为什么有些物体温度高了就会发光?

探索宇宙方向 2024-04-05 10:08:42

日常生活中,我们会注意到,有些物体温度高到一定程度就会发光,比如说铁块,温度高了,就会发光。

事实上,不管温度高低,任何物体都会发光,而且一刻不停地在发光。也就是说,发光与否与温度并没有必然联系,温度的高低只会影响发光的类型。

你可能会反驳:别扯了,我怎么看不见有哪个人在发光?

首先,我们先了解一下到底什么是光。

通常情况下,我们所讲的“发光”其实默认为可见光,也就是我们的眼睛能看到的光。但是,可见光只是众多光谱中非常小的一部分。

我们都知道,光属于电磁波,而在电磁波谱中,可见光只占了非常狭窄的一小部分。可见光的波长大约在380纳米到760纳米之间,还有很多比可见光波长更长的光,也有更短的光。

比如说无线电,微波,红外线等,波长都比可见光要长,而紫外线,X射线,伽马射线等,波长都比可见光要短。所有这些光,我们的眼睛都是看不到的。

不过,有些动物确实能看到紫外线和红外线,所以在很多动物眼里,它们看到的世界与人类看到的世界有很大不同。

即便是可见光也属于复合光,根据频率波长不同,又大致可以分为红橙黄绿青蓝紫7种颜色的光,每种颜色之间的分界线并不明确,都有一个过渡范围。也正是因为可见光是复合光,我们才能看到一个五彩斑斓的世界。

接下来我们了解一下什么是温度,以及物体到底是如何发光的。

温度,简单来讲就是衡量物体冷热程度的物理量。不过这只是模糊的定义,从微观层面来讲,温度是分子运动的剧烈程度,单个分子的热运动是随机的,这里采用的是统计学原理,大量分子的热运动遵循统计学原理。

分子运动越剧烈,温度就越高。

而平时生活中我们看到的物体发光,从微观层面来讲,其实是电子发生了跃迁,然后释放出了光子。

我们都知道,原子是由原子核和核外电子组成的,电子获得外部能量之后就会发生电子跃迁,跃迁到更高层级,此时的电子处于激发态。不过电子总是有回归能量最低层级的趋势,也就是回归基态的趋势,因此在能量不足时,电子又会自发地跃迁到更低的层级,这个过程就会释放出光子。

处于激发态的电子,就相当于位于高山顶峰的一块石头,这块石头总是拥有朝山谷滚落的趋势,而山谷就相当于电子的基态。

电子跃迁到基态很容易,但要想跃迁到激发态就需要很大的能量才行了。就好比任何风吹草动都可能将山顶的石头吹动,滚落到山谷。但要想让山谷的石头滚到山顶,就需要很大的能量了。

话说回来,在电子发生跃迁时,释放出来的光子能量也有高低,当能量较低时,会释放出能量较低的光,比如说无线电波,红外线等,这些光我们的肉眼是看不到的,比如使用相应的仪器才能测量出来。

只有释放出来的光子能量较高时,才会发出可见光,被我们的肉眼捕捉到。而如果能量更高了,超出可见光范围,我们的肉眼同样也看不见,比如说紫外线。

不管任何物体,只要温度高于绝对零度,就一定会向外发出热辐射,也就是电磁波。而按照热力学第三定律,绝对零度是无法突破的,任何物体的温度都不可能达到绝对零度。正如刚才所讲,热辐射的光可以表现为各种频率的光,如果光的频率不属于可见光范畴,我们当然就看不见了。

但看不见并不代表物体没有发光,实际上任何物体真的一直都在进行热辐射,也就是在发光。

比如说,我们的人体,一刻不停地辐射出红外线,而我们的眼睛看不到红外线。如果戴上红外线眼镜,就能明显看到人体辐射出来的红外线。有些时候,警察抓捕逃到森林里的犯罪分子时,就会利用人体辐射红外线的原理,在无人机上安装红外线探测器,很快就能发现犯罪分子的藏身处。

通常情况下,当固态物体的温度高于500度时,就会辐射出暗红色的可见光。而随着温度不断升高,辐射出的光颜色也会发生变化,从红光,逐渐变成橙红,黄,黄白,白,一直到蓝白。温度越高,可见光中的蓝色光也就越多。

而气体可以通过高能激发,发出明亮的可见光,比如说氙灯,就是利用上万伏的高压击穿氙气,在两极之间形成电弧,发出明亮的光。这种光不再是普通的光,而是等离子光,或者说电浆光。等离子态是物体的第四种形态,是原子外层的电子完全被剥夺,成为自由电子的状态。

我们的太阳核心就是等离子体形态,说白了就是“等离子汤”。

由于光的颜色与能量息息相关,因此,天文学家们可以通过分析恒星发出的光谱颜色,推断恒星的温度和其他特性。

刚才讲了温度越低,能量就越低,这样的光就会呈现红色,而温度高的光能量更强,光谱会更偏蓝色。恒星发出的光谱由于其温度和质量有很大关系,温度越高,颜色就越偏蓝,质量也就越大。

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