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光和熱被人們常常混為一談,其實這是個誤區。
光是能量,但本身並沒有溫度和熱。
光有廣義的光和狹義的光。一般來說,人們把可見光稱為「光」,這是狹義的光;而廣義的光是電磁波全頻段,包括無線電波(含長波、中波、短波、微波)、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等。
而可見光只佔有電磁波譜裡面很窄的一個頻段,為380nm(納米)~760nm之間,這就是人類眼睛能夠感覺到的範圍。而除了可見光波段,其餘都是不可見光範疇,這些輻射都是依靠光子傳遞的。
光的波長從數千米到飛米,也就是說最長的無線電波波長可達數千米乃至億米,而波長最短的γ射線只有百萬億分之一米,甚至億億分之一米。
電磁波譜全頻段不管是可見光還是不可見光,都是攜帶能量的。太陽核心每時每刻都在進行著氫核聚變,每秒鐘有6億噸的氫轉化為5.958億噸的氦,有420萬噸的質量轉化為能量,以電磁輻射的方式發射到太空,這些能量總量達到3.78x10^26J的能量,相當10500億億度電,或900億顆百萬噸級原子彈同時爆炸。
光雖然攜帶著巨大的能量,但本身並沒有溫度,這一點可以在太空中得到驗證。太陽發出的電磁輻射在太空真空中旅行時,是沒有溫度的,因此太空非常寒冷。
溫度和熱量需要介質才能夠獲得。
溫度是表示物體冷熱程度的物理量,從微觀上來看,體現的是物體分子熱運動的劇烈程度。因此溫度是需要介質才能夠獲得的,當帶有能量的光子撞擊電子等粒子,這些粒子劇烈運動才能夠產生溫度和熱量。
太陽和一切恆星的電磁輻射蘊含著巨大的能量,這種能量傳遞是不需要介質的,真空傳播的速度更快。但在太空,空間處於高度真空狀態,一般每立方釐米只有1或數個粒子,極度真空狀態時每立方米才有1~2個粒子,由於沒有物質粒子或者極少物質粒子,這樣能量就不會顯示出溫度來。
當太陽的電磁輻射來到地球,接觸地球大氣層時,約有 43%被雲層所反射,14%為大氣中的塵埃、水蒸氣、二氧化碳、臭氧吸收,其餘的輻射到地表被大氣和各種物質吸收、反射、折射,這些被吸收的能量,就會激發物質分子加劇運動,以溫度的方式顯示出來。
電磁輻射在太空,沒有粒子吸收和相互作用,因此太空就很冷,冷到零下200多攝氏度;而到了地球,遇到地球大氣層,與濃密的粒子相互作用,就產生了溫度;在高空中空氣密度小,溫度就較低,而到了地表空氣密度大,溫度就升高。
這充分說明,光只是攜帶能量,溫度是能量激發介質運動的結果。
地球依靠太陽光才得到光明和溫暖。
我們地球接收到太陽能量輻射佔總量的22萬分之一,相當1000萬座三峽大壩發電總量。這些能量以電磁輻射全波段的方式來到地球,遇到地球磁場和大氣,一些高能電磁波,如紫外線、X射線、γ射線就絕大部分被過濾掉了,只有少量紫外線等高能電磁波和可見光以下的波段來到地球,因此我們就看到了明媚的陽光,這些能量孕育和哺育了地球上億萬豐富多彩的生物,如果沒有了陽光,地球上所有的生物都將滅絕。
電磁波譜中,波長與頻率是成反比的,波長越長頻率越低,反之越高,頻率越高能量越大。因此在電磁波譜中,無線電波頻率是最低的,低到10Hz甚至以下,伽馬射線頻率是最高的,可以高到10^24Hz。
因此我們的世界到處都可以有無線電波,但不能有紫外線、X射線和γ射線,否則人類和生物無法存活。這也是大氣層臭氧層被破壞後,無法過濾阻擋這些有害射線,地球生物就面臨滅種災難的原因。
因此光給地球上帶來最明顯的作用就是光明與溫度,沒有了光,我們的眼睛就成了擺設的廢物,沒有了光帶來的能量,就會凍結一切。光還有許多奇妙的特性,如可見光具有不同的光譜,正是這些光譜造就了世間萬紫千紅的色彩。這些就不展開說了。
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