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物體溫度為什麼會升高

生活 更新时间:2025-02-14 22:33:49

在我們日常生活中,很多人都會發現,把一個物體不斷加熱,溫度達到一定程度,就會發光,甚至會燃燒。于是很多人都會認為物體溫度高到一定程度就會發光。

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确實沒錯,但并不嚴謹。嚴格來講,溫度發光與否與溫度沒有太大關系,任何物體都會不斷地向外發光,不管溫度高低。隻要溫度高于絕對零度,都會發光,而自然界中絕對零度恰恰是溫度的最低極限值。

隻不過我們平時所說的“發光”指的是人類能觀察到的“可見光”。不過可見光隻是光譜中非常狹窄的一部分,大部分光譜我們都不能用眼睛直接觀察到。

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要想徹底搞明白,我們需要理解幾個概念。

黑體:

黑體,是一種理想中的物體,理論上不反射光也不透射光的物體就是黑體,通俗地講,所有外來的電磁輻射都會被其吸收動物物體就是黑體。黑體,并不代表物體就是黑色的。同時,黑體并不都是不能發光的,因為黑體也可以有特定溫度,也可以發光。

比如說,我們最常見的太陽,就可以基本看做是一個黑體,因為射入太陽的電磁輻射都很難再出來,太陽不反射光,也不透射光,所以認為太陽就是黑體。

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不過嚴格來講,絕對的黑體是不存在的,科學上假設黑體的概念,主要是未來探讨一些熱力學問題,因為黑體相對簡單,不用考慮反射透射等比較複雜的情況。

科學家可以用“黑體”的這種簡單性來描述物體因受熱而發光的情況,就好比我們經常用“剛體”(絕對不變形)描述物體受力一樣。剛體在現實中也是不存在的。

第二個概念色溫:

黑體的溫度越高,發出的光波長越短,頻率越高。色溫就是利用黑體這種規律來描述光色彩的一個量。由于存在太多的色彩,給每種色彩都取名太難了,所以科學家就用數量來描述無窮的色彩。

色溫的反問從絕對零度(0K)開始,理論上是沒有溫度上限的。

舉個例子,如果一個單色光源發光的顔色與黑體在3000度的顔色一樣,那麼這個光源發光的色溫就是(3000 273)K。

這說明了,物體的溫度隻要高于絕對零度,就會發光向外輻射光子,與黑體不同之處在于,普通物體會反射光子,而黑體不會。

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平時生活中我們會注意到這種現象,一塊金屬隻有在加熱到一定溫度時才會發光,而且發紅光,這并不是說金屬塊隻有在加熱到一定溫度時才發光,隻是金屬塊在低溫時發出的光頻率比較低,低于紅色光,而紅光是我們眼睛能看到的光頻率下限。在更低的溫度,金屬隻能向外發出紅外光,而我們的眼睛看不到紅外光。

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比如說,人體也一直在“發光”,隻不過發出的是紅外線,人眼睛是看不到的,如果你戴上紅外線眼鏡,就能清楚地看到了。

看到這裡,或許你會有更大的疑問:為何所有物體都會發光?不發光不行嗎?

我們需要明白光的本質,光到底是什麼?

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光,其實很簡單,它就是電子在躍遷的過程中釋放出來的能量,電磁場能量,光其實就是能量。隻要電子發生躍遷,就會向外釋放光子(能量)。反過來,隻要電子吸收一定數量的光子(能量),就會發生躍遷。這種躍遷其實就是電子基态與激發态之間的不斷轉換。

位于基态的電子受到外界幹擾(吸收光子能量),就會“出軌”躍遷到外層軌道,也就是激發态。電子就像彈簧一樣,被外界光子擾動,但是電子還是會“彈回來的”,因為理論上基态才是電子相對最穩定的形态。要想回到基态,電子必須把吸收的光子再釋放出來。光子釋放出來之後,就可能會被下一個原子的外層電子吸收再釋放,一直這樣循環。

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其實太陽發光的簡單原理就是這樣的,光子在太陽核心産生,然後開始向外傳遞,經過無窮的電子吸收釋放,最終才能到達太陽表層,這個過程需要數萬年時間!

也就是說,我們看到的太陽光其實并不是8分鐘之前的,而是數萬年之前的!

我們所說的絕對零度,指的是一切微觀粒子都靜止時的溫度,但由于量子世界的不确定性存在,電子是不可能靜止的,所以絕對零度不存在,現實中根本不存在不發光的物體。

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即使是詭異的黑洞,也會向外輻射能量,隻不過非常微弱。比如說,一個太陽質量大小的黑洞,色溫隻有0.06172x10^-6K,已經非常接近絕對零度了!而上世紀60年代科學家觀察到的宇宙微波背景輻射的溫度也可以達到2.725k,溫度比黑洞還要高點。

總之,自然界中任何物體都會發光,并不是說“溫度高到一定程度才會發光”,人的眼睛能感知到的光太有限了,我們需要借助特殊的儀器才能看到其他的光!

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