我們平常說(shuō)的發(fā)光,是指物體發(fā)出可見(jiàn)光,但可見(jiàn)光只是電磁波中極其狹窄的一個(gè)波段;熱力學(xué)和量子力學(xué)指出,任何物體都會(huì)向外輻射電磁波,也就是熱輻射,輻射電磁波的波長(zhǎng)與溫度有關(guān),大約在500℃~800℃時(shí),輻射最大值落在可見(jiàn)光區(qū)域。
熱力學(xué)指出,任何高于絕對(duì)零度的物體,都會(huì)向外輻射電磁波,溫度越高,單位時(shí)間內(nèi)輻射出來(lái)的總能量也就越大,最高能量密度對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)也越短。
從微觀層面上看,溫度的本質(zhì)是微觀粒子(比如原子、分子等等)的不規(guī)則運(yùn)動(dòng),由于原子中有帶正電荷的原子核,以及帶負(fù)電荷的電子,粒子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致微觀粒子磁矩發(fā)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(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)可以從零到無(wú)窮大,這主要與物體的溫度有關(guān),可見(jiàn)光的波長(zhǎng)為380nm~780nm,屬于電磁波中非常狹窄的一個(gè)波段,低于380nm和高于780nm的電磁波我們都無(wú)法肉眼看見(jiàn)。
比如紅外線測(cè)溫儀,就能檢測(cè)紅外線波段(760nm~1mm),以此判斷出物體的溫度,但是我們?nèi)庋蹍s看不見(jiàn);太陽(yáng)光中的紫外線(100nm~400nm)會(huì)對(duì)皮膚造成傷害,我們?nèi)庋垡部床灰?jiàn)紫外線。
物體熱輻射是有規(guī)律的,物理學(xué)中一個(gè)理想的黑體嚴(yán)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(gè)鐵塊,我們對(duì)鐵塊進(jìn)行加熱,根據(jù)公式我們很容易知道:
1、溫度達(dá)到500℃,鐵塊熱輻射最大值進(jìn)入可見(jiàn)光區(qū)域;
2、當(dāng)溫度大于800℃后,輻射最大值移出可見(jiàn)光區(qū)域,但是由于輻射總量在增加,所以可見(jiàn)光區(qū)域依然保持了足夠高的輻射功率。
導(dǎo)致的情況就是,我們對(duì)一個(gè)鐵塊從0℃進(jìn)行加熱,低于500℃時(shí)鐵塊顯示它本身的顏色,大于500℃后,鐵塊變得暗紅,然后逐漸赤紅,再變黃白,這就是很多物體加熱后會(huì)發(fā)光的原因。
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