【焦点热闻】什么是光,光是怎样产生的?

来源:科普中国

光是什么,有哪些性质?

一、光为什么


(资料图片仅供参考)

今天初中生都知道,光是一种电磁波,毫无争议。但在我们日常生活中,光意义可大了,没有光我们是没法生存的,我们不仅需要白天的光明,看到外面的世界,更需要食物,各种植物的生长都需要光合作用。但是电磁波的概念,似乎远远不如光对我们重要,这是对电磁波的误解。

自古以来,人们对光的理解就是今天说的“可见光”。光是一种波,有频率有波长,可见光是波长在400nm-700nm之间的电磁波。在这个波段内光的颜色是红橙黄绿青蓝紫七种颜色,红光波长最长紫光的波长最短。

波长大于700nm的光我们叫它红外线,尽管看不见,但能感受到它热量更大,波长小于400nm的光叫紫外线,我们也看不到,但它伤害细胞的能力更强。不同的动物看见的光不同,蛇可以看到红外线,蜜蜂可以看到紫外线。

还有伽马射线、X射线,这在物理学中都叫光,是不可见光,同属于电磁波,在真空中的传播速度约30万千米/秒。

以上这些概念在牛顿时代就已经定型,但爱因斯坦发现光不仅仅是波,还是粒子。爱因斯坦假设,光在被吸收和产生能量时是粒子状态,也就是一份一份传输的,所以可以叫光波、还可以称作光线、还可以称作光子。

这些都得到了验证:光线,光在均匀介质中是连续的沿直线传播;光波,光有干涉和衍射现象;光子,光照到物体上被吸收后,物体质量变大。

爱因斯坦进一步描述光,是一种能量态存在,没有静止质量。所以,爱因斯坦创立了量子力学《狭义相对论》、《广义相对论》,并推演出的质能公式E=MC平方,牛顿力学不能解释的。

二、光是怎样****产生的

先说太阳光,太阳的表面温度是6000摄氏度,发射大量的光,热的物体都发光。热和冷是相对的,只要有一定的温度就会产生电磁波的辐射。

究竟怎样产生光子呢?通俗的说,一杯热水放一会温度就降低了,热的物体一定要变凉,能量不会凭空消失,热物体的原子核要吸附核外电子进入低能级状态,电子发生能级跃迁,电子释放出的能量以光子方式辐射出去。这样,不同能量的光子表现出不同的波长和频率,

以太阳光为例,太阳辐射到地球表面的能量表现为可见光约占44%,红外线占了40%,剩余的是伽马射线、X射线、紫外线、微波以及其他无线电波等。

研究光的产生规律是为我们的生活服务的,爱迪生发明的电灯,给我们带来了光明,白炽灯的发光原理就是通电后消耗的电能变为灯丝的内能,灯丝内电子能量升高,高能态的电子不稳定会跃迁到低能态,在这个过程中失去的能量以光子的形式释放。20年前我们一直使用白炽灯,也就是以金属钨为灯丝材料,耐高温不易熔断,制造技术专家认为温度越高产生的光越多,其实不然,白炽灯只有10%的能量属于可见光,而剩下的为红外线。换句话说你用十度的电,只有一度是用来照明的,剩下的部分都变成热量耗散掉了。各式各样的火焰也可以发光,发出可见光的效率都不理想,所以人类祖先使用的照明方式多是火焰,存在很大的浪费。倒是中国晋朝有个叫车胤的书生,谨慎勤劳不知读书疲倦,知识渊博,学问精通,夏天用白绢做成透明的袋子,装上几只萤火虫照着读书。萤火虫不发热,今天称之为“冷光源”,实现了电子能级跃迁的过程发出更多的可见光,LED灯具的制造技术就是“冷光源”,大大提高了电能转化为可见光的效率。

关键词: 爱因斯坦 制造技术 传播速度

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