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主题:【月色物理问题教室】任何东西都能发出电磁波么? -- 月色溶溶

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    • 家园 俺也来试着回答一下

      很粗略的说,电磁波是电子振荡产生的,

      关于电磁波的传播介质,可参见历史上关于寻找以太的历程。实际上电磁波的传播是不需要介质的,在真空中也可以传播。

      电磁波按波长从短到长可大致分为

      宇宙射线--伽马射线--x射线--紫外---可见光---红外--微波等等

      光波的粒子性体现在能量的不连续性,总是光子能量的整数倍,实验是光电效应

      可以认为光子是不可再分的一份能量,能量正比于频率,光子没有静质量。

      光波的波动性是指光波具有干涉,衍射等波的特性,但是要指出的是光的波动性,实际上是几率波,不能用机械波来类比。

      理论上只要有电子的周期振荡就会有电磁波

    • 家园 简单说一下光的波粒二象性

      光是波,还是粒子的争议曾经存在了很长时间。

      第一就是墨子,墨子的小孔成像实验认为光沿直线传播。往后一点,有欧几里德,托勒密等人。他们也认为在眼睛和被观察物体之间行进的光线是直线的。并进而研究了折射,反射等现象。再往后经过一系列牛人的工作,培根,开普勒,斯涅耳,直到笛卡儿,几何光学的基础最终奠定。

      1655年,意大利数学家格里马第在实验中让一束光穿过两个小孔后照到暗室里的屏幕上,他发现在投影的边缘有一种明暗条纹的图像,马上联想起了水波的衍射,于是格里马第提出“光可能是一种类似水波的波动”,这就是最早的光波动说。

      1666年,大牛人牛顿做了三棱镜色散实验。他用两块三棱镜实现了太阳白光的分解合成。当时波动说对此无法很好解释。而且当时也认为波在绕过物体的时候是要弯曲的,但是光是沿直线传播的。牛顿又用“以太”这种介质解释了前面格里马第的实验现象。所以。牛顿提出了光的“微粒说”,认为光是由微粒形成的,并且走的是最快的直线运动路径。

      相反,和牛顿同时代的惠更斯是波动说的死硬分子。1678年,他提出他每个发光体把光波传给邻近一种弥漫媒质(“以太”)微粒,每个受激微粒都变成一个球形子波的中心,产生新的波。他还认为光是一种纵波。后来,托马斯·杨的杨氏双缝干涉实验证明光是一种波。杨也提出了光的不同颜色是由于不同的光波长。

      波动说的一个问题在光的偏振。1809年,马吕斯发现光的偏振。1811年布儒斯特提出偏振现象的经验定律。这个后来杨通过改光为纵波的假设为横波解决。波动说的主要问题是光波的传播介质。所以当时人们就发明了“以太”这种弥散介质。这个东西在1887年被迈克耳逊-莫雷实验质疑。到了爱因斯坦,就被他完全抛弃了。爱因斯坦指出,由于你无法探测出你是否相对于“以太 ”的运动,因此,关于“以太”的整个概念是多余的。

      1845年,法拉第发现了“法拉第旋转”。就是说当一束光通过一个极化材料的时候,在外加磁场的作用下,极化面相对入射光会有一个旋转。这就把光和电磁场挂上了关系。后来麦克斯韦一看,非常有兴趣。他就研究起了电磁辐射和光。通过计算,他发现电磁波的真空速度就是光速。于是他就说光是一种电磁波。1887年,赫兹通过实验证实了电磁波。电磁波同样存在可见光拥有的折射,反射,衍射,干涉等等现象。到此,波动说地位非常稳固了。在爱因斯坦的相对论出来前,电磁学一直有个问题。根据麦克斯韦方程,光速在任何参照系里都是不变的。这与经典力学相背。相对论完美地解决了这个问题。

      经典粒子论在1814年菲涅耳的光干涉实验和1821年夫琅和费的光衍射图形求波长的关系式后开始歇菜。不过经典粒子论的罩门是在解释折射现象。理论预测,对于相同物质,折射率和密度成正比,光子的速度在进入高密度的物质的时候要加速。后来1850年,福柯的第一次较精确测光速试验证明这种预测是错的。经典粒子论彻底完蛋。

      以上都是经典物理学里面的东西。粒子论的重生就是靠许多科普上写的那些著名的朵朵乌云,黑体辐射和光电效应。量子力学史话里面都说得很多了。新的粒子论与传统的粒子论是完全不同的概念。波粒二象性提供了一个理论框架。在这里,波函数描述了粒子的状态。波函数具有叠加性,所以我们可以看到象波一样的干涉,衍射。同时,波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的几率波。这样,粒子性和波动性就可以统一了。

      元宝推荐:爱莲,
    • 家园 HOHO,你这个要解释起来又是不少东西了。
    • 家园 【继续提问】光怎样转化成热?

      书上说:热和辐射似乎有一定的对应关联。比如说金属,有过生活经验的人都知道,要是我们把一块铁放在火上加热,那么到了一定温度的时候,它会变得暗红起来(其实在这之前有不可见的红外线辐射),温度再高些,它会变得橙黄,到了极度高温的时候,如果能想办法不让它汽化了,我们可以看到铁块将呈现蓝白色。

      因为在讲光,所以这儿的辐射应该可以理解成光照,热嘛,当然表现出来就是温度.光照过去,温度就提高了,这我能理解,冬天晒太阳总是暖和的;微波炉,微波也是电磁波吧?也就是跟光差不多,能把面包烤热了....

      我要问的是:光照过去,"光子"是怎么实现从光到热的转化的?

      • 家园 微波加热跟红外光加热的原理不一样

        微波加热的原理是利用微波影响有极分子的运动,产生加热。

        有极分子的正、负电荷的中心不重合,其间有一段距离,形成一个点偶极子(如水),在外电场的作用下,有极分子沿电场方向转向。如果外电场是交变的,有极分子的转向随电场的变化而变化。在这个过程中,分子相互碰撞,分子运动加剧,从宏观上看物体的温度升高。外电场变化的频率要与有极分子转向的快慢合拍,才能有效地使分子运动加剧,达到加热的目的,所以只有某些频段的微波才能加热。

        红外光的波长要比微波短的多,是不同数量级的波长,加热的原理不一样。下面是我理解的红外加热原理,不一定正确,如果有错请指正,希望能抛砖引玉。

        我们知道,物质是由分子或原子组成。在固体物质中,许许多多的分子或原子相互连起来,形成晶格结构。两个分子或原子的间隙,在微观世界里,是非常大的距离。

        光是一种波,当光照到晶格结构时,形成衍射。想象在宽阔的水面上,立着几根木桩。当波浪传到木桩时,水波就会形成衍射。相对于水波波长,如果木桩间距非常远,衍射的效果不明显,水波相当于从木桩间穿过去。同样的道理,如果光的频率很高,譬如X射线,伽玛射线,它们的波长相对于晶格的距离非常短,这些光波可以直接穿透物质。

        如果光波的波长跟晶格的间距接近呢,譬如红外光。光波衍射的结果就有可能引起“树桩”的共振(晶格的排列不一定规则,“共振”的效果不很显著),使充当“树桩”的分子或原子的运动加剧,从宏观上看就是温度升高。我们所看到的光不是纯的单一波长的光(要不然是激光了),是由很多种波长的光组成的,其中一部分的光(红外或远红外)引起分子/原子的运动加剧,转化为热能。

      • 家园 俺再来试一下

        蓝字是当物体加热后,温度提高,粒子的布朗运动加剧,即相互碰撞得更厉害啦后,电子被激发到高能级,由于高能级是不稳定的,电子会自发跃迁到低能级,同时放出能量,这个能量就是光子。

        随着温度的增加,越来越多的电子被激发的高能级并自发跃迁至低能级,于是就越来越亮,当温度更高的时候,部分电子就被激发到更高的能级,跃迁至低能级时放出的能量就更多光的颜色就逐渐向高频即蓝色方向移动。

        • 家园 这就是说光能转化成能,能也能转化成光,

          温度是那样来的,光线是那样来的.

          你说的是热能怎么转化成光.光怎么转化成热呢?

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