物理学:有些物体加热到一定程度后会发光,其中的科学原理是什么?


我们平常说的发光 , 是指物体发出可见光 , 但可见光只是电磁波中极其狭窄的一个波段;热力学和量子力学指出 , 任何物体都会向外辐射电磁波 , 也就是热辐射 , 辐射电磁波的波长与温度有关 , 大约在500℃~800℃时 , 辐射最大值落在可见光区域 。
热力学指出 , 任何高于绝对零度的物体 , 都会向外辐射电磁波 , 温度越高 , 单位时间内辐射出来的总能量也就越大 , 最高能量密度对应的波长也越短 。
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从微观层面上看 , 温度的本质是微观粒子(比如原子、分子等等)的不规则运动 , 由于原子中有带正电荷的原子核 , 以及带负电荷的电子 , 粒子的不规则运动会导致微观粒子磁矩发生变化 , 从而向外损失能量 , 也就是外向辐射电磁波 。
理论上 , 热辐射对应的波长可以从零到无穷大 , 这主要与物体的温度有关 , 可见光的波长为380nm~780nm , 属于电磁波中非常狭窄的一个波段 , 低于380nm和高于780nm的电磁波我们都无法肉眼看见 。
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比如红外线测温仪 , 就能检测红外线波段(760nm~1mm) , 以此判断出物体的温度 , 但是我们肉眼却看不见;太阳光中的紫外线(100nm~400nm)会对皮肤造成伤害 , 我们肉眼也看不见紫外线 。
物体热辐射是有规律的 , 物理学中一个理想的黑体严格遵循黑体辐射定律 , 或者叫做普朗克辐射定律 , 其公式为:
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生活中很多物体可以近似看作黑体 , 比如一个铁块 , 我们对铁块进行加热 , 根据公式我们很容易知道:
1、温度达到500℃ , 铁块热辐射最大值进入可见光区域;
2、当温度大于800℃后 , 辐射最大值移出可见光区域 , 但是由于辐射总量在增加 , 所以可见光区域依然保持了足够高的辐射功率 。
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导致的情况就是 , 我们对一个铁块从0℃进行加热 , 低于500℃时铁块显示它本身的颜色 , 大于500℃后 , 铁块变得暗红 , 然后逐渐赤红 , 再变黄白 , 这就是很多物体加热后会发光的原因 。