Температура свечения: Что такое цветовая температура светодиодных ламп
Цветовая температура ламп и светильников: диапазоны свечения
В связи с развитием производственных компаний, на рынках строительных материалов, начало появляться огромное множество различных ламп и осветительных приборов с разными цветовыми температурами и яркостями горения. Цветовая температура свечения измеряется в Кельвинах – это цветовая температура, определяемая как температура абсолютно чёрного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение.Часто люди, создающие интерьер помещения с нуля, сталкиваются с проблемами выбора правильного теплового цвета освещения.
Цветовая температура распределяется по нескольким основным температурным диапазонам:
1000к-3000к Теплые постельные тона
3000к-5000к Нейтральные, белые оттенки
5000к-10000к Холодные оттенки, с синим тоном
В каждом диапазоне света так же присутствует свое, индивидуальное название.
1000к – 2000к Такой свет излучает пламя свечи
2000к
В простонародье «ДНАТ»2200к Электрическая лампочка 40Вт
2680к Электрическая лампочка 60Вт
2800к Электрическая лампочка 100Вт
2800к – 2854к Стандартная лампочка с вольфрамовой нитью
3000к Лампочка накаливания повышенной мощности (200Вт),галогенновые и люминесцентные лампы теплого цвета
3200к – 3250к Киносъемочные лампы
3400к Имеет название «солнце у горизонта»
3500к Люминесцентные лампы с белым оттенком свечения
3800к Лампы, используемые в холодильных установках для магазинов (в их цветовой спектр входит повышенный красный спектр)
4000к Газоразрядные лампы низкого давления с белым спектром
4300к – 4500к Такой цветовой спектр носит название «Утреннее солнце и солнце в обеденное время»
4500к – 5000к Газоразрядная ксеноновая лампа
5000к Этот спектр носит название «солнце в полдень»
5500к Обозначается как «облака в полдень»
5500к – 5600к В таком тепловом диапазоне работает вспышка фотоаппаратов
5600к — 7000к В таком диапазоне работают люминесцентные лампы дневного света
6200к Приближенный к дневному уличному освещению
6500к – 7500к Такой спектр имеет название «облачность»
7500к Цветовой спектр, приближенный к дневному свету рассеянному от чистого неба
7500к – 8500к Цветовой тон, приближенный к сумеркам
9500к Цвет чистого неба, перед восходом солнца
10000к Цветовая температура с «бесконечной температурой», используется в риф-аквариумах
Цвета с желтовато-белыми оттенками помогают создать атмосферу уюта и тепла в доме, чаще такой свет используется в гостиной
Нейтральные белые цвета наиболее подходящие спокойной, размеренной жизни.
Холодный «дневной» свет поднимает тонус, улучшает работу нервной системы, повышает рабочую отдачу. Придает помещению больше пространства. Такой спектр подойдет для освещения рабочих зон, офисов, кухни и ванной комнаты.
Холодный (его ещё называют «дневной») свет начинается от 5000к и выше. Бодрит, стимулирует работу нервной системы, повышает работоспособность, а кроме того, делает пространство визуально свободнее. Такой свет подойдет для освещения рабочей зоны на кухне, ванной комнаты.
в чем измеряется, какую выбрать, оптимальные значения
В данной статье пойдет речь про выбор цветовой температуры – будет разобрано какая она бывает, какую имеют привычные нам источники света, такие как лампы накаливая, свеча, луна и солнце, как ее измерить, а также выбрать для конкретного помещения.
Данный показатель является одним из важнейших в освещении, от него зависит не только общий вид интерьера, но и комфортность пребывания в помещении. Большинство умных светильников позволяют регулировать цветовую температуру, изменяя цвет свечения от холодного до теплого, но есть и такие лампы, в которых его значение задано заранее, без возможности изменения, а так же различные реле и патроны, позволяющие сделать любую лампу умной.
Например можно взять Yeelight LED Ceiling Lamp и, поставив ее в зал, изменять цветовую температуру от 2700 до 6500 K по настроению. Или же использовать sonoff slampher с любой лампочкой с цоколем E27. И в первом и во втором случае мы получим умное освещение, но выбирая люстру Yeelight или аналогичное изделие от другого производителя мы получаем возможность регулировки всех ее параметров, а во втором мы докупаем к умному устройству обычную лампу с заранее заданными значениями.
В каких единицах измеряется цветовая температура
Измеряется цветовая температура в градусах Кельвина, при этом в качестве начальной точки принимается температура абсолютно черного тела, равная 0 К, а дальнейшие показатели рассчитываются исходя из его нагрева и приобретения соответствующего цвета, например ярко-красный цвет получается при нагреве до 1300 К, оранжевый – до 2000 К, желтый до 2500 К, белый цвет (цвет солнца в полдень) получается при нагреве до 5500 К, а голубой – до 9000 К.
При этом сама лампочка конечно же не нагревается до данных значений.
Все источники света в зависимости цветовой температуры можно разделить на три группы — имеющие теплый свет (до 3500К), нейтральный или дневной (от 3500 до 5300К) и холодный (более 5300К).
Значение цветовой температуры у различных источников света
Все мы знаем, как светит лампа накаливания определенной мощности, какой свет дает солнце при различных погодных условиях, а какой луна. Ориентируясь на это и на таблицу ниже можно понять как будет светить выбранный светильник.
Как измерить цветовую температуру
В рамках умного дома особого смысла самостоятельного измерения цветовой температуры нет, но тем не менее, если у кого-то возникло желание, для этих целей отлично подходит ручной спектрометр MK350N, с помощью которого можно еще и освещенность, CRI, спектр и пульсацию света измерить.
Какую цветовую температуру выбрать для дома
Какую же цветовую температуру лучше использовать для домашнего освещения? Однозначного ответа нет, ведь каждое значение имеет свои особенности.
Утром и перед сном из-за успокаивающего эффекта и благодаря способствованию лучшего пробуждения больше всего подходит теплый свет. Светильники с теплым белым свечением стоит размещать в спальнях и детских комнатах.
В рабочей обстановке идеально подойдет нейтральный белый с температурой 4000 – 5000 К. Он так же подойдет и для ванной комнаты, и для рабочей зоны на кухне.
Светильники с высокими значениями (более 6000К) лучше не использовать в течении длительного времени, т к при долгосрочном использовании они способствуют депрессии, но при краткосрочном стимулирует организм.
На фотографиях ниже можно увидеть, как в зависимости от значений цветовой температуры меняется восприятие интерьера. В данном примере были использованы умные светильники Yeelight.
Почему горячие вещи светятся? Углубленное объяснение – Углубленная физика
Когда мы предупреждаем людей не прикасаться к очень горячим предметам, мы можем сказать что-то вроде «будьте осторожны! Это горячо!».
Мы естественным образом ассоциируем цвет с повседневными описаниями горячих вещей. Для этого также есть веская причина — физически горячие объекты имеют тенденцию светиться. Но почему?
Горячие объекты светятся, потому что длина волны теплового излучения, излучаемого объектом, смещается в видимую часть спектра по мере увеличения его температуры. На самом деле все объекты испускают тепловое излучение, но объект будет заметно светиться только в том случае, если его температура достаточно высока (примерно 798 К).
В этой статье мы узнаем и поймем физические причины, по которым горячие предметы склонны светиться. Мы также изучим квантово-механические процессы, которые позволяют атомам излучать свет.
Самое главное, мы рассмотрим концепцию излучения черного тела , которая помогает нам понять взаимосвязь между температурой и «видимым свечением», исходящим от горячего объекта.
Мы узнаем, почему объекты имеют разный цвет при разной температуре, и узнаем о Draper point — температура, выше которой все твердых объектов начинают заметно светиться!
Содержание
Как атомы излучают свет в соответствии с квантовой механикой
Все состоит из элементарных частиц — кварков, электронов, фотонов, нейтрино и т.
д. Все они подчиняются правилам квантовой механики . То, что мы считаем «веществом», — это когда эти фундаментальные частицы взаимодействуют и остаются вместе: атомов .
Чтобы понять, как любой объект может светиться, нам сначала нужно понять, как свет излучается на атомном уровне .
На фундаментальном уровне атом можно рассматривать как положительно заряженное ядро, состоящее из протонов и нейтронов (сами из кварков) и окруженное облаком отрицательно заряженных электронов.
Важнейшей частью атома для нас является облако электронов . Каждый из этих электронов имеет свою собственную энергию, но ключевое отличие квантовой трактовки от классической состоит в том, что электроны имеют дискретных уровней энергии , обычно обозначаемых E n .
Математически существует бесконечное количество энергетических уровней, но каждому можно присвоить собственное обозначение — E 1 , E 2 и так далее.
Поскольку уровни энергии дискретны, это означает, что вы не найдете электрон с энергией между E 1 и E 2 . Мы говорим, что уровни энергии квантуются.
Интересно, что если бы у электронов не было этих квантованных энергетических уровней, электроны фактически скручивались бы по спирали в ядро и все атомы во Вселенной были бы нестабильны - мир, который мы знаем, не существовал бы. Если вы хотите узнать больше о том, почему этого НЕ происходит и какое отношение к этому имеет квантование энергии, подумайте о прочтении этой статьи.
Итак, если вы что-то нагреваете, вы отдаете ему энергию . В случае атома эта дополнительная энергия может заставить электроны перепрыгнуть на более высокий энергетический уровень. Мы говорим, что электроны были возбуждены .
Однако природа по своей природе ленива, и все хочет существовать в самом низком энергетическом состоянии, которое только возможно, поэтому через короткий период электроны вернутся к более низкое энергетическое состояние по сравнению с их возбужденным состоянием.
Энергия не может быть уничтожена, так куда же девается эта энергия? Он получает испускаемых атомом в виде фотонов !Обратите внимание, что вы не должны думать об этих энергетических уровнях здесь как о неких «круговых орбитах», по которым электрон вращается вокруг ядра – с точки зрения квантовой механики, более точная картина была бы вероятностное облако вокруг ядра. Эта картинка призвана лишь проиллюстрировать ключевую мысль.
Энергия фотона может быть описана следующей формулой: 9Здесь 0003 E обозначает энергию, h — постоянную Планка, а ν — частоту света (фотона).
Мы можем связать частоту излучаемого света с его длиной волны λ следующим образом:
Предположим, что электрон находится в возбужденном состоянии E 2 и возвращается в основное состояние E 1 . Затем мы можем объединить это, чтобы найти длину волны излучаемого света :
Итак, с чисто квантово-механической точки зрения для отдельных атомов мы можем получить представление о том, как атомы испускают свет при нагревании — электроны возбуждаются и испускают фотоны.
.
Конечно, все предметы повседневного обихода состоят из атомов, так что это основной механизм, хотя и не единственный, с помощью которого объект будет излучать свет и, следовательно, светиться, если длина волны излучаемого света находится в видимом диапазоне. .
Однако во многих случаях излучаемый свет не будет находиться в видимой части электромагнитного спектра, и этот результат также не показывает температурную зависимость излучаемого света, которую мы специально ищем.
Другая проблема заключается в том, что предметы повседневного обихода — это не просто отдельные атомы, а огромные наборы атомов и молекул , взаимодействующих сложным образом. Эти наборы атомов имеют тенденцию вести себя иначе, чем просто отдельные атомы.
Несмотря на то, что в основе лежит испускание света, квантово-механическое явление, в этой истории есть нечто большее — только объяснения того, что происходит на атомном уровне, недостаточно.
Ключ к пониманию того, почему большие предметы повседневного обихода (состоящие из множества атомов) светятся при нагревании, лежит в понимании того, что называется излучение черного тела .
По сути, мы можем думать об излучении черного тела как о статистической модели , которая может описывать, как крупномасштабные объекты излучают свет и как связана с ним температура.
Излучение черного тела и почему вещи светятся при нагревании
Прежде всего, любой объект с температурой выше абсолютного нуля испускает так называемое тепловое излучение . Фактически это означает каждый объект во Вселенной, поскольку даже космический вакуум теплее абсолютного нуля.
Итак, тепловое излучение — это просто то, что мы называем электромагнитным излучением (то есть фотонами), когда это излучение вызвано нагреванием чего-либо. Итак, тепловое излучение — это просто электромагнитное излучение, возникающее при температуре выше абсолютного нуля.
Итак, если все испускает тепловое излучение, почему мы его не видим?
Как правило, тепловое излучение будет испускаться на всех возможных длинах волн электромагнитного излучения, и видимый свет составляет лишь небольшую часть этого .
Итак, для большинства объектов мы не сможем увидеть никакого видимого свечения, исходящего от теплового излучения.
Однако мы знаем, что если предмет нагреть достаточно сильно, он начнет светиться. Так что же определяет, когда видно тепловое излучение, испускаемое объектом, и как с этим связана его температура?
Что ж, один из способов понять это — подробно рассмотреть модель излучения черного тела.
Что такое излучение черного тела?
Во-первых, излучение черного тела предполагает, что объект представляет собой черное тело , идеализированный объект с одинаковой температурой, который только поглощает свет (и не отражает его).
Тепловое излучение, испускаемое черным телом, тогда называется излучением черного тела .
Хотя ненастоящие черные тела, звезды и многие другие объекты могут быть аппроксимированы как таковые, так что это довольно хорошая модель для понимания нашего вопроса — почему горячие предметы светятся?
Теперь, почему мы хотим смотреть на излучение абсолютно черного тела? Ну, а главная причина в том, что тепловое излучение вообще невероятно сложное явление — вот несколько причин, почему:
- Когда объект нагревается, в объекте обычного размера так много атомов, что предсказать, как каждый атом возбуждается и излучает фотоны посредством квантово-механического процесса, обсуждавшегося ранее, нецелесообразно.
- Более того, когда объект нагревается, молекулярных структур внутри объекта сами вибрируют, что также вызывает испускание теплового излучения (фотонов). Это означает, что на тепловое излучение также влияет состав объекта .
- Дело здесь в том, что на самом деле существует множественных механизмов, стоящих за тепловым излучением — в то время как отдельные атомы излучают свет только через электроны, перескакивающие между энергетическими состояниями, в объектах, состоящих из многих атомов, испускание теплового излучения гораздо сложнее и распределение теплового излучения будет трудно предсказать.
Что хорошо в излучении черного тела, так это то, что это идеализация , мы действительно можем невероятно точно предсказать тепловое излучение, исходящее от черного тела (то есть излучение черного тела).
Другая приятная вещь заключается в том, что это работает как большое приближение для многих объектов в реальном мире.
На самом деле, мы можем описать весь спектр теплового излучения черного тела и возникающие в результате этого цвета света с помощью довольно простой функции (которую мы скоро рассмотрим).
Наиболее важным результатом модели излучения черного тела в нашем контексте будет тот факт, что весь спектр теплового излучения черного тела полностью определяется температурой тела, а не, например, его составом или молекулярной структурой .
Кроме того, для каждого спектра излучения абсолютно черного тела будет одна заметная длина волны , и большая часть электромагнитного излучения, испускаемого телом, приходится на эту конкретную длину волны.
Итак, температура черного тела будет определять длину волны большей части электромагнитного излучения, излучаемого этим телом . Если эта длина волны находится в видимом диапазоне (около 380–750 нм), тело будет излучать видимый свет — и, таким образом, будут светиться !
Теперь для повседневных вещей с относительно низкими температурами, таких как люди и дома, эта длина волны равна , а не в видимой части электромагнитного спектра (и это тоже не идеально черные тела).
Конечно, этого следовало ожидать — обычно вы не видите людей, просто светящихся красным или синим, идущих по улице.
Однако при определенных достаточно высоких температурах основная длина волны действительно будет находиться в диапазоне видимого света, и объекты будут светиться разными цветами.
Более того, на самом деле существует температура, при которой, если нагреть любой предмет, он начнет заметно светиться – да любой предмет! Это называется точкой Дрейпера , которую мы обсудим позже в этой статье.
Но сначала давайте углубимся в концепцию излучения черного тела и, в частности, в то, как мы его моделируем.
Закон Планка
Сначала я рассмотрю основную модель, которую мы используем для описания излучения черного тела, а затем мы увидим, как это приводит к появлению заметных длин волн , что позволяет нам понять, почему некоторые объекты заметно светятся при нагревании, а другие не.
Излучение черного тела характеризуется законом Планка : Мы можем узнать h из предыдущего, постоянная Планка, c — скорость света, а k B — постоянная Больцмана. Постоянная Больцмана чаще всего встречается при изучении термодинамики, но, возможно, более знакомое место, где ее можно найти, — это закон идеального газа, PV = k В НТ.
Закон Планка описывает спектральную яркость B(λ,T) как функцию как температуры черного тела (T), так и длины волны испускаемого электромагнитного излучения (λ).
Спектральная яркость – это величина с характерными единицами мощности на единицу площади на единицу телесного угла на единицу длины волны.
Интуитивно представляет поток энергии (сколько проходит через единицу поверхности) вдоль линии излучения в определенном направлении .
Теперь, хотя спектральная яркость является функцией двух переменных, мы можем рассматривать ее как функцию только длины волны λ, выбрав фиксированную температуру T для тела.
Затем мы можем представить кривые спектральной яркости B(λ), построив их как функцию длины волны для тел с разной температурой:
Здесь я сравнил спектральную яркость двух черных тел при двух разных температурах, 5000K и 3000К. Я наложил видимый спектр света (380–750 нм) вместе с соответствующими общими цветами.
Но что говорит нам этот график? График представляет собой распределение энергии всех фотонов, выпущенных черным телом .
Помните, что энергия фотона связана либо с его длиной волны, либо с частотой, как мы видели ранее, поэтому мы можем интерпретировать здесь горизонтальную ось длины волны как представление энергии!
Таким образом, если точка на графике выше другой (имеется в виду, что спектральная яркость выше), с этой энергией испускается на фотонов больше (и эта длина волны) и, следовательно, этот конкретный цвет будет более заметным.
Как мы видим, оба графика имеют максимальную высоту в точке, которую мы называем пиковой длиной волны .
Большинство фотонов, излучаемых телом, будут иметь эту пиковую длину волны, а это означает, что эта конкретная длина волны и цвет будут наиболее заметными при взгляде на тело.
Поверхность Солнца имеет температуру около 5000 К, и на графике выше пиковая длина волны приходится на оранжево-желтую часть видимого спектра — это почему Солнце кажется нам в основном желтым!
Однако это также подводит нас к более широкому вопросу – существует ли способ связать температуру тела непосредственно с цветом излучаемого им света ?
Конечно, здесь мы можем ясно видеть цвет и длину волны пика на графике, но можно ли, например, найти выражение для длины волны пика (и, следовательно, цвета) в зависимости от температуры?
Оказывается, это действительно возможно, и этот результат известен как Закон смещения Вина .
Как температура влияет на цвет?
Цвет светящегося объекта определяется его температурой в соответствии с законом смещения Вина, согласно которому длина волны света, излучаемого объектом, обратно пропорциональна его температуре.
Поэтому более горячие объекты светятся синим, а более холодные объекты светятся более красным и желтым.
Теперь пиковую длину волны для любого заданного черного тела можно записать как очень простую функцию температуры:
Здесь α является константой пропорциональности со значением около 2,898×10 -3 м*К. Этот закон обратной пропорциональности называется законом смещения Вина .
Откуда взялся закон смещения Вина?Прежде всего отмечу, что каждая из кривых абсолютно черного тела, причем каждая кривая определяется температурой T, имеет только одну максимальную высоту (и не имеет минимума).
Как правило, мы можем найти максимумы (и минимумы), дифференцируя любую функцию и приравнивая ее производную к нулю. Мы можем сделать то же самое для нашей функции спектральной яркости B(λ) из предыдущего (снова рассматривая температуру T как фиксированное значение):
Следующим шагом будет получение производной по длине волны λ:
Это выглядит запутанно, но это просто неуклюжее многократное применение правил цепочки и произведения, а затем разложение на множители, чтобы облегчить жизнь! Затем мы обнуляем все это.
Префактор перед скобками здесь не может быть равен нулю, поэтому нам просто нужно установить то, что находится внутри скобок, равным нулю. Затем мы получаем следующее уравнение (обратите внимание, что λ, которое мы получаем, решая это уравнение, будет пиковой длиной волны λ пик ):
Для упрощения воспользуемся заменой, чтобы увидеть четкую структуру уравнения. Сначала разделите на λ пик , а затем пусть y=hc/λ пик k B T, чтобы мы попытались решить уравнение:
Хотя может показаться, что это уравнение невозможно решить для y от и, конечно, это не имеет решения в терминах каких-либо простых элементарных функций, мы можем фактически решить это с помощью Lambert W-функции .
W-функция Ламберта — несколько странная и необычная функция, но во многих случаях она невероятно полезна. По сути, W-функцию Ламберта можно рассматривать как функцию, обратную функции y(x)=xe x .
Таким образом, если бы вы воздействовали на эту функцию с помощью функции Ламберта W, вы бы вернули переменную x здесь:
Ламберт W, однако, технически не является функцией, поскольку она «ветви».
Если наш x — действительная переменная, то мы можем представить W(x) двумя разными кривыми, называемыми W 9филиал 0041 0 и филиал W -1 .
Затем мы можем изобразить их вместе, чтобы получить представление о том, как будет выглядеть «функция» W(x): две ветви, W 0 и W -1 , встречаются в точке (-e -1 ,-1).
Теперь, поскольку y>0 в приведенном выше уравнении ye y -5(e y -1)=0, главная ветвь W 0 — это все, что нам нужно. Для уравнения вида we w =a мы бы определили w=W 0 (a) как решение уравнения.
Наше уравнение, которое мы хотим решить, имеет почти такую же форму. Давайте перепишем его снова, написав сначала как:
Затем, если сделать вторую замену y=x+5, мы найдем:
Это определяющее уравнение W-функции Ламберта с w=x и a=-5e -5 . Это говорит нам о том, что решение, значение x, определяется следующим образом: Значение W 0 в этой точке, -5e -5 , приблизительно равно -0,03489.
Замена обратно y=x+5, а также y=hc/λ пик k B T (которое было нашим первоначальным определением y) дает нам окончательное решение для пиковой длины волны:
Здесь коэффициент перед 1/T представляет собой просто число со значением ≈2,898×10 — 3 м*К. Если мы назовем эту константу α, то получим закон смещения Вина λ пик =α/T.
Из закона смещения Вина мы видим, что по мере увеличения температуры тела пиковая длина волны испускаемого им излучения уменьшается .
Посмотрите на графики излучения черного тела, которые я построил ранее. Вы можете видеть, что действительно, когда мы увеличиваем температуру с 3000K до 5000K, положение пика смещается немного влево — как и предсказывает закон смещения Вина!
Поскольку пиковая длина волны представляет собой длину волны большей части электромагнитного излучения, испускаемого телом, и, следовательно, также определяет основной цвет тела, мы наблюдаем, что по мере того, как вещи нагреваются, их светящийся цвет становится голубее.
Если вы посмотрите на пламя свечи или зажигалки, более горячая нижняя часть, ближайшая к источнику, будет синего цвета, а более «холодная» часть на краю — скорее красного цвета.
Закон смещения Вина помогает нам понять, почему именно это происходит!
Ниже я включил таблицу взаимосвязи между температурой объекта и его основным светящимся цветом. Их можно вычислить непосредственно из закона смещения Вина.
| Температура | Цвет свечения |
|---|---|
| 4200 K (≈3900 °C) | Красный | 4800 К (≈4500 °С) | Оранжевый |
| 5000 К (≈4700 °C) | Желтый |
| 5300 K (≈5000 °C) | Зеленый |
| 6400 K (≈6100 °C) | Синий |
| 7300 K (≈7000 °C) | Фиолетовый |
Обратите внимание, однако, что эти значения относятся только к черный корпус .
Как указывалось ранее, не все объекты являются черными телами (на самом деле ни один объект не является идеально черным телом), но многие из них можно аппроксимировать как таковые.
Таким образом, приведенные выше значения являются приблизительными и приблизительными.
Кроме того, здесь описываются только цвета пиковая длина волны света, излучаемого объектом. Несмотря на то, что пиковая длина волны является наиболее заметной и, таким образом, определяет основной цвет, объект также будет излучать свет с разными длинами волн и цветами.
При какой температуре что-то начинает заметно светиться?
Теперь мы поняли, почему горячие предметы светятся, но мы могли бы также спросить, что вообще означает слово «горячий» в данном случае — при какой температуре что-то действительно начинает заметно светиться?
Первая грубая оценка может быть получена из закона смещения Вина, если учесть тот факт, что самая длинная длина волны видимого света составляет около 750 нм.
Следовательно, это даст самую низкую возможную температуру, при которой объект все еще излучает видимый свет. Если вместо этого мы переформулируем закон смещения Вина для температуры и подставим 750 нм в качестве пиковой длины волны, мы получим:
Это то, что сказало бы нам наивное применение закона смещения Вина, но мы можем испытать свечение многих вещей при температурах намного ниже. , чем 3900К. Так что же пошло не так?
Здесь мы упустили тот факт, что нам не обязательно нужна пиковая длина волны, которая находится в видимой части спектра!
Наше применение закона смещения Вина говорит нам о том, что при температуре 3900 К большинство высвобождаемых фотонов будут явно красными.
Однако человеческий глаз способен обнаруживать удивительно малое количество фотонов, и поэтому нам на самом деле не нужно, чтобы большинство фотонов находились в видимом диапазоне.
Чтобы что-то светилось, нам нужно, чтобы небольшая часть фотонов попала в видимый диапазон.
Это означает, что мы можем иметь пиковую длину волны намного длиннее 750 нм и по-прежнему наблюдать слабое свечение — в этом случае подавляющее большинство фотонов будет в инфракрасной категории, однако некоторые все же будут в видимом спектре. и если бы мы были в темной комнате, мы все равно смогли бы увидеть слабое свечение!
Если 3900K слишком много, то что такое минимальная температура, при которой предмет начинает светиться при нагревании ?
На этот вопрос экспериментально ответил Джон Дрейпер, установивший, что все предметы начинают светиться при общей, минимальной температуре при нагревании. Эта температура теперь известна как точка Дрейпера .
Точка Дрейпера приблизительно равна 798 K или 525 °C . Это температура, выше которой любой объект начнет заметно светиться слабым красным цветом при нагревании.
Cameron Bunney
Я аспирант третьего курса Ноттингемского университета, где я также изучал математику.
Мои основные исследования сосредоточены на КТП искривленного пространства-времени и эффекте Унру в аналоговых гравитационных системах. У меня слабость ко всем видам математики и физики, от теории чисел до математической биологии и всего, что между ними! Помимо исследований и развлекательной математики, мне нравится играть на фортепиано и изучать языки.
Соавтор этой статьи Кэмерон Банни.
термодинамика — Что заставляет горячие предметы светиться и при какой температуре?
Задавать вопрос
спросил
Изменено 6 лет, 4 месяца назад
Просмотрено 25 тысяч раз
$\begingroup$ У меня есть электрическая плита, и когда я включаю ее и выключаю свет, я замечаю, что плита светится.
Однако, когда я уменьшаю температуру, она в конце концов полностью исчезает. Есть ли точка отсечки для свечения?
Что на самом деле излучает свет? Излучает ли свет само тепло или металл?
- термодинамика
- тепло
- видимый свет
- тепловое излучение
Это связано с тепловым излучением. Тела с температурой выше абсолютного нуля излучают. Если частота излучения находится в пределах видимости, тело «светится».
Когда электроны в атоме возбуждаются, например, при нагревании, дополнительная энергия выталкивает электроны на более высокие энергетические орбиты. Когда электроны падают обратно и покидают возбужденное состояние, энергия переизлучается в виде фотона. -википедия (спектр излучения) 9{\lambda=780nm} u(\lambda,T)d\lambda dT$ = минимум, необходимый для обнаружения человеческим глазом.
$\endgroup$ 5 $\begingroup$Я хотел бы подчеркнуть момент, упомянутый в первом ответе.
Классическое излучение черного тела связано с газом фотонов, находящимся в тепловом равновесии. Фотоны взаимодействуют друг с другом, и это взаимодействие дает обычный планковский спектр для их энергий.
Внутри звезд образуются фотоны, которые взаимодействуют со звездной материей и приходят к тепловому равновесию. Когда фотоны покидают звезду, они имеют спектр черного тела.
Когда берешь какое-то количество материи (электроплиту) и нагреваешь ее, возникает вопрос, откуда берутся фотоны. При низких температурах у вас недостаточно тепловой энергии для возбуждения электронов в атомах. Итак, откуда берутся фотоны? Ответ заключается в том, что они должны исходить от возбуждения фонового электромагнитного поля. Даже если бы вы попытались изолировать нагретое вещество от всех электромагнитных полей, вы никогда не смогли бы заблокировать флуктуации вакуума.
$\endgroup$ $\begingroup$ Если сделать аппроксимацию черного тела (а она неплохая аппроксимация), то можно измерить температуру тела по спектру объекта.
