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多高温度会导致物体发光,为啥会发光,光谱能告诉我们什么?

首先可以肯定地说,温度发光没有必然联系。因为物体发光有各种方式,如反射发光、光致发光、电致发光、放射发光、化学发光、生物发光等等。与温度有关的发光一般是指光源。

比如我们看到的世界,除了太阳和夜晚的灯光、火光,绝大多数都是反射光表达出来的。能够自身发光的物体叫光源。除了放射、化学、生物发光等,与温度相关的发光是属于能量激发出来的光,只要能量达到了,温度达到了,就能够发出光来。

今天我们只讨论与能量和温度相关的光。

首先了解什么叫“光”

一般说的发光是指可见光,就是人眼睛感受到的亮光,这些亮光有亮有暗,但总体上是人眼感光细胞能够感受到的光。但实际上,人眼还有许多感受不到的光,但有有些动物能够感受到,或者说人类制造的设备仪器能够感受到。

这是因为所谓“光”就是电磁波,而可见光只是电磁波谱中小小一段而已,波长约在380nm~760nm之间,比这个波长短的叫紫外线、X射线、γ射线;比这个波长长的叫无线电(包括长波、短波、微波)、红外线等,这些都是人眼没办法看到的,但有些动物能看到紫外线和红外线,因此看到的世界色彩就与我们人类不一样。

我们人眼能感受到到的只有可见光,由于可见光是一种复合光,根据能量频率和波长不同,大致分为红橙黄绿青蓝紫7色,当然这7色并不是界限分明,每种颜色之间是一个逐渐过渡的过程,这就叫可见光的光谱

正是由于可见光具有色谱,不同物体对不同波段的光吸收率不一样,人类才能够看到一个色彩斑斓的世界。光的波长越长,频率越低,能量越低。可见光光谱中,红光能量最低,频率最低,波长最长;而紫光;频率最高,能量最高,波长最短。

再来了解一下什么叫温度

温度是表示物体冷热程度的物理量,从微观上说,是指物体分子运动的剧烈程度,分子运动越激烈,温度就越高。从更微观的层面说,发光是电子在跃迁过程中释放出来的光子。任何物质都是由元素组成,而元素是由原子组成,原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成。当原子得到外来能量就会让电子跃迁到更高层级,但电子总有回到自己层级的惰性,当能量不能维持它跃升到更高能级的时候,就会跃迁回到自己的轨道,这时就会释放出一个光子。

无数个原子都是放出光子,就会发生发光现象。当能量较低时,发出的电磁波就会以不可见低能光出现,如无线电波、微波、红外线等,这些可以通过仪器测量;能量较高时,就会发出可见光;再高时就会发出超出可见光频率的高能不可见光,如紫外线、X射线、γ射线等。

微观运动除了发出不同频率的电磁波,原子分子运动越剧烈,发出的光能量就越高,同时发出热辐射。这就是温度的由来。衡量温度高低的标尺叫温标,是人类为了表述方便,根据对自然规律长期认识的结果而设定的。

现在执行的温标主要有热力学温标,用符号“K”表示,又称开尔文;华氏温标,用符号“H”表示,又称华氏度;摄氏温标,用符号“℃”表示,又称摄氏度。其中标准温标是热力学温标,是科学界用于衡量其他温标的一个标尺。

热力学温标理论上将宇宙最低温度设定为0 K(不是OK),俗称绝对零度。绝对零度是分子运动的下限,在这个温度下,分子已经没有动能,是温度的理论下限值。在绝对零度时,所有物质完全没有粒子振动,而空间是由于粒子运动而存在的,因此没有了粒子运动,空间总体积为零。

因此,理论上只要宇宙存在,就不会有绝对零度出现。

摄氏温标与热力学温标1度对应1度,但起点不一样。绝对零度为-273.15摄氏度,即0 K=-273.15 ℃,点为273.15 K=0 ℃,沸点为373.15 K=100 ℃,以此类推;华氏度与摄氏度的对应关系1摄氏度间隔相当1.8华氏度间隔,0 K=-275.13 ℃=-459.67 H,冰点273.15 K=0 ℃=32 H,沸点373.15 K=100 ℃=212 H,以此类推。

温度与可见光的关系

任何物体温度高于绝对零度时,都会发出热辐射,也就是发出电磁波,但在温度较低时,辐射只能以不可见光的方式发出,人眼是看不到的,但通过仪器可以监测到。随着温度升高,辐射能量加大,物体就会发出可见光。

一般来说,当固体温度升高到500摄氏度时,就开始辐射出暗红色的可见光,随着温度升高,光的颜色也会发生变化,按照红-橙红-黄-黄白-白-蓝白的顺序渐变,这就是光的色温和光谱,温度越高,可见光中的蓝色就越多。

气体通过高能激发可发出明亮的可见光,如氙灯就是就是将电极电压提高到数万伏以上,高压击穿氙气而导致在在两极之间形成电弧,发出明亮的光。这种光叫等离子体,又叫电浆光,是由于原子部分电子被剥夺后,形成有正离子和负离子组成的混合气态状光源。

等离子体温度很高,一般都在数千K到数万K。等离子体是物质的第四态,恒星就是以等离子体形态存在。

光谱色温和元素光谱

从上面叙述,我们已经了解了原子得到能量后释放的光子,因此光是能量辐射,是电磁波,而可见光是人眼能够感知到的电磁波。可见光的光谱范围在380nm~760nm左右,波长越长频率越低能量越小,而可见光是一种复合光,大致由红橙黄绿青蓝紫七色过渡组成,其中红色能量最低,紫色能量最高。

这就是光谱,这种光谱通过三棱镜可以色散分离出来。温度越低的光能量也低,因此呈现出红色越多,温度越高的光能量越强,光谱就向蓝色偏移。科学家们就是根据光谱来确定恒星表面温度的,如将恒星分成O、B、A、F、G、K、M等光谱型。

M型光谱的恒星温度最低,表面温度在在2000~3500K,颜色为红色;K型表面温度在3500C5000,颜色为橙色;G型是我们太阳的光谱,表面温度在5000C6000K,颜色为黄色;随着光谱颜色从黄转白转蓝,温度越来越高,如到了O型,表面温度达到了30000K以上,颜色蔚蓝色。

恒星的光谱与温度和质量是密切相关的,一般来说,温度越高,颜色越偏蓝,质量就越大,因此科学家们从恒星的光谱、温度就能够大致得出恒星的质量了。

光谱还与恒星所含有的元素密切相关,因为不同的元素所发出的光谱是有区别的。这是因为不同元素电子跃迁释放出的能量波长不一样,我们知道光的颜色与波长有关,因此不同元素发出的颜色就不一样。比如氢的光谱颜色为绿色,氧的光谱颜色为蓝色,硫的光谱颜色为红色等。

科学家们通过接收到的恒星光谱分析,根据光谱颜色谱线不同,就能够分析出这颗恒星的成分及大致比例。

这就是物体发光的原因及其不同光谱所包含的奥秘。感谢阅读,欢迎讨论。如喜欢本人文章,请支持点赞和关注,再次感谢。

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