人們通常認為燃燒中的火焰既要發熱,又要發光。關於發熱這一點昨天我們已經介紹過——火焰不僅可以是涼的,甚至還可以冷到讓水結冰[點此查看],那麼發光呢?有沒有不發光的火焰?
還真有,這就是今天咱們要看的黑色火焰——首先需要強調,和我們以往介紹的諸多奇特實驗一樣,下圖中的火焰仍然不是電腦特效或者特殊的拍攝效果,用肉眼看黑色火焰的效果和下圖中是一樣的:
注意火焰在後面留下的陰影
通常的火焰燃燒時並不會留下陰影,但是黑色火焰卻可以在身後留下明顯的陰影,證明它吸收了光線:
通常的火焰不會留下「陰影」
(但會有部分氣流抖動形成的陰影)
它可以將火柴點燃,證明它確實是火焰:
這種神奇的黑色火焰是怎麼形成的呢?首先,有些朋友可能已經注意到了前面的圖中,環境光線是奇特的黃色,而不是我們通常看到的白光,奧秘就隱藏在其中。我們知道,太陽光是連續光譜,陽光中有各種波長的可見光,紅橙黃綠藍靛紫一應俱全,它們混合在一起就成了白光。我們看到陽光下各種鮮豔的顏色是因為物體反射或透射了對應波長的光,比如我們看到紅色的花是因為花朵吸收了紅色以外的光線,只把紅色反射進我們的眼睛。
花朵顯紅色,其實是因為花朵「不要」紅光
而黑色的物體能吸收所有可見光,不反射也不透射,使得我們的眼睛接收不到它們傳遞過來的光線,我們看到的就是黑色——黑色的衣服更「吸熱」也是這個道理,黑色衣服把所有可見光的能量都吸收了。
我們介紹過的「最黑的黑」
正是因為它能吸收幾乎所有的可見光
要想產生「黑色」的火焰,就要讓火焰吸收光線,最簡單的辦法是用單一色的光源照射火焰,然後讓火焰吸收這種波長的光。在前面的實驗中使用的是波長589.0nm和589.6nm的低壓鈉燈,它能發出單一的黃光(這個兩個波長的色彩肉眼難以分辨,看起來都是黃色)。
鈉燈並不罕見,我們常見的黃色路燈就是一種鈉燈
然後在燃燒的火焰中滴入鹽水(NaCl),鹽水中的鈉離子發生受激輻射,放出同樣是波長589.0nm和589.6nm的黃光(這個就是著名的焰色反應),但是火焰中的鈉離子同時也會吸收這個波長的黃光,這樣一來,低壓鈉燈發射出來的光線就被火焰中的鈉離子吸收,在周圍較強黃光的映襯下,火焰就成了黑色。
其實吧,看起來詭異無比的黑色火焰,只用到了高中階段的物理知識。
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【參考資料】
https://www.youtube.com/watch?v=Kn2OyQh6o7U
https://www.youtube.com/watch?v=5ZNNDA2WUSU&t=309s
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