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。

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。

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:

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。

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。

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