你是否曾在夜晚仰望星空,驚嘆于那些遙遠星球的光芒?但你是否知道,世間萬物都是發光體?
沒錯,就像宇宙中的每一顆星星,任何物體都在以一種特殊的方式向外界散發光芒——輻射出電磁波。
這并非科幻小說的情節,而是實實在在的科學現象,這種現象被稱為熱輻射。為了研究熱輻射的規律,物理學家們定義了一種理想物體——黑體(black body),作為研究熱輻射的標準物體。因此,熱輻射也被稱為“黑體輻射”。
什么是黑體輻射
黑體輻射是一種物理現象,指的是黑體在任何溫度下都能完全吸收所有波長的入射輻射,并以最大效率重新輻射出能量。
黑體輻射理論可以幫助科學家理解恒星、行星和其他天體的溫度和能量輸出。許多現實中的物體,如太陽和燈泡,都可以近似看作黑體,通過研究其輻射特性來了解其物理性質。
開爾文與攝氏度的關系
開爾文溫標和攝氏度是兩種常用的溫度計量方式,它們之間有簡單的轉換關系。攝氏溫標基于水的冰點(0°C)和沸點(100°C),適用于日常生活和一般科學應用。開爾文溫標基于絕對零度(0K = -273.15°C),適用于科學研究和工程應用,因為它避免了負溫度值,更方便描述熱力學過程。
1不同溫度下物體的輻射光譜
通過動畫,我們可以更直觀地了解光譜強度如何隨波長和溫度變化。在較低溫度下,物體發出的主要是紅外輻射;隨著溫度的升高,光譜逐漸進入可見光范圍。
人體的體溫約為310K,我們的肉眼看不到人體向外輻射的電磁波。但如果使用紅外成像設備,就能看到人體在不斷地輻射遠紅外線。
2溫度與顏色
01紅 光(約1000K)
從大約1000開爾文(K)開始,物體會發出略帶紅色的光,就像我們熟知的熾熱金屬,如烤箱加熱元件的紅光,那是800°C的高溫的運作。
02黃 光(2000-3000K)
在2000 K時,光譜中黃色波長的比例增加,物體開發輻射部分黃光。在溫度約為3000 K時,則更多地輻射黃色波長光譜。
白熾燈是我們常見的照明工具,其溫度約為2700K,發射可見光。然而,大部分熱輻射實際上是在紅外波段。通過下圖,我們可以看到發射光譜隨物體溫度的變化而變化。在低電流下,燈絲會略微發紅;而在高電流下,燈絲則發出強烈的黃色光。
03白 光(約6000K)
當溫度達到約6000 K時,輻射光譜中幾乎所有可見光波長的強度都是相同的,這種輻射呈現為白色。這也就解釋了為什么太陽看起來是白色的,因為它作為一個幾乎完美的黑體,表面溫度高達5778 K。
探索光·發現光·應用光
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原文標題:光科普 | 世間萬物都在發光
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