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1.1.4.5光热之家

 

光能和热能都是动能,但光通常是在热的基础上激发的孪生兄弟,它们在本质上都是电磁波,只不过因所在的波段不同而被眼睛有选择地感知,并对人产生不同的效果。如果我们只需要光而不稀罕热,那么淘汰白炽灯,提高发光效率,寻求冷光源的办法还真不少。

 萤光”是一种光致发光现象,产生的热量很少。当某种常温物质经波长更短的入射光照射时,吸收光能后进入激发态,并且立即退激发并发出比入射光的波长长的出射光,这种出射光通常是可见光,而入射光可以是紫外线或X射线。日光灯就是利用水银蒸气电离后发出紫外线激发管壁内的荧光粉而发光的灯具。

    萤火虫、发光鱼等生物的发光效率是任何人工器件无法比肩的,它们有专门的发光细胞,内含作荧光素和荧光素酶。荧光素能在荧光素酶的催化下消耗ATP,并与氧气发生反应,反应中产生激发态的氧化荧光素,当氧化荧光素从激发态回到基态时释放出光子。反应中释放的能量几乎全部用来发光,只有极少部分以热的形式散发,效率达95%

现在广泛使用发光二极管的电致发光技术,也可以以很少的电热损失而提高电能的发光效率,同时也极大地提高了发光器件的寿命,这比以前的日光灯更胜一筹。

极光是一种大规模的放电过程,大气中的原子和分子被高速带电粒子碰撞并激发,从而产生绚丽多彩的光芒。它虽然不能被人工利用,但足以把极地的夜空照亮,并以千奇百怪的形状引起人们的无限遐想。

我们不清楚上帝在第一天创造的光来自何方,但知道上帝在第四天创造的日月星辰为动物们带来了宝贵的热量。大家可能了解“花儿为什么这么红”,却不一定明白为什么热效应中最显著的是红外光。那是因为粒子热运动的特征频率和红外线的频率相近,所以物体能与外部的红外光发生共振吸收。这就不难理解为什么色彩心理学中的红色象征着热情、性感、权威、自信,是个能量充沛的色彩。

而紫外线的能量与原子核外电子的能级接近,因此很容易被电子吸收,电子能级的变化通常体现为化学键的断裂或者原子分子的激发,故紫外线可以杀菌、诱发皮肤癌变、使高分子材料老化,因为化学结构的破坏伴随化学能量的变化,使得光能很少被转化为热能,体现出来就是紫外线的热效应弱而破坏性强。

微波的热效应与红外线不同,它是通过被加热物体内部偶极分子高频往复运动,产生“内摩擦热”而使被加热物料温度升高,由于微波的穿透性,能使物料内外部同时加热,速度快且均匀,物质在微波场中所产生的热量大小与物质种类及其电特性有很大关系,即微波对物质具有选择性加热的特性,尤其钟情于水,金属会反射微波而不被加热。

电磁炉的加热原理是通过线圈产生高频交变磁场,在铁锅底部产生涡流,以I2Rt的形式发热。用铁锅而不用铝锅是因为铁磁性物质可以有效地加强交变磁场的强度,同时电阻相对较大,发热效果好且价格便宜。

至此我们已了然于心。如果要光热兼得,那就像蜡烛一样燃烧吧,滴一滴耗尽自己,闪一闪照亮他人。如果要有所侧重,只做指路明灯时,仅让电子跃迁,原子尽可能按兵不动;若只想融化冰雪,就只需分子共振。

我们更需要记住,光亮不一定就有温暖。温暖是心在燃烧或爱在碰撞。亮光可能是欺骗,你原以为它在那儿放热,不一定,它也许在那儿冷若冰霜。

温暖也不一定就有光明,有时可能是黑暗,但比光明更重要。我们虽然有将近一半的时间生活在黑暗中,但我们却一点儿也不愿生活在没有温暖的世界里,无论是自然界还是精神家园。

 

 


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