Blackbody radiation
2006.5.13
   記得柯南裡面有一集提到了「灰色感覺比較溫暖」,而在平常的觀念中,其實也把色彩加上了「色溫」:紅、黃色屬於暖色系,青、藍色屬於冷色系。不過有趣的是,若以黑體輻射來看,卻是不樣的結果。

短← 波長 →長

高← 能量 →低

  首先來看電磁波中,可見光的部份。可見光的波長大約在400~700奈米(nm)之間,藍光波長比紅光要短,但能量比紅光強。

  在黑體輻射(Blackbody radiation)的概念中,所有的物體只要高於絕對零度(0 K = -273 °C)就會放出電磁波,溫度越高,散發出來的電磁波能量就越強,也就代表波的波長越短(註)。不過 其實散發出的波長是一個分布,就是說會有很多不同頻率的電磁波,只是數量多少這樣。當物體溫度超過3000 K以後,其分布最大值才會進入可見光範圍,所以我們才會看的到物體發出的光,這就是為什麼高溫的鐵會發出紅色或黃色的光,以及太陽發出的光了(太陽表面溫度約為5780 °C)。

  所以,當溫度繼續上升,能量升高,散發出來的光就會從紅色變為偏藍色。所以當夜晚看到星星發出的光是藍色的時候,有可能星星的表面溫度比太陽還要來的高。這樣的話,就跟我們平常的直覺不一樣了:藍色其實是代表溫度較高的一方。

  比紅光波長再長一些的就是紅外光,而比紫光波長稍短的是紫外光。所以紫外光的能量比可見光強,而紅外光的能量就比可見光弱了;人體散發出來的電磁波有大部分都屬於紅外光的範圍,但是人眼看不到紅外光,因此需要借用其他儀器來輔助。而看到的紅外光結果,其實就就是溫度的分布。

註:黑體輻射能量與溫度的四次方程正比,又電磁波的能量為E=hν,其中c=λν,所以能量和波長成反比,最後的結果是溫度越高、波長越短。[其中h是普朗克常數 (Planck's constant)、ν是頻率、c是光速、λ是波長]

Mechanisms of Radio Wave Emission