光是怎样形成的?

2025-03-28 05:19:30

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光源中的光是怎样形成的？提要：在导线内定向移动的电子能使外边的小磁针偏转。这是大自然在提示我们：电子的运动伴生着电磁波。电子振动所伴生的电磁波的宏观表现是不同频率的光。电子振动由两种原因所引发，一是高温物质核外电子的跃迁所引发的振动，我们把这种高温物质核外电子的跃迁所形成的光源叫热光源。二是电子在磁场或电场作用下引发的受激振动，这样的电子振动与温度无关，我们把这种不需要高温而使电子振动所形成的光源叫冷光源。关键词：电子运动伴生电磁波跃迁热光源受激振动冷光源早年冬天，家里烧着煤炉，煤烧红了，铁也能烧红、玻璃能烧红、石头也能烧红，为什么所有的物质烧到高温时都要发红光？自然物质如岩浆、铁水、火焰、灯丝等在热到一定的程度为什么就会发光？现代研究表明，光是一种电磁波，红光、橙光、蓝光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运转着的电子组成。物质原子中的电磁波是哪里来的？电磁波难道会无中生有？面对此问题，我们不得不先来回顾一个我们熟知的物理实验，在这个实验里，电磁波出现与电子运动有着密切的伴生关系，由此看一看电磁波是从哪里来的。在初中，物理电学的一堂实验课，当导线导通时，电珠发光，导线周边的小磁针立即偏转，杂乱的铁粉在直流导线周围形成了规则的同心圆。用右手定测除了电流——电子的定向运动，原子的核外电子也是在不停地运转着，运转着的电子也会伴生着电磁波。上述物质，岩浆、铁水、火焰、灯丝的发光，就来自于核外电子跃迁运动所伴生的电磁波，也就是高温物质运转着的核外电子跃迁所辐射的电磁波。当然，常温下物质的核外电子也是在运转着，只是速率较低，这时跃迁辐射的电磁波频率大多在红外线范畴，所涉及的是传热，不在本文讨论。电磁波的发生与电子的运动相依相伴，这是自然事实，是我们科研的本源。依照运动状态介分，电子运动分为线性运动和振动，在不同的运动状态下，电子运动所伴生的电磁波也大不相同。核外电子的绕核运动及在导电时电子的流动是电子的线性运动，线性运动所伴生的电磁波的宏观表现是磁场。此外，与发光息息相关的是电子的振动。电子在磁场或电场作用下会发生振动、当温度较高时核外电子的跃迁运动也是一种振动，电子振动所伴生的电磁波的宏观表现是不同频率的光。于是，光是从哪里来的？光是怎样形成的？就有了答案：电子在运动时伴生着电磁波，光的形成是由于电子振动所伴生的电磁波。而不是所谓的光子。光源中的光来自于电子的振动，电子振动所伴生的电磁波辐射形成了光波，电子振动的频率构成了光波的频率，大量电子振动所伴生的电磁波辐射形成了光源。因为电子的运动伴生着电磁波，电子的振动是电磁波辐射的必要条件。电子振动由两种原因所引发，一是高温物质核外电子的跃迁所引发的振动，这种振动需要物质的温度大大高于环境温度，运转速率很高的核外电子跃迁辐射才能达到可见光的频率，我们把这种高温物质核外电子的跃迁所形成的光源叫热光源。二是电子在磁场或电场作用下引发的受激振动，这样的电子振动与温度无关—— 物质发光不需要高温，我们把这种不需要高温而使电子振动所形成的光源叫冷光源。依据发光物质发光时温度的高低——是跃迁运动还是受激振动，我们把光源分为热光源和冷光源。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生跃迁运动（绕核运转时降低速率的振动），向外辐射一定频率的电磁波。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。于是我们就看到了热物质的发光。如：火光、烛光、白炽灯的灯光，以及前述钢铁、玻璃、石头等烧红时的发光。火光为什么是红的？因为这些物质的温度在 800-1000 ℃左右，核外电子的速率在红色、橙色频率附近，所以核外电子跃迁时辐射出橙红色的光。而白炽灯的灯丝温度在2500℃，其光色显得白亮（其中多了橙、黄、绿的成分）。热光源一般是多种频率共存的，除了橙光、红光，还有大量的红外波、微波，这些波我们的眼睛看不见，所以热光源的发光效率很低（白炽灯的发光效率仅有 7%）。冷光源冷光源是在电场、磁场作用下电子受激振动所伴生的电磁波。这里，电子是指自然界游离电子及原子的核外层电子（非跃迁运动）。因为冷光源的发光只是电子在磁场或电场作用下发生振动所伴生的电磁波，仅仅与电子振动的频率、振幅相关，与核外电子运转的速率无关、与物质的温度无关，发光时不会伴有强烈的发热，不会伴有大量的红外波、微波。所以发光效率高，能节约大量的能源。如：日光灯、节能灯、极光、萤火虫的发光、半导体发光（ LED）等。

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