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光本身有温度和热量吗?

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光和热被人们常常混为一谈,其实这是个误区。

光是能量,但本身并没有温度和热。
光有广义的光和狭义的光。一般来说,人们把可见光称为“光”,这是狭义的光;而广义的光是电磁波全频段,包括无线电波(含长波、中波、短波、微波)、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。

而可见光只占有电磁波谱里面很窄的一个频段,为380nm(纳米)~760nm之间,这就是人类眼睛能够感觉到的范围。而除了可见光波段,其余都是不可见光范畴,这些辐射都是依靠光子传递的。

光的波长从数千米到飞米,也就是说最长的无线电波波长可达数千米乃至亿米,而波长最短的γ射线只有百万亿分之一米,甚至亿亿分之一米。

电磁波谱全频段不管是可见光还是不可见光,都是携带能量的。太阳核心每时每刻都在进行着氢核聚变,每秒钟有6亿吨的氢转化为5.958亿吨的氦,有420万吨的质量转化为能量,以电磁辐射的方式发射到太空,这些能量总量达到3.78x10^26J的能量,相当10500亿亿度电,或900亿颗百万吨级原子弹同时爆炸。

光虽然携带着巨大的能量,但本身并没有温度,这一点可以在太空中得到验证。太阳发出的电磁辐射在太空真空中旅行时,是没有温度的,因此太空非常寒冷。

温度和热量需要介质才能够获得。温度是表示物体冷热程度的物理量,从微观上来看,体现的是物体分子热运动的剧烈程度。因此温度是需要介质才能够获得的,当带有能量的光子撞击电子等粒子,这些粒子剧烈运动才能够产生温度和热量。

太阳和一切恒星的电磁辐射蕴含着巨大的能量,这种能量传递是不需要介质的,真空传播的速度更快。但在太空,空间处于高度真空状态,一般每立方厘米只有1或数个粒子,极度真空状态时每立方米才有1~2个粒子,由于没有物质粒子或者极少物质粒子,这样能量就不会显示出温度来。

当太阳的电磁辐射来到地球,接触地球大气层时,约有 43%被云层所反射,14%为大气中的尘埃、水蒸气、二氧化碳、臭氧吸收,其余的辐射到地表被大气和各种物质吸收、反射、折射,这些被吸收的能量,就会激发物质分子加剧运动,以温度的方式显示出来。

电磁辐射在太空,没有粒子吸收和相互作用,因此太空就很冷,冷到零下200多摄氏度;而到了地球,遇到地球大气层,与浓密的粒子相互作用,就产生了温度;在高空中空气密度小,温度就较低,而到了地表空气密度大,温度就升高。

这充分说明,光只是携带能量,温度是能量激发介质运动的结果。

地球依靠太阳光才得到光明和温暖。
我们地球接收到太阳能量辐射占总量的22万分之一,相当1000万座三峡大坝发电总量。这些能量以电磁辐射全波段的方式来到地球,遇到地球磁场和大气,一些高能电磁波,如紫外线、X射线、γ射线就绝大部分被过滤掉了,只有少量紫外线等高能电磁波和可见光以下的波段来到地球,因此我们就看到了明媚的阳光,这些能量孕育和哺育了地球上亿万丰富多彩的生物,如果没有了阳光,地球上所有的生物都将灭绝。

电磁波谱中,波长与频率是成反比的,波长越长频率越低,反之越高,频率越高能量越大。因此在电磁波谱中,无线电波频率是最低的,低到10Hz甚至以下,伽马射线频率是最高的,可以高到10^24Hz。

因此我们的世界到处都可以有无线电波,但不能有紫外线、X射线和γ射线,否则人类和生物无法存活。这也是大气层臭氧层被破坏后,无法过滤阻挡这些有害射线,地球生物就面临灭种灾难的原因。

因此光给地球上带来最明显的作用就是光明与温度,没有了光,我们的眼睛就成了摆设的废物,没有了光带来的能量,就会冻结一切。光还有许多奇妙的特性,如可见光具有不同的光谱,正是这些光谱造就了世间万紫千红的色彩。这些就不展开说了。

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🐲龙潭老鼠🐭
少师级
科普中国、普及科学。
2022-06-10