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周法哲的博客

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做过工,开过荒,教过书,扛过枪,当过干部仍在党,现任公司董事长。业余以探索天地人和谐之道为乐!

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(原创)任何物体都会发光吗?(图)  

2008-06-09 04:28:41|  分类: 科学的皇后 |  标签: |举报 |字号 订阅

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周法哲曾在铸工车间当过学徒,每星期一拆砂型、刨出上周末铸造的机件;第二天剔毛刺儿,把我们铸造的机件交给车工车间去加工;第三天翻砂,即把旧砂型打碎过筛,保持适当的湿度;第四天跟着工人师傅做新的砂型;第五天砸铁锭、备焦炭,准备开炉;第六天开炉化铁汁,浇铸新的机件;星期日休息,同时等待铸件冷却。周而复始。

每星期六开炉时,是我们年轻人最兴奋的一天,不仅是这一天车间免费提供降温饮料、食堂免费改善生活还可以吃到肉菜等劳动保护条件最好,而且工作过程中大大小小的铁水包铁花四溅象美丽的节日礼花,当然也非常危险、刺激,一不小心就会有人被烫伤。

你如果留心观察,冷冰冰的铁块,一开始你看不见它发光。即使加热得烫手,你也看不出它发光。随着温度的升高,它开始发出暗红色的光。继续使温度升高,它变成赤红、橙色。炉温达到大约1500℃时,它化成铁汁,并发出黄白色的光。

上了大学才知道,其实任何物体都会发光,在不同的温度下,发出的光色也不同。这就叫热辐射。

热辐射的本质是物体自发地向外发射出一定能量的电磁波,温度不同,发射的电磁波的频率(或波长)也不同。温度越高,频率也越高,比如铁发出的光色由红变黄白。温度越低,频率也越低,当低到红外线以下频率时,我们肉眼看不见了,误以为物体不再辐射电磁波,比如冷冰冰的铁块。其实这时利用科学仪器仍然可以观测到人体、铁块及许多物体发出的热辐射。比如军事上利用远红外观测仪,在黑夜里也可以“看”到敌人的兵力部署和活动情况。

一般来讲,即使在温度一定时,物体热辐射的频率成分也是丰富多彩的,即辐射电磁波的能量按各种频率成分的分布比例和能流速度是不同的。物理学上用“光谱辐射出射度”这个物理量来定量描述,用Mν表示。定义为:单位时间内从物体单位表面积发出的、频率在ν附近单位频率区间的电磁波的能量。光谱辐射出射度(按频率分布)的SI(国际单位制)单位为 W/(m^2×Hz)或 瓦/(平方米×赫兹)。

例如,100W的白炽灯泡,钨丝温度在2750K(K为绝对温度单位“开”,比摄氏温度高273.16度)时,Mν 按频率ν的分布曲线如图1,其中横坐标频率ν的单位为10^14 Hz(即10的14次方赫兹),光谱辐射出射度Mν的单位为10^-9 W/(m^2×Hz)(即每平方米、每赫兹10的负9次方瓦)。

由分布曲线可以看出,白炽灯钨丝即使在被电流加热到2750K(即2750减273.16℃)高温时,大部分辐射能量也落在红外区域,可见光频段只占很少一部分,对于照明来说,显然浪费了不少能量。从节能的角度来讲,白炽灯泡确实应该淘汰!

同样原理,我们知道太阳表面温度为5800K,我们也可以画出太阳光谱辐射出射度Mν 按频率ν的分布曲线,如图2。其中频率ν的单位为10^14 Hz,光谱辐射出射度Mν的单位为10^-8 W/(m^2×Hz)。

从图2可以看出太阳辐射的能量也主要是红外成分,不同的是太阳辐射能量的“重心”频率较高一些,约在3.4×10^14 Hz附近,即太阳发出的光中,可见光还是占相当大的成分。即使红外部分,虽然我们看不见,但也给我们带来了巨大的热量。

可见,不同的物质材料,热辐射的分布规律也是大不相同的。比如钨丝温度在2750K时还照样工作,而铁在2750K时就要开始化成气体啦!

常言讲,有一份热,就发一份光。但不见得都是可见光。因为物体的热辐射发出的电磁波,包含的频率成分理论上可以从0 到+∞Hz,而发出的可见光只是其中很小的一部分,即频率ν在3.95至7.69×10^14 Hz,或曰波长λ的范围从390至760nm(纳米)的一个小小波段。

至于常温(约300K)下的铁块或其它普通物体,看起来一般不会发光,其实它们的热辐射一刻也没有停止,只不过它们辐射的电磁波大部分都在红外或紫外范围,我们肉眼看不到而已。看不到的东西可不见得不存在哦!

(作者:周法哲2008-6-8于广东)

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