物体温度升高是发出的光的颜色如何变化 为什么物体的温度升高到一定程度后都是红色的 再升温甚至会发白...

www.zhiqu.org     时间: 2024-06-01
生活在17世纪的惠更斯提出光的波动说,认为光像水波一样传播,两个波峰之间的距离叫波长,单位时间内的波动次数叫频率。不同波长(频率)的光颜色不同,各种不同波长(频率)的光构成光谱。

1800年,赫歇尔在测量太阳光谱不同区域的温度时,发现在光的红端(波长较长的一端)以外没有阳光照射的地方,其温度比阳光照射的地方还高,他因此断定那里有“看不见的光线”,现在叫作“红外线”。

1801年,德国物理学家约翰·里特尔又发现“紫外线”(它使氯化银变黑)。

1870年,英国物理学家麦克斯韦尔创建电磁理论,证明电和磁是电磁场的不同表现形式,电磁场的周期性变化会产生电磁辐射。根据他的理论,电磁辐射除可见光、红外线和紫外线以外,还有比红外线波长更长和比紫外线波长更短的任意波长的看不见的光线。到20世纪初,科学家在实验室相继发现比红外线波长更长的无线电波,比紫外线波长更短的X射线和g射线。后来又陆续探测到天体发射的各种电磁辐射。

将各种电磁辐射按波长依次排列起来,我们就得到了一幅完整的电磁辐射谱。

波长最短的是g射线,其波长小于0.01纳米(10亿分之一米),每个g射线光子的能量是可见光光子的100万倍,是能量最大的电磁辐射。中子星(脉冲星)、类星体、遥远星系大爆炸和物质、反物质湮灭等会产生g射线;

X射线,波长在0.01~10纳米之间。恒星、星系、类星体和黑洞附近的温度100万~1亿°C的热气体会发射X射线;

紫外线,波长在10~390纳米之间。炽热的恒星发射紫外线,正是紫外线将它们的大部分能量辐射出来;

可见光,波长在390~700纳米之间,是肉眼唯一能看到的电磁辐射,绝大多数恒星都发射可见光,叫光辐射;

红外线,波长在700纳米~1毫米之间,温度在1000°C以下、绝对零度以上的物体都发射红外线,又叫热辐射;

射电波(即无线电波),又叫射频电波,波长在1毫米~1000米之间,许多恒星(包括脉冲星)、活动星系、超新星遗迹,以及宇宙大爆炸本身都发射射电波。

光谱其实没有终端,波长越来越短、能量越来越高的g射线,只是越来越少,而不会嘎然而止;波长越来越长的射电波也一样。

宇宙中的电磁辐射,有如一首乐曲,每种辐射代表一个乐符、一个节拍,只有欣赏到每个节拍,才能完整地领会到宇宙的和谐和美妙。

光谱、物质成分和温度

不同物质辐射不同波长的电磁光谱,不同波长的电磁光谱反映物质的不同温度。因而分析天体的电磁光谱,可以知道天体的物质成分和温度。

这里我们先以可见光为例来说明不同波长对应不同的物质元素。

我们知道,可见光是不同波长的混合光,波长从390纳米到700纳米,每一种波长对应一种颜色,波长最短的是紫色,最长的是红色,两者之间以紫、青、蓝、绿、黄、橙、红的次序过渡。因而,可见光也是不同颜色的混合光。

通过棱镜或衍射光栅,可把可见光分解成从紫到红连续排列的光谱。

研究发现,不同元素可在1~3个波长上发出可见光。举例如下:
铁:373、375和382纳米;
镁:383、384和518纳米;
硅:390纳米;
钙:393和397纳米;
铝:394纳米;
氢:434、486和656纳米;
氦:467和588纳米;
氧:510和630纳米;
钠:589和590纳米;
……

在实验室里我们可获得这些标准光谱。然后将望远镜收集到的恒星或星际气体的光谱与其对照,就可知道它们是由哪些元素组成的,如一颗恒星在434、486、656和467、588纳米的波长上发光,则这颗恒星由氢和氦组成;一种星际气体在589、590纳米波长上发光,则它是钠气云。

以上是通过发射光谱分析天体成分。也可通过吸收光谱分析天体成分。如望远镜收集到的某恒星光谱,在434、486、589、590、656纳米波长上为暗线,这是因为该恒星发出的可见光在穿过它的大气层时,被氢和钠吸收了,表示它的大气中有氢和钠的成分。

理论和实验使我们知道,电磁辐射的频率越高,则它所携带的能量越大;天体的温度越高,能量越大,其电磁辐射的频率越高。温度在绝对零度(0K)以上的物体都有电磁辐射,稍高于0K的物体辐射射电波,宇宙背景的温度为2.7K,所以辐射微波;温度再高一些的物体辐射红外线,如人体温度为309K左右,所以辐射红外线,辐射红外线的高峰温度在1000K左右;温度9000K左右的物体辐射可见光,大多数恒星的表面温度为几千K,所以发射可见光;温度在2万K左右的物体辐射紫外线;温度在几百万K到1亿K的物体辐射X射线;温度几十亿K以上的物体辐射g射线。

望远镜收集到天体的电磁波后,它的摄谱仪将其按波长分解,以显示其辐射强度,而它的电子计算机则分析天体的温度和组成成分。

其二:
任何物体表现出的颜色,都是可见光颜色的体现。只有有光存在的前提下,物体才能呈现出颜色,如果没有光,所有的物体全是黑色的。到了晚上,任何鲜艳的色彩都失去了魅力,我们只能看到漆黑一团。

地球上唯一的自然光源是太阳,太阳光到达地球表面时有一个很广泛的光谱,其宽度在290纳米到1100纳米之间,我们人类的肉眼只能看到其中的一部分,我们把它称为可见光,其波长范围在440纳米到700纳米之间,按照从长到短的顺序依次为赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。波长长于红光的叫红外光,短于紫光的叫紫外光。红外光和紫外光是我们人类的肉眼感知不到的。

物体为什么会呈现出不同的颜色?这是由于物体吸收哪部分可见光所决定的。如果一个物体吸收所有的可见光,我们看到的这个物体是黑色,如果这个物体反射出所有的光线,我们看到的就是白色,如果这个物体只吸收一部分光线,而反射另外一部分光线,我们看到这个物体的颜色就是它反射出来的那部分光线的颜色。

当太阳光照射到物体上时,物体中的原子就会根据频率条件,有选择地吸收具有某些能量的光子,而不符合频率条件的那些光子,就被物体里的原子“弹”了回去,物体的颜色就是它“弹”回去的色光,这是大部分物质颜色的成因。就拿红花为什么是红的来说吧,红花之所以是红的,是因为这种花把一阳光中的红色光“弹”了回去,把剩余的光都吸收了。

当太阳光照到透明物体上时,一部分光会透过它,透过来的光的颜色就是这种透明物体的颜色。比如,黄色滤色镜只让黄色光透过去,把其他颜色的光都反射掉了。

但是并不能说,只有太阳光或灯光等光源照射物体,物体才会有颜色。物理学家告诉我们,物体在加热、燃烧的时候,常常也会发出光来。干柴在燃烧时发光,灯泡里的钨丝被电流加热到2800摄氏度左右的时候就会发出白色的光……,这些都是物体直接发出光的例子。

但是,物体并不是一定要在高温下才开始发光,实际上,物体在任何温度下都在发光,只不过温度低的物体发出的光是我们眼睛看不见的红外光。当温度升高到500 摄氏度的时候,物体才反射出一部分暗红色的可见光来。

如果温度继续升高,物体反射的各种波长的可见光就丰富起来。温度不同,物体发光的颜色也不同。物理学家的研究成果表明,物体的温度越高,它所辐射的光波波长就越短。所以天文学家根据太阳的颜色,就能推算出太阳的表面温度。

其三:

激光是光学原理的一种应用,但是究竟要怎么样才能从普通的光线变成激光?这就得先了解原子发光的原理。一个原子从高能阶降到低能阶时,会放出一个光子,叫做自发放光。原子在高能阶时受到一个光子的撞击,就会受激而放出另外一个相同的光子,变成两个光子,叫做受激放光。如果受激放光的过程持续产生,则所发出来的光子便会越来越多。只要我们把高能阶的原子数量控制在高于低能阶的原子数量,那么受激放光的过程就会持续产生,这种控制原子受激放光的装置我们称它为“光放大器”。

我们也知道,光线发射出去时是以光速朝各个方向前进的,为了让产生的光线能够被收集起来并持续放大加以利用,则必须利用叫做「共振腔」的设备,把由光放大器所产生的光线用反射镜局限在一个特定的范围内,让光线可以来回反射,且由于光放大器所产生的光子是相同的,所以行进的方向也会相当一致。透过共振腔的作用,能让光线行进的方向完全相同,也就是说拥有跟共振腔相同方向的光线才会被放大,其余不同方向的光线都不会放大,这是产生激光的首要条件。

共振腔还有另外一个作用,那就是限制激光的频率。光线要在共振腔产生共振必须符合 L = nλ/2 的关系(L 是共振腔长度,λ 是波长,n 是固定倍数),所以并非所有频率的光线都可以在共振腔中产生共振,而是只有符合这规则的才会产生共振。不过,共振腔的长度(L)可以长达数公尺,而光的波长(λ)却是以微米为单位,这两者之间相差了 100 万倍,也就是说符合条件的 n 范围相当大,而非只有单一频率。可以同时发出这么多频率的光,就给了我们建造脉冲激光的条件。

其四:

物体为什么会发光?参见以下地址:
http://www.physicsfans.org/viewthread.php?tid=179485

其五:
一、光与色
光是一种电磁波,它由不同的波长组成。通常的白光,如太阳光,是由来400-700纳米不同波长的连续光波混合而成的,它也是我们常说的可见光。在可见光范围内,不同波长的光波,使人产生不同的色感。在光谱中,一种颜色向另一种颜色转变是逐渐过渡的,在光谱上看到的颜色叫光谱色,不能分解的光谱色称为单光,由两种以上单色混合而成的色叫复色。

二、物体的色
物体的色是人的视觉器官受光后在大脑的一种反映。
物体的色取决于物体对各种波长光线的吸收、反射和透视能力。物体分消色物体和有色物体。

1、消色物体的色

消色物体指黑、白、灰色物体,它对照明光线具有非选择性吸收的特性,即光线照射到消色物体上时,被吸收的入射光中的各种波长的色光是等量的;被反射或透射的光线,其光谱成分也与入射光的光谱成分相同。当白光照射到消色物体上时,反光率在前75%以上,即呈白色;反光率在10%以下,即呈黑色;反光率介于两者之间,就呈深浅不同的灰色。

2、有色物体的色

有色物体对照明光线具有选择性吸收的特性,即光线照射到有色物体上时,入射光中被吸收的各种波长的色光是不等到量的,有的被多吸收,有的被少吸收。白光照射到有色物体上,其反射或透射的光线与入射光线相比,不仅亮度有所减弱,光谱成分也改变了,因而呈现出各种不同的颜色。

3、光源的光谱成分对物体颜色的影响

当有色光照射到消色物体时,物体反射光颜色与入射光颜色相同。两种以上有色光同时照射到消色物体上时,物体颜色呈加色法效应。如红光和绿光同时照射白色物体,该物体就呈黄色。

当有色光照射到有色物体上时,物体的颜色呈减色法效应。如黄色物体在品红光照射下呈现红色,在青色光照射下呈现绿色,在蓝色光照射下呈现灰色或黑色。

三、原色光与补色光

1、原色光

等量的红光、绿光、蓝光相加即产生白光,而不等量的红绿、蓝光相加,便会产生其他色光。在摄影中,把红光、绿光、蓝光称为三原色光。

2、补色光

任何两种色光相加后如能产生白光,这两种色光就互称为补色光。红、绿、蓝三原色光的补色光分别为青、品、黄色光。红光与青光、绿光与品红光、蓝光与黄光互为补色光。

3、六星图

图中表明:每一种色光都是同它相邻的两种色光组成,如红光由黄光和品红光组成,黄光由红光和绿光组成,绿光由黄光和青光组成,青光由绿光和蓝光组成,蓝光由青光品红光组成,品红光由蓝光和红光组成。

由此可见,每种原色光是由两种补色光组成,每种补色光则由两种原色光组成。此外,该图还表明了每一种原色光所对应的补色光,即红与青、蓝与黄、绿与品红互为补色光。

四、彩色摄影的减色法原理

现代彩色摄影是采用减色法原理来获取彩色影像的,所谓减色法原理就是运用青、品、黄三种颜色的单色影像来叠合成各种色彩。等量的红光与绿光混合产生黄光,等量的红光与蓝光混合产生品光,等量的绿光与蓝光混合产生青光;等量的黄光与品光相叠产生红光,等量的青光与吕光相叠产生蓝光,同样,等量的青光与黄光相垒产生绿光。而当等量的黄、品、青三色相垒则产生灰色或黑色。如果黄、品、青三色的密度不等,那么,它们相垒后就会出现各种不同的颜色。

其他参考地址:http://resource.ahedu.cn/statics/tbfd/gzpdx/tbfd/g2wl/g2wl07/zstz-1.htm#3

通常人眼所见到的光线,是由7种色光的光谱所组成.但其中有些光线偏蓝,有些则偏红,色温就是专门用来量度光线的颜色成分的.
用以计算光线颜色成分的方法,是19世纪末由英国物理学家洛德·开尔文所创立的,他制定出了一整套色温计算法,而其具体厦定的标准是基于以一黑体辐射器所发出来的波长.
开尔文认为,假定某一纯黑物体,能够将落在其上的所有热量吸收,而没有损失,同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来的话,它便会因受到热力的高低而变成不同的颜色.例如,当黑体受到的热力相当于500—550摄氏度时,就会变成暗红色,
到1050一1150摄氏度时
,就变成黄色……因而,光源的颜色成分是与该黑体所受的热力温度相对应的.只不过色温是用开尔文(.K)色温单位来表示,而不是用摄氏温度单位.打铁过程中,黑色的铁在炉温中逐渐变成红色,这便是黑体理论的最好例子.当黑体受到的热力使它能够放出光谱中的全部可见光波时,它就变成白色,通常我们所用灯泡内的钨丝就相当于这个黑体.色温计算法就是根据以上原理,用.K来表示受热钨丝所放射出光线的色温.根据这一原理,任何光线的色温是相当于上述黑体散发出同样颜色时所受到的“温度”.
色温:光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温.
因为在部分光源所发出的光通称为白光,故光源的色表温度或相关色温度即用以指称其光色相对白的程度,以量化光源的光色表现.根据Max Planck的理论,将一具完全吸收与放射能力的标准黑体加热,温度逐渐升高光度亦随之改变;CIE色座标上的黑体曲线显示黑体由红枣橙红枣黄枣黄白枣白枣蓝白的过程.黑体加温到出现与光源相同或接近光色时的温度,定义为该光源的相关色温度,称色温,以绝对温度K(Kelvin,或称开氏温度)为单位(K=℃+273.15).因此,黑体加热至呈现红色时温度约为527℃即800K,其他温度影响光色变化.
光色愈偏蓝,色温愈高;偏红则色温愈低.一天当中光的光色亦随时间变化;日出后40分钟光色较黄,色温3000K;下午阳光雪白,上升至4800-5800K;阴天正午时分则约6500K;日落前光色偏红,色温又降至2200K.
因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时,对该光源光色表现的评价值,并非一种精确的颜色对比,故具相同色温值的二光源,可能在光色外观上仍有些许差异.仅凭色温无法了解光源对物体的显色能力,或在该光源下特体颜色的再现如何.

有温度的物体都会发射电磁波,温度越高物体内能越大,发出的辐射能量也越大。常温下物体发出的电磁波频率在红外线范围,故眼睛看不到。当温度上升电磁波频率增大达到可见光时人眼即可见。可见光中红光频率最小,故最先看见。温度继续上升时电磁波频率继续变短,颜色逐渐变为橙、黄、蓝、白等。最后频率超过可见光范围,则人眼不可见。

红到白~一般物体都是这样

红橙黄蓝白

物体随着温度的上升,自身颜色也发生变化~

气象学的时候学过,可以由Wien位移定律来看嘛,Wien位移定律就是绝对黑体的放射能力最大值对应的波长与其本身的绝对温度成反比,公式就不写了,从文字中可以明白,物体的温度越高,放射能量最大值的波长越短,随着物体温度不断增高,它所发出的光就由红色转为青蓝色,火焰也是一样的道理嘛,平时看到的氢氧焰或氧炔焰完全燃烧就是青蓝色的,温度也高。同样看晚上的星星也是,越是偏向红橙色的恒星温度就要比偏向蓝白色的星星温度要低

在可见光中,红光的波长长,能量低,蓝光的波长短,能量高.
当物体温度升高到足够高后,就会辐射出可见光,相当于黑体辐射.
温度较低时,辐射以长波长的红光为主,颜色会偏红偏黄偏暖.
温度越高,辐射出来的蓝光成份就会越高,颜色偏白偏蓝偏冷.


#林苇码# 火焰的颜色随温度升高会有什么变化?(我只记得某个温度就某个颜色) -
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(15760671648): 人们早就知道,物体被加热后会发现光来.开始时呈暗红色,随着温度上升,物体发光的颜色由红变黄,并向蓝白色过渡.当物体的温度达到上千摄氏度时,就会发出耀眼的白炽光.由于物体的温度和它发光的颜色之间有一定的联系,所以有经...

#林苇码# 温度多高物体才发光 -
(15760671648): 任何物体的温度高于(-273.15℃)就有光线辐射(热辐射),常温下的固体和液体,经常辐射红外线.当固体温度稍高于500℃时,就会辐射暗孙色的可见光,温度继续升高,随着出现黄色光,当温度超过1000℃时就会出现紫色光,这时将出现全部可见光谱.(引自《电光源基础》,P.28) 铁、铜、钼都是非黑体相同温度下的光谱有少许差异,不过人眼很难发现.另外不同年龄的人群对光线的灵敏度也有差异,一般年龄大的人对红光要灵敏一些.(引自《照明手册》)

#林苇码# 色光的热效应是什么?不同的颜色热效应为什么会不同? -
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#林苇码# 物体表面颜色与温度的关系 -
(15760671648): 根据化学平衡原理:温度是影响化学平衡的重要因素之一.温度越高,物体表面颜色越浅.(这是一般物体的规律) EX:NO+O2=NO2(颜色由深到浅变化)

#林苇码# 色温具体是指什么 -
(15760671648): 黑体被连续加热,温度不断升高时,所发出的光有一定颜色,其变化顺序为红——白里带红——白里带黄——白——白里带蓝.这光的颜色与温度对应,称为色温.这温度用用绝对温标表示,单位为K(开尔文),就是平时的温度约加273.例如人的体温37度,那么也是310K.当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同或者接近时,黑体的这个温度称为该光源的色温或者相关色温(简称色温).说明:黑体无论如何加热,都不会发蓝光的.

#林苇码# 有些物体温度高到一定程度就会发光,是怎么回事? -
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#林苇码# 物体温度升高到一定程度为什么会发光? -
(15760671648): 温度升高,电子的能量增大,量变引起质变,电子能量高到一定程度,会发生跃迁,电子跃迁就是指原子的外层电子吸收能量超过了所在轨道的能级,而跳跃到离原子核更远的轨道上,但这样的电子不稳定,容易放出能量而返回原来的轨道,这部分放出的能量就表现为发光.

#林苇码# 高温物体为什么会发光 -
(15760671648): 这就是所谓的热辐射,辐射电磁波.光也是电磁波.电子从激发态跃迁到低能级释放出电磁波,当电磁波的频率为可见光频带的时候,我们就能看到物体发光.