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光来自于哪里?

作者:佚名  人气: 次  时刻:2018年08月25日  星级:

亮堂的火光、灯火点亮了咱们的黑夜,一起向猎奇的咱们提出了一个个的问题:光是从哪里来的?有人答复——光源。但是今日要讨论的是:光源中的光来自于哪里?光源为什么能发光?为什么有热发光、还有寒光、二者有什么区别?光源中的光是怎样构成的? 
 
几十万年前,人类发明晰用火,橙赤色的火光伴随着人类进入了今日的文明国际,“火为什么是赤色的?”这是几千年来一个恒古的论题。 
 
早年冬季,家里烧着煤炉,煤烧红了、宣布橙赤色的光,铁丝也能被烧红、玻璃能烧红、石头也能烧红,天然物质如岩浆、铁水、火焰、灯丝等在热到必定的程度都会发光。人们总结出:热物质可以发光。为什么一切的物质加热到高温时就可以宣布红光?热怎样使物质发光?热发的光来自哪里? 
 
现代研讨标明,光是电磁波,红光、橙光、蓝光分别是不同频率的电磁波。而物质是由原子组成,原子是由原子核与核外工作着的电子组成。物质中辐射出的电磁波是哪里来的?是原子中的、仍是电子宣布的?电磁波莫非会惹是生非? 
 
咱们在讨论磁性时重温了奥斯特试验,回忆了直流导线的周围的小磁针发作偏转,探求其微观机理是:电流接通磁针偏转,磁场来自于电子的运动;大天然告知咱们:电子的运动(直线运动、滚动)伴生着磁场。 
 
电子的绕核滚动及在导线内的活动所伴生的电磁波是磁场。假如电子振荡、使伴生的电磁脱离、脱离场源,伴生着的磁场就不能接连,所以就成为一断断辐射的电磁波,构成物质的发光。由此,大天然告知咱们:光是脱离了场源的磁;发光与电子休戚相关、发光是来自于电子的振荡。 
 
所以,光是从哪里来的?光是怎样构成的?就有了答案:电子在运动时伴生着电磁场,电子的振荡使伴生的电磁脱离场源构成辐射的电磁波,光的构成便是因为电子振荡所辐射的电磁波。 
 
上述物质,岩浆、铁水、火焰、灯丝等高温物质的发光,便是来自于高温物质核外电子跃迁运动,跃迁运动是核外电子在能级间的跳动,是一种振荡,所以可以伴生、辐射电磁波。热发光便是高温物质的核外电子跃迁所辐射的电磁波。所发光的频率便是价电子跃迁时的工作速率,所以也就有了温度高-物质热发光的频率高的天然现象。 
 
1855年,科学家R.W.本生团队发明晰一种温度很高的本生灯,不同的物质在极高温下宣布炫丽的光,经过分光镜,不同元素各自呈现出各自不同的光谱-原子光谱,这便是闻名的光谱试验。 
 
原子光谱反映了原子内价电子运动的信息。钠光谱是两条亮堂的黄线;钾的光谱是一条杰出的紫色线;銫光谱是两条浅蓝色的线。钠光谱的信息告知咱们:两条线-标明钠原子有两个价电子;黄颜色-标明晰钠元素在本生灯中价电子的速率与黄色光波频率相同。同理:钾的光谱是一条线-标明钾原子只要一个价电子、紫色线-标明钾元素在本生灯中价电子的速率与紫色光波频率相同……如此类推。光谱试验明晰无误地告知咱们:热发光是由价电子跃迁振荡所宣布的电磁波辐射。 
 
固体物理所谓的声子理论(原子的振荡)是值得商讨的。 
 
除了试验还有理论-麦克斯韦方程组,方程标明:电场强度等于磁场波改变率的负值,所以建立了改变的磁场、电场、电磁涉及电流四者数学联络。方程组说明:磁场、电场、电磁波的物理本源都是来自电子的运动。那么,光-电磁波的物理本源当然是来自电子的运动-振荡。光源中的光来自于电子的振荡,电子振荡所伴生的电磁波辐射构成了光波,电子振荡的频率构成了光波的频率,很多电子振荡的电磁波辐射构成了光源。 
 
电子是怎么发作振荡呢?致使电子振荡,有以下几种状况:当物质温度高、环境温度较低时,物质的电子发作的跃迁运动,跃迁是核外电子在高能级辐射出电磁波后向低能级的跳动,是一种振荡,所辐射出的电磁波频率与高能转速相同,也便是宣布与相应频率的光。此外,电子在强磁场、高压电场效果下或在半导体中也会发作振荡,电子振荡所的辐射电磁波的微观表现是不同频率的光。 
 
所以可以概括,电子振荡发光由以下几种原因所引发。 
 
一是热发光,是高温物质的价电子由高能级向低能级跃迁时所引发的振荡。这种振荡需求物质的温度大大高于环境的温度,价电子速率很高、到达可见光的频率,核外电子跃迁辐射才干宣布红光。咱们把这种高温物质核外电子跃迁辐射所构成发光的光源叫热光源。 
 
(当然,物质的温度略高于环境的温度也可以发作红外线辐射,如身体体温辐射,热馒头的辐射。温度较低的周边物质的核外电子则可以接纳辐射,进步本身的价电子速率——温度) 
 
二是电子在强磁场或强电场的效果下引发的受激振荡,这样的电子振荡发光与温度无关、与核外电子工作速率无关。 
 
三是在半导体资猜中,因为掺杂,使得有的价电子没有适宜的归属,发作振荡、发光。将来,咱们还或许制作不同的发光器件、发光物质,其本质仍然是电子的振荡,咱们把这种不需求高温而使电子振荡所构成辐射光的光源叫寒光源。 
 
热光源    热光源是高温物质核外电子跃迁运动所伴生的电磁波辐射。 
 
当物质温度高于环境温度,其核外电子的速率升高,速率较高的核外电子就发作跃迁运动(绕核工作时下降速率的振荡),向外辐射必定频率的电磁波。物质的温度越高,核外电子的速率就高,电子跃迁所辐射的频率就越高。所以咱们就看到了热物质的发光。如:火光、烛光、白炽灯的灯火,以及前述钢铁、玻璃、石头号烧红时的发光。 
 
火光为什么是红的?因为这些物质的温度在800-1000左右,核外电子的速率在赤色、橙色频率邻近,所以核外电子跃迁时辐射出橙赤色的光。而白炽灯的灯丝温度在2500,其光色显得白亮(其间多了橙、黄、绿的成分)。热光源一般是多种频率共存的,除了橙光、红光,还有很多的红外波、微波,这些波咱们的眼睛看不见,所以热光源的发光功率很低(白炽灯的发光功率仅有7%)。 
 
寒光源   寒光源是在电场、磁场效果下电子受激振荡所伴生的高频率电磁波。这儿,电子是指天然界游离电子及原子的核外层电子(非跃迁运动)。 
 
因为寒光源的发光是电子在磁场或电场效果下发作振荡所伴生的电磁波,这种高频振荡与电子绕核工作的速率无关、与物质的温度无关,只是与电子振荡的频率、振幅相关,发光时不会伴有剧烈的发热,不会伴有很多的红外波、微波。所以发光功率高,能节省很多的动力。如:日光灯、节能灯、极光、萤火虫的发光。 
 
半导体发光:在半导体材料(硅)中,硅原子的4个价电子进行价和工作,平顺、安稳,构成硅晶体。因为掺杂,在晶体中掺杂了不同价、不同速率的原子,嵌入晶体中,使得有的价电子没有适宜的归属。在电流经过半导体时,运动的电荷让晶体内的电子运动愈加紊乱、电子在拥堵、等候时发作振荡、发光,构成了(LED)光源。 
 
日光灯:日光灯的光是在高电压电场效果下,使得水银蒸汽和氖气混合气体的表层电子发作剧烈的振荡,电子的高频振荡伴生着紫外线(高频电磁波),紫外线在管壁的荧光物质效果下,构成了近似日光的亮堂灯火。 
 
由所以表层电子发作振荡所伴生的紫外电磁波,并没有太大地进步气体的核外电子绕核工作的速率,所以气体的温度没有大幅度的升高,只是在电子在工作时的振荡使得原子有一些保护性的升温(约50),所以人们把日光灯叫做寒光源,其发光功率较高。 
 
极光:极光是在地球南北极邻近大天然所宣布的五颜六色天光。极光的发作一是在地球南北极,磁力线密布、地磁场较强;二是在100至300公里的高空电离层游离电子密布,电子在电离层电场与地球磁场相互效果下,电子发作剧烈振荡而伴生的电磁波。极光是寒光,极光的发作与高空电场、电子流运动的方向、速度与地球磁力线的相互效果相关。所以极光可以呈现多种频率、绚丽多彩,并能发作流光溢彩的颜色改换。 
 
往后,人们能模仿极光构成原理,使用磁场与电子流相互效果,使电子振荡发光,制成发光功率很高的人工极光光源;可以模仿萤火虫,制作生物光;也可以以电子振荡-物质发光的原理,制作成更多的人工光源。 
 

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