既然可見光是發光物體發出的光子組成的,為何燈泡里的鎢絲長 ...
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燈發出光子,是發光物質(比如燈絲)中,原子的受激電子躍遷到更低能態,然後以光子的形式釋放能量。
標籤:科學
既然可見光是發光物體發出的光子組成的,為何燈泡里的鎢絲長時間發光後質量不會減少?
08-10
答:在質能守恆的角度,鎢絲釋放光子質量會減小,但由於電流不斷地供給能量,所以缺失的質量得到補充,這樣的質量變化是極其微小的。
燈發出光子,是發光物質(比如燈絲)中,原子的受激電子躍遷到更低能態,然後以光子的形式釋放能量。
理想情況下,根據質能守恆,原子釋放能量,必定導致原子的能量缺失,所以燈絲釋放光子,自身的質量也會發生虧損,虧損質量滿足質能方程E=mc^2。
當然,因為光速很大,所以虧損的質量完全可以忽略,也沒有如此精密的儀器,能測量這麼小的相對質量。
當燈絲損失能量後,由外部電源供給能量,使得低能態電子躍遷到高能態,於是前面虧損的質量,再次得到補充。
然後激發態電子再次躍遷回低能態並釋放光子,如果有源源不斷的電能輸入,那麼燈絲將源源不斷地處於激發和釋放光子的動態當中,這就是鎢絲燈發光的微觀原理。
整個過程可以簡化為:燈絲釋放光子,發生質量虧損;電源提供能量,虧損的質量得到補充;然後再次釋放光子,再次發生質量虧損;…………
實際當中,燈絲因為高溫蒸發而損失的質量,遠遠大於質能虧損中的質量變化。
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1:雖然發出的是光子,但是鎢絲只是一個載體,其中發出的光能的能量來源是導線中的電能;白熾燈是一種能量轉換效率非常低的裝置,只有2%-4%的電能轉換為眼睛可見的光。
其他電能轉化為熱能釋放出去。
但是因為白熾燈顯色性好,光譜連續,使用方便,價格較低等,因此在很多比較偏遠的地區被廣泛使用。
其實白熾燈裡面的鎢絲質量是會減少的。
2:一隻正常工作的白熾燈,鎢絲溫度大約在3000℃。
在如此高的溫度下,一些鎢原子就會蒸發成氣體,這些氣體在在玻璃的內表面沉積,使等燈泡變為黑色。
如果燈泡里是一些劣質的鎢絲,那麼在通電後由於燈絲較細,溫度很高,燈泡就會瞬間變黑。
3:在白熾燈的生產過程中,會在燈泡里沖入一些惰性氣體;這是因為鎢在空氣中會氧化並生成一薄層藍色的三氧化二鎢和氧化鎢的混合物,所以如果要使燈泡長期工作,就必須在裡面充入一些惰性氣體。
但是裡面的空氣始終是抽不幹凈的,於是就要在燈泡的感柱上塗一些紅磷。
紅磷受熱後就會變成白磷,白磷非常容易與氧氣反應,從而生成固態的五氧化二磷,那麼氧氣就被除乾淨了。
即便如此,使用久了的鎢絲還是會被燒斷,因為鎢絲與碳絲相比,在真空中的升華速度要比碳絲快,所以長時間使用的鎢絲,升華也是非常嚴重,所以你會看到使用越久的鎢絲,其直徑就會越來越細,以至於最後被燒斷。
因此鎢絲的質量是會減少的。
這一問題充分證明了一點:生活中處處是科學,關鍵在於你是否仔細觀察思考、願意去探索。
首先糾正下題主的說法,燈泡里的鎢絲長時間發光後質量並不是不變的,而是減少的!只不過質量減少的原因不是因為發出光子而已。
最原始的燈泡—白織燈因為題主提到了鎢絲,那麼毫無疑問所說的就是白織燈。
對於白織燈的發明歷史我估計現在小學一年級的小朋友都了解的非常清楚,但是白織燈的發光原理你們都了解嗎?其實可以這樣簡單的理解白織燈,它就相當於一個轉換器,所起的作用就是將電能轉化為光能!當然這個轉換器的轉換效率實在是低的有點尷尬,只有2%-4%的電能變為我們看見的光!這也就是為什麼同樣瓦數的白織燈會比節能燈費電許多!知道了白織燈的作用相當於一個轉換器,接下來我們了解下具體微觀過程:我們知道非發光物體要發出光子,只能通過原子中的電子從高能級躍遷到低能級然後發出光子,鎢絲的發光原理就是如此,當鎢絲輻射出光子時必然會產生質量虧損,但隨後電能會讓電子重新躍遷到高能級補充質量虧損,如此反覆光子源源不斷,因此我們可以認為鎢絲在產生光子這一方面幾乎是不會虧損質量的!鎢絲的質量減少到底是怎麼回事?既然不是因為發出光子而導致質量虧損那到底是什麼原因呢?其實是因為鎢絲的高溫升華!我們知道在通電過程中,鎢絲的溫度能夠達到3000度,因此在這樣的高溫下一些鎢原子就會揮發出來,在燈泡表面附著。
如果你仔細觀察的話就會發現用久了的白織燈頂端總會黑黑的,就是我們說的這個原因。
有人會說燈泡里沖了惰性氣體呀,沒錯是這樣但這些惰性氣體的作用只是防止鎢絲氧化!但並不是能阻止升華!並且因為燈泡中總會有一些殘留樣子,因此我們會在燈泡中塗一些紅磷去除殘留氧氣!
所以你所見鎢絲越來越細並不是因為發射出光子,而是因為鎢絲的高溫升華!當然我們也同樣要記住是白織燈最初給了我們夜晚中的光亮!!!
期待您的留言討論!!
先說下為什麼會發光。
簡單的說原子上由原子核以及外層的電子組成的。
原子核外的電子通常穩定在不同的軌道上。
當原子被能量激發後原子核不受到任何影響,只不過原子核外面的電子會改變軌道到外層更高的軌道上運行。
當外層更高軌道上運行的電子由於核力作用吸引到內層的時候就會釋放出能量。
跳到外層和回到內層都叫做電子躍遷,到外層吸收能量,到內層放出能量。
躍遷吸收的主要是熱能,而放出的能量則是純能量——光,光子只是一個形象的說法而且通常定義光子的質量為零。
放出了質量為零的物質當然鎢絲本身的質量不會減小了。
按照物理學的觀點,物質只要受熱(能量刺激)就會發光。
而選擇鎢絲只不過是因為鎢絲燈熔點很高使用壽命長罷了,最早的電燈實際上是用的是碳絲。
現在的各種熒光燈或者LED燈的能量刺激主要是來自於電能的直接刺激,因此不像白熾燈那麼熱而已。
但也是能量刺激原子使電子躍遷發光的基本原理應用。
光子有人提出但沒人能解釋通。
本人認為:光是光是由空間位置絕對不動的剛性極強的基本粒子傳遞的物質高濃度能量粒子單向擴散對基本粒子晶格的撞擊力,這種力是周期性和概率性的。
光產生於物質,傳播於空間,終止於物質。
沒有遇到物質的光由空間傳遞至空間邊緣然後反覆反射傳播形成宇宙背景輻射。
遇到物質的光同樣在物質的能量粒子的概率性和周期性的接觸基本粒子時將力傳遞給能量粒子,從而由單純的力的表現轉化為光的頻率和強度屬性。
也就是說,光在太空中只是周期傳遞的力,只有大小和方向,只有進入到物質如空氣或眼鏡中,才變成五顏六色的光。
這樣就可以理解了,光只是基本粒子對力的傳播,其靜止質量是基本粒子的質量,燈泡這個物質在基本粒子中運動,保持了一定的外在形狀,所以一定空間中的基本粒子的質量是不會變的,並沒有移走;而能量散發有兩個途徑:一個是產生光的能量粒子在擴散,這個能量直接擴散在燈泡的周圍;另一個通過光傳遞至被光照射的物質,加強了物質中的能量粒子的熱運動,間接表現為能量的擴散。
謝謝邀請。
電燈鎢絲髮光是以光子的形式發射出來的。
其發出的光子要帶走能量,但電源通過導線不斷補充能量,所以這是遵守能量守恆和轉換定律的。
光子靜止質量為零,(可以把光看作是沒有質量的能量)。
所以鎢絲髮光不會使鎢絲的質量減少。
鎢絲的作用是阻斷電流電子的運動。
鎢絲電路電流的負電子與來至電源電磁場的電磁弦連接,當運動的負電子被組成鎢絲的鎢原子外層負電子的金屬鍵感應或碰撞時發生雙向電離,即電源的負電子和鎢金屬鍵的負電相互電離,光子從負電子與電磁弦的斷口溢出即發光。
釋放的光子即來至電源的電磁場,也來至電離的鎢原子!隨著光子的流失,鎢原子的外層電子會收縮,鎢絲內部的的金屬鍵會分解或斷開,當鎢絲金屬鍵的密度降低到某個臨界時金屬鎢絲就是斷裂。
發光實際上是原子核外電子的躍遷造成的,當電子從低能級躍遷到高能級吸收能量,這時吸收電能。
但高能級電子是不穩定的又自動躍遷到低能級這時要釋放能量,而這時主要是以光子的形式釋放能量,所以電能轉化為光能,而鎢絲本身不消耗。
可以認為鎢絲只是一個能量轉化器。
1、首先說明鎢絲的質量是有變化的,最直接的證明就是燈泡的使用壽命——假如沒有變化也就不存在使用壽命一說了。
2、之所以我們觀測不到其質量變化,那是因為其消耗較少。
這就好比:這時候的「鎢絲」就類似煉鐵廠,而電能電子就好比是鐵礦、原料,通過在「鎢絲」(鍊鋼廠)中提煉,當達到相應的溫度、融化到一定程度(獲得相應的速度),也就到了倒出的時候了!——這時候對鍊鋼爐來說消耗基本上是可以忽略不計的。
……作者:尋源者、康添華、空空2018、4、6
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