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科普光丨世间万物都在发光

浏览数量: 1017     作者: 广明源     发布时间: 2024-07-11      来源: 本站

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你是否曾在夜晚仰望星空,惊叹于那些遥远星球的光芒?但你是否知道,世间万物都是发光体?

没错,就像宇宙中的每一颗星星,任何物体都在以一种特殊的方式向外界散发光芒——辐射出电磁波。

这并非科幻小说的情节,而是实实在在的科学现象,这种现象被称为热辐射。为了研究热辐射的规律,物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body),作为研究热辐射的标准物体。因此,热辐射也被称为“黑体辐射”。




什么是黑体辐射?


黑体辐射是一种物理现象,指的是黑体在任何温度下都能完全吸收所有波长的入射辐射,并以最大效率重新辐射出能量。

黑体辐射理论可以帮助科学家理解恒星、行星和其他天体的温度和能量输出。许多现实中的物体,如太阳和灯泡,都可以近似看作黑体,通过研究其辐射特性来了解其物理性质。



开尔文与摄氏度的关系


开尔文温标和摄氏度是两种常用的温度计量方式,它们之间有简单的转换关系。摄氏温标基于水的冰点(0°C)和沸点(100°C),适用于日常生活和一般科学应用。开尔文温标基于绝对零度(0K = -273.15°C),适用于科学研究和工程应用,因为它避免了负温度值,更方便描述热力学过程。



不同温度下物体的辐射光谱


通过动画,我们可以更直观地了解光谱强度如何随波长和温度变化。在较低温度下,物体发出的主要是红外辐射;随着温度的升高,光谱逐渐进入可见光范围。




人体的体温约为310K,我们的肉眼看不到人体向外辐射的电磁波。但如果使用红外成像设备,就能看到人体在不断地辐射远红外线。


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图示:人体辐射远红外线



温度与颜色




红 光(约1000K )


从大约1000开尔文(K)开始,物体会发出略带红色的光,就像我们熟知的炽热金属,如烤箱加热元件的红光,那是800°C的高温的运作。

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 图示:烤箱加热元件的红光


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图示:黑体在1000 K时的红光



黄 光(2000-3000K )


在2000 K时,光谱中黄色波长的比例增加,物体开发辐射部分黄光。在温度约为3000 K时,则更多地辐射黄色波长光谱。


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图示:黑体在2000 K时的黄色光辉


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图示:黑体在3000 K时的淡黄色光辉


白炽灯是我们常见的照明工具,其温度约为2700K,发射可见光。然而,大部分热辐射实际上是在红外波段。通过下图,我们可以看到发射光谱随物体温度的变化而变化。在低电流下,灯丝会略微发红;而在高电流下,灯丝则发出强烈的黄色光。


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白光(约6000K )


当温度达到约6000 K时,辐射光谱中几乎所有可见光波长的强度都是相同的,这种辐射呈现为白色。这也就解释了为什么太阳看起来是白色的,因为它作为一个几乎完美的黑体,表面温度高达5778 K。

     

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 图示:黑体在6000 K时的白色光辉


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 图示:表面温度为5778 K的太阳光


在浩瀚的宇宙之中,每一束光都散发着其独特的魅力和力量。它们以不同的方式照亮我们的世界,赋予我们的生活以色彩、温暖和无限可能。广明源,作为光科技领域的探索者和创新者,我们致力以光科技赋能美好生活。在此,我们诚挚地邀请您共同携手探索光的奥秘,发现光的潜力,共同创造更多创新的光科技应用。


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