们向外辐射。这种光的波长与加速度的大小有关,加速度(在我们的例子中)与温度有关。因此,热物体的颜色实际上可以用来告诉我们温度。同样,如果我们知道温度,我们也可以知道它是什么颜色(当然不反射阳光)。这个方程叫做韦恩定律。因此,我们只能在物体足够热并且波长在我们的可视范围内(380纳米-780纳米)时才能看到。
然而,为什么人类只能看到波长在380纳米到780纳米之间的光?这与我们的太阳有关,太阳一直在发射辐射并给地球带来能量。进化利用了这一点,并获得了一些有利因素。最后,既然我们已经把问题扩大到这个水平(进化),我们将考虑太阳,它通过辐射温暖地球,给万物带来活力。我们可以在地球上的某些范围内识别太阳的光子相互作用,所以我们的眼睛对它很敏感。当一个物体进入一个特定的温度(或能量状态)并且与太阳的距离大约相同时,我们的眼睛可以看到它们。热的物体会照在我们的肉眼上,这是不是有点像警告我们:不要碰!天气很热!
为什么温度高到一定程度的物体,就会发光?是快要着了吗
我们平常说的发光,是指物体发出可见光,但可见光只是电磁波中极其狭窄的一个波段;热力学和量子力学指出,任何物体都会向外辐射电磁波,也就是热辐射,辐射电磁波的波长与温度有关,大约在500℃~800℃时,辐射最大值落在可见光区域。
热力学指出,任何高于绝对零度的物体,都会向外辐射电磁波,温度越高,单位时间内辐射出来的总能量也就越大,最高能量密度对应的波长也越短。
从微观层面上看,温度的本质是微观粒子(比如原子、分子等等)的不规则运动,由于原子中有带正电荷的原子核,以及带负电荷的电子,粒子的不规则运动会导致微观粒子磁矩发生变化,从而向外损失能量,也就是外向辐射电磁波。
理论上,热辐射对应的波长可以从零到无穷大,这主要与物体的温度有关,可见光的波长为380nm~780nm,属于电磁波中非常狭窄的一个波段,低于380nm和高于780nm的电磁波我们都无法肉眼看见。
比如红外线测温仪,就能检测红外线波段(760nm~1mm),以此判断出物体的温度,但是我们肉眼却看不见;太阳光中的紫外线(100nm~400nm)会对皮肤造成伤害,我们肉眼也看不见紫外线。
物体热辐射是有规律的,物理学中一个理想的黑体严格遵循黑体辐射定律,或者叫做普朗克辐射定律,其公式为:
生活中很多物体可以近似看作黑体,比如一个铁块,我们对铁块进行加热,根据公式我们很容易知道:
1、温度达到500℃,铁块热辐射最大值进入可见光区域;
2、当温度大于800℃后,辐射最大值移出可见光区域,但是由于辐射总量在增加,所以可见光区域依然保持了足够高的辐射功率。
导致的情况就是,我们对一个铁块从0℃进行加热,低于500℃时铁块显示它本身的颜色,大于500℃后,铁块变得暗红,然后逐渐赤红,再变黄白,这就是很多物体加热后会发光的原因。
为什么有些物体温度高到一定程度就会发光?发光的本质是什么?
因为当物体的温度高到一定情况之后,他就会接近它的熔点。