有些物體加熱到一定程度後會發光,其中的科學原理是什麼?

2020-12-05 艾伯史密斯

我們平常說的發光,是指物體發出可見光,但可見光只是電磁波中極其狹窄的一個波段;熱力學和量子力學指出,任何物體都會向外輻射電磁波,也就是熱輻射,輻射電磁波的波長與溫度有關,大約在500℃~800℃時,輻射最大值落在可見光區域。

熱力學指出,任何高於絕對零度的物體,都會向外輻射電磁波,溫度越高,單位時間內輻射出來的總能量也就越大,最高能量密度對應的波長也越短。

從微觀層面上看,溫度的本質是微觀粒子(比如原子、分子等等)的不規則運動,由於原子中有帶正電荷的原子核,以及帶負電荷的電子,粒子的不規則運動會導致微觀粒子磁矩發生變化,從而向外損失能量,也就是外向輻射電磁波。

理論上,熱輻射對應的波長可以從零到無窮大,這主要與物體的溫度有關,可見光的波長為380nm~780nm,屬於電磁波中非常狹窄的一個波段,低於380nm和高於780nm的電磁波我們都無法肉眼看見。

比如紅外線測溫儀,就能檢測紅外線波段(760nm~1mm),以此判斷出物體的溫度,但是我們肉眼卻看不見;太陽光中的紫外線(100nm~400nm)會對皮膚造成傷害,我們肉眼也看不見紫外線。

物體熱輻射是有規律的,物理學中一個理想的黑體嚴格遵循黑體輻射定律,或者叫做普朗克輻射定律,其公式為:

生活中很多物體可以近似看作黑體,比如一個鐵塊,我們對鐵塊進行加熱,根據公式我們很容易知道:

1、溫度達到500℃,鐵塊熱輻射最大值進入可見光區域;

2、當溫度大於800℃後,輻射最大值移出可見光區域,但是由於輻射總量在增加,所以可見光區域依然保持了足夠高的輻射功率。

導致的情況就是,我們對一個鐵塊從0℃進行加熱,低於500℃時鐵塊顯示它本身的顏色,大於500℃後,鐵塊變得暗紅,然後逐漸赤紅,再變黃白,這就是很多物體加熱後會發光的原因。

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