每當打開電燈,随之就會有亮光發射出來。那麼,這些光子是哪裡的呢?光源是如何産生光子的呢?
光即是能量此前人們使用最普遍的電燈是鎢絲燈,電流通過鎢絲電阻加熱鎢絲,鎢絲的溫度将會升高到2500攝氏度,由此發出亮光。然而,為什麼物體被加熱後會發光呢?而且,如果熱的物體确實會發出光,為什麼人類和其他溫血動物在一個完全黑暗的房間裡很看到呢?
認為它們不夠熱,這是有一定道理的。畢竟,溫血動物的體溫隻有幾十度,而發出亮光的鎢絲的溫度達到了上千度。事實上,溫血動物确實會發光,但由于它們的熱量微不足道,所以發出的可見光亮度不夠。因此,那些光并不是“可見的”,隻能用過儀器探測到,比如紅外夜視儀。
然而,僅僅把這歸咎于能量的大小是不對的。要知道,LED燈或熒光燈不像白熾燈那麼熱,但它們同樣很亮。那麼,光子究竟是如何被制造出來的呢?
光子光是電磁波,光子被描述為電磁場的激發。根據麥克斯韋電磁場理論,激發電場,反過來又會激發磁場,接着又會重新激發電場,如此反複。那麼,第一下激發需要什麼呢?
那就是電子。在原子核外圍,電子可以處在不同的能級。當激發電子時,例如,給電燈通電加熱鎢原子,電子就會吸收能量躍遷到更高的能級。然而,這種狀态是不穩定的,大自然尋求穩定。為此,電子會躍遷回原來甚至更低的能級。當一個電子向低能級躍遷時,原子就會發出一個光子。當大量的電子同時向低能級躍遷時,就會發出大量的光子,所以鎢絲燈可以發出亮光。
産生的光有的是肉眼可見的,有的看不見的,這取決于電磁波的頻率或光子的能量。根據頻率或者波長的不同,電磁波可分為7大類。人類的眼睛隻能感知到其中一種,所以它被稱為可見光。
這就是為什麼溫暖的身體産生的光不能被人類的眼睛所探測到,但可以通過紅外設備來檢測。無線電波通過我們的手機傳輸和接收的情況也是如此。在可見光譜之外,還有頻率更短的紫外線、X射線和伽馬射線,恒星和其他非常高能的現象,如類星體、超新星和中子星碰撞,都會釋放出這些電磁波。
無論通過加熱還是電來激發電子,産生的光不會什麼區别,光的頻率取決于電子躍遷的能級差。因此,更多的熱量不一定意味着更多的光。僅僅因為這個原因,與熒光燈相比,白熾燈浪費了大量的熱能,其效率是非常低的。在熒光燈中,電流通過含有氩氣和水銀蒸汽的管道來激發電子。
總之,當一個電子吸收能量受到激發之後将會變得不穩定,為了恢複穩定的狀态,電子就會從一個更高的能級躍遷到一個較低的能級,由此就會輻射出一個光子。
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