我們上一次講到了火燃燒時會產生一種物質,這個東西就叫做黑體。既然它是放光為什麼我們還叫黑體呢?其實任何的物體壓它都具有不斷輻射、吸收、發射電磁波的本領。我們為啥沒發光呢?因為我們不夠紅,因為我們的溫度還不夠高,沒有辦法發出可見光。但其實我們也無時無刻的在發著光,我們向外發的是紅外線。如果說你帶著夜視儀,其實就能夠看到我們在發光,就是這個道理。
人會變綠其實是把那個紅外線轉換成可見光,那麼在我們日常生活當中你想一想如果有一個東西它只吸收,不反射光線,那它是什麼顏色?黑的對嗎?但是很有意思的是吸收久了,尤其是我們前面提到的這個黑體吸收久了之後,它自身的溫度就會提升,當達到一定溫度的時候,它自身向外發射的電磁波就達到了可見光的級別。舉一個通俗的例,子比如說巖漿,燒紅的鐵塊他是不是也會發光,他們發出的那種近似橙紅色的光,當黑體受到的熱力相當於500到550度時它就會變成暗紅色。那麼到達了1050到1150度,它就會變成黃色。
大家如果對這個感興趣,其實可以搜一些這個煉鋼廠的視頻來看一下,最開始這個鋼鐵啊他的這個溫度可能是紅的,溫度越高它就越黃,到最後那種溫度極高,甚至可能是接近於白色,其實就是這個道理。那我們如果說還是科學的來定義的話,光源的顏色成分是與該黑體所受的溫度相對應的。後半部分有點雲裡霧裡的,不過我一直想到自己始終在發光發熱還是挺開心的。不過這個黑體跟火又有什麼關係呢?說白了,火的顏色也是一種可見光對不對,那麼火焰當中黑體輻射產生的都是連續波長的光,只是各波長隨比例溫度的變化而變化,這個顏色呢也相應的改變。
那麼大致規律是這樣的,溫度越低的時候這種短波長的光,也就是藍光和紫光相對會比較少。那麼長波長的光,也就是我們所說的紅光、橙光就會越多。也就是說在這個時候,火焰的通常是偏黃色、偏暖色、偏紅色的,而溫度越高這個短波長的光藍光、紫光、就越多長波長的光就越少。這個時候呢火焰就會偏藍、偏冷色的。大家再回過頭去想一想,我們萬物之靈說恆星年齡的時候,其實也提到了恆星的這個顏色和它亮度的關係類似,所以說這個溫度才是改變或顏色的主因。怪不得這個什麼火柴就輕輕一划,顏色是偏紅的。煤氣的顏色是藍藍的。
我突然想到做飯好危險,這次千萬可不能這樣去想,不能這樣的去類比。我也怕就是這樣的編排可能會讓大家有一點誤會,我們要說的是其實能夠影響火焰顏色的因素還挺多的,我們前面所說的是那種沒有其他雜質的一種理想狀態下的火焰。那麼剛才姜文提到的這些現象其實主要是由於焰色反應。這個其實我相信有的朋友可能聽到過,就是因為可燃物或者助燃物的不同它能夠讓火的顏色發生改變。因為不同的物質或元素碳燃燒時所產生的特徵波長是不同的。我想起來了,以前我聽化學老師說過焰火特別絢麗的色彩,好像就是這個道理吧。
在中學的時候應該學過,我記得那時候老師還會找一個這個煤氣燈,然後拿不同的紙去對,就放在這個火焰上顏色就變得非常的眩。那麼咱們隨便再給大家說幾個回憶一下,比如說鈣在燃燒的時候它的顏色就是磚紅色。而鉀在燃燒的時候是淺紫色,鉛在燃燒的時候就是綠色,而像是一氧化碳和甲醛它們在燃燒的時候都是藍色。所以說大家在家裡做飯的時候我們通常用的是煤氣或者是天然氣,正常情況下看到的火焰他都是藍色的。
化學上的焰色反應,通常就是用來測試某種金屬它是否存在化合物。人們在煙花當中有意識地加入一些特定的金屬元素,就使得焰火更加的絢麗多彩了。那這算是一種化學反應嗎?其實焰色反應它是物理變化,這個過程當中它並沒有生成新的物質。焰色反應是物質原子內部電子能及的改變。通俗的說呢就是原子當中的電子能量的變化,它不涉及物質結構和化學性質的改變。看到這裡估計有朋友猜到了,真正影響其顏色的其實是量子層面的事情。今天的難度暫時就停留在中學化學的水平,還是和火焰的顏色有關。那咱們就說說中學做化學實驗的時候。可是好像即使是同一團火焰它也是有不同顏色的是吧?這是為什麼呢?
乍一看的一團火焰看起來是一個整體,那麼它的整體溫度和顏色應該差的是不太多的。但事實其實並不是咱們想的那樣,火焰呢它其實是有分層的。最內層的因為供氧不足,燃燒不完全,所以溫度最低。這裡是由能燃燒而還未燃燒的氣體所組成的,這個呢叫做焰心。而中間的一層就是包圍著焰心最為明亮的部分,這是氣體未完全燃燒的部分,含著一些比如碳粒子這樣的東西,被燒熱發出強光溫度呢會比內層來得高。而最外層的區域叫做反應區,是氣體完全燃燒的部分,含著過量而強熱的空氣,因為供氧充足燃燒完全溫度最高。