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火也是发光体,为什么还会形成阴影?

2020-09-09 17:32阅读(67)

火也是发光体,为什么还会形成阴影?:首先答案很明确,火可以形成阴影,这个现象在我们小时候上课点蜡烛时都有见过,但原因可能不是你想的那样。我之前有看过其

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首先答案很明确,火可以形成阴影,这个现象在我们小时候上课点蜡烛时都有见过,但原因可能不是你想的那样。我之前有看过其他的解释,如:火焰的光线阻挡或散射了其他光,使其无法穿过?还有火焰是等离子体,光子无法穿过带电粒子?下面就说下火焰的阴影是怎么形成的。下面这个图,肯定是哪里出了问题,看完你就知道了!

我们先说下阴影是什么?

当光束照射到物体上时,如果一部分(全部)光被物体本身阻挡或被改变方向,那么就会形成阴影。阴影区域其实就是光束中光线比其余部分少的区域。这个较暗的区域往往倾向于呈现阻挡或改变光线方向的物体的形状,所以我们就会误认为阴影是由阻挡光线的物体投射或创造的。有了这个概念,那么为了让火形成阴影,火就需要以某种方式阻挡或改变另一束光的方向。

如果条件合适,火灾会有明显的阴影。

火焰形成阴影的原因

传统的火焰可以阻挡或改变光线的方向,原因很简单,因为碳氢化合物火焰不仅仅是一根光柱。而是由这么几个部分组成:燃烧过程中的碳氢燃料分子和氧气分子、少量半燃烧的燃料和杂质(称为烟灰或烟)、燃烧过程中产生的二氧化碳和水蒸气。

我们在火焰中看到的光主要是由固体烟尘产生的。火焰中的热空气和周围较冷空气之间的界面会使光的传播方向发生弯曲。这种光线在不同材料界面上的偏转叫做折射。这和透镜对光的聚焦效果是一样的。因此,由于火焰含有热空气这一简单的原因,它能够使光束中的一些光发生偏转,并投射出自己的影子。而且热空气有湍流上升的趋势,因此,热空气产生的阴影看起来就像一群舞动的涟漪。此外,火焰中的烟灰也会吸收部分光线,因此也会形成火焰的阴影。至于光子无法穿过等离子体,确实是有些影响,但影响不大,这不是主要的原因。

怎样让火焰的阴影更加明显

要真正看到火的影子,那么经过火的光束(如阳光)就必须和火本身产生的光一样亮或着比其更亮。否则,火所产生的光会向四面八方扩散,压倒并填补另一束光所产生的任何暗淡的区域。例如,用微弱的手电筒照一堆熊熊燃烧的篝火,你就看不到火的影子。此外,火焰越小越冷,烟灰越少,它吸收和折射的光就越少,因此阴影也就越淡。

这也就造成了,当你猛地一想火有阴影?感觉这个印象很模糊,因为它确实是有时有,有时没有,这跟特定的环境有关系。为了达到最好的观察效果,我们应该使用明亮的光束,如直射的阳光,以及有大量热量和烟尘的火,才能看到比较深的阴影。

火焰有阴影不是因为光子的相互作用

需要注意的是,火可以有阴影,不是因为火焰发出的光散射了入射的光,或者认为火焰中的光挤走了入射的光!在基本层面上,一束光不能与另一束光直接相互作用。光束不会直接相互反射、相互吸收或相互偏转。

这是因为光是由称为光子的量子粒子组成,而光子本质上是玻色子。所有的玻色子都能互相重叠,互相穿过,并在完全相同的位置占据完全相同的量子态。这也是因为光子既不带电荷,也不带磁矩。电磁场(例如那些构成光的电磁场)只能与携带电荷或磁矩的物体相互作用。光本身没有任何电荷或磁矩,所以一束光不能以任何方式直接影响另一束光。

请注意,一束光可以通过更奇特的效果来间接地偏转另一束光,这属于高能物理的范畴,这种效果在传统的化学火焰中不存在。火可以有阴影,因为它们含有热空气和烟尘,而不是因为火焰含有光。

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联想到一道物理习题:如图所示,一块玻璃砖内有一个凸形空气泡,一束平行光垂直射向玻璃砖侧面,通过玻璃砖后,光线将( )

A.仍然平行 B.会聚 C.发散 D.无法确定

这个问题看着简单,但用常规方法可以说是无解,必须采用特殊的方法才能得到答案。下面给出两种特殊方法,供参考。

方法一:添补法

设想用玻璃将玻璃砖中的空气泡填补上(相当于增加一个凸透镜),不难想象,平行光垂直穿过玻璃砖依然是平行光。但这是在增加了一个凸透镜之后得结果,而凸透镜对光有会聚作用,也就是说,经添加的凸透镜会聚后才平行,可见,将添加的凸透镜去掉,光线势必变得发射。

方法二:分割法

将玻璃砖沿空气泡竖直切割开,就变成两个凹透镜,凹透镜对光有发散作用,所以,平行光通过凹透镜必然被发散。

可见,含有凸形的空气泡的玻璃的作用相当于凹透镜。回头看火焰,将周围空气加热,在火焰周围形成一个凸形的低密度空气区,与上面的习题一样,这个低密度区就相当于凹透镜一,通过这个低密度区的太阳光被发散,光线就会变弱,被照射到的地方比周围就要暗一些,也许这就是题主说的火焰的影子吧!大家可以拿一个凹透镜(近视镜),对着太阳光试一下,在地面上能明显的看到一个比周围阴暗的区域。

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不好意思,有图有真相——我们先来看一幅实验拍摄的照片,来判断一下火是不会形成阴影的呢?


“火影”是不存在的?

看了上面的图片是不是可以得出结论:火是没有影子的?

阴影是由于物体挡住了入射辐射(或散射入射的辐射,防止其沿直线连续传播)而透射在背景上形成的无光区。

这个结论表面上可能是对的,但从最严格的意义上来说也是不对的。

火焰是等离子体-气体的混合物,具有高温。物质在火焰中分解交换电子形成等离子体——即电子和失去电子的原子的混合物,电子和离子的复合会导致发光。一些火焰(尤其是黄色火焰)也包含一些小颗粒(例如烟灰)。高温使得在很宽的波长范围内产生“黑体辐射”,这些辐射有的是可见的,有的是不可见的(大部分是红外线)。

但关键的情况在于:大多数情况下,火焰的密度都非常低,因为它的大部分构成是气体,且几乎是透明的。这意味着照射火焰的光束大部分会直接通过,虽然某些外来光线的部分波长的辐射可能会被火焰中离子化的物质更强烈地吸收而形成阴影,但因为火焰的密度实在太低,因此即便有阴影也不大明显,更不用提只是极微小的某些波段被不部分吸收形成的偏色阴影了(只是某些颜色不见了)。

上图:严格的说“当然,火没有阴影”是不对的!


火焰(周围的气体扰动)也可能形成琢磨不定的影子

实际上火还是有阴影的,但原因比较复杂。

我们前面说了,当光束的一部分被阻挡或重新定向时(折射),就会形成阴影。阴影区域是光束中光束相对较少的区域。这个较暗的区域倾向于呈现出阻挡或重定向光线的对象的形状,因此我们倾向于将阴影视为由拦截对象特设的轮廓。考虑到这一概念,为了使火有阴影,火需要以某种方式阻挡或重定向外部光束的一部分。


传统火焰可以很好地阻挡或重定向光线,原因很简单:传统的火焰不仅仅是简单的点光源

传统的碳氢化合物火焰包含几个组成部分:

  • 正在燃烧的碳氢化合物燃料分子氧分子(燃烧的核心部分)

  • 半燃烧的燃料和杂质(称为烟灰或烟尘)的少量固体(燃烧的核心外围)

  • 燃烧产生的二氧化碳和水蒸气(燃烧区域的外围)

  • 热空气(火焰区域的最外围)

上图:由于火焰是一种等离子体,因此火焰是可以导电的。根据这种性质,就可以制造供我们的燃气炉用的熄火探测器和其它火焰探测器。


您在火焰中看到的光主要是由悬浮在火焰中不断产生的固体烟尘发出的,这些烟尘被加热以至于它们受热发出黑体辐射(原理跟白炽灯实际上是一样的——高温发出可见光)。火焰中的热空气与周围较冷的空气之间由于密度的差异,形成某种折射界面,这会使光弯曲远离其向前传播的方向。光在不同物质的界面处的这种偏转被称为折射。这种效果与透镜聚光的原理相同。因此,由于火焰包含热空气的简单原因,火焰能够使光束中的某些光线偏转并投射出自己的阴影。热空气趋于湍流上升。因此,由热空气产生的阴影看起来像一堆舞动的涟漪。而且,火焰中的烟灰可以吸收光,因此也会参与火焰阴影的形成。

上图:一个有阴影的火焰照片。


为了真正观察到火的阴影,经过火的光束(例如太阳光)必须与火本身产生的光一样亮或者更亮。否则,由火产生的光会向各个方向扩散,它将压倒并填充外部光源形成的任何暗淡区域。例如,将微弱的手电筒对准咆哮的篝火将不会让人看到火的阴影。而且,火焰越小越凉,烟灰越少,则它吸收和重定向光线的机会就越少,因此其阴影就会越暗。根据设置的不同,人眼可能会或可能无法用肉眼看到火焰的阴影。为获得最佳效果,应该使用非常明亮的光束,例如直射的阳光,以及带有大量热量和烟尘的火。

上图:如果外来光源太弱,人眼是看不出阴影的。不要被无数实验的表象所蒙蔽了。


因此,火可能会有阴影,但这不是因为火将入射光束中的光散射或遮挡了。从根本上讲,一个光束不能直接与另一束光相互作用。光束从不彼此直接反射、彼此吸收或彼此偏转。这是因为光本质上由光子这种波色子组成。所有的玻色子都可以相互重叠,相互穿过,并在完全相同的位置占据完全相同的状态。这也是因为光子既不带电荷也不带磁矩,因此不会相互作用。构成光的电磁场只能与带有电荷或磁矩的物体相互作用。如果没有任何电荷或磁矩与之互动,光不能以任何方式直接影响另一束光。请注意,一束光可以通过改变两个光束通过的物质或通过更奇特的效应来间接偏转另一个光束,但是这种效果在传统的一般的火焰中是不存在的,所以可以不予考虑。

上图:火焰折射形成的阴影。这种阴影跟前面的那种阴影似乎有点不一样哦。


总结一下

火可能带有阴影,因为它们包含热空气和烟灰,而不是因为它们包含光。但如果在远处观望火焰“阴影”应该出现的地方,则肯定会多少看到一点“东西”,更多像是某种飘动的气体的阴影。这是因为热火焰的密度低于周围空气的密度,这会导致它的折射率较低,因此会使光线略微弯曲。于是,小团火焰(如蜡烛的火焰)相距很远的点光源的阴影实际上会在火焰周围显示出一个暗区,这是由于折射而不是吸收引起的。这也算是光的阴影吧!

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什么是火?火是不是一种物质?火的本质是什么?大家对火都跟熟悉,但对火的本质都未必会了解透彻。广泛意义上的火就是通过化学反应,剧烈释放能量,并放出光和热。一般意义上的火就是我们常见的火,就是可燃物和氧气进行剧烈反应并发出光和热。一般可燃物包括煤炭,石油产品,天然气,树枝,干草,干庄稼,煤气,酒精,蜡烛等含碳物质。火的本质就是含碳物质,在高温下,吸收能量,打开碳碳键,碳氢键等,然后碳氧结合生成碳氧键,主要是二氧化碳(氧气充分的情况下),和水等氧化物,同时释放光和热,其实光就是热,热就是光,热的实质就是红外线,也是光,只是我们肉眼看不到而已。光呢,根据燃烧的剧烈程度,颜色是不一样的,越弱的燃烧,发出的光越趋向红色,温度越低,越剧烈的燃烧,光越趋于蓝色,温度越高。我们看到的火就是可燃物燃烧的时候发出来的光和热,还有,因为燃烧形成火的周边温度迅速上升,空气膨胀,空气密度降低而形成的强烈的上升气流,这些综合现象,就是我们常见的火。现在回答问题,为啥火有影子?一是,空气膨胀,密度降低,光通过火焰的时候发生折射。二,摸摸农村里的灶台锅底,或者看看农村烧柴做饭时的烟筒,会有大量的黑烟冒出,那就是没有充分燃烧的碳,或者灰分,在上升气流的裹挟下,从火焰中升到高空,这些物质基本都是黑色,黑色是吸收光线的,光线穿透不过去,就形成了影子,我们肉眼看不到火里的这些物质,其实含量不少,你可以点燃一根蜡烛试试,拿块玻璃,放到蜡烛火焰上面,玻璃迅速就被熏黑了。

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任何一种光束,在传输过程中,都有损耗,任何一个物体,都会遮挡光‘束,所谓的影子,就是物体遮挡了光束,产生的阴影区,

火苗也是一个物体,也可以是一个物质,因为它是有密度的,怎么个密度?需要好多的公式和行业术语,在这里不说了,能明白这个基本道理就行,所以,火苗产生了遮挡,它是半透明的,包括一张透明玻璃,也会产生,阴影,因为玻璃不是绝对透明,大家可以做个实验

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火有质量所以有阴影。

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这要看谁照亮了谁?

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火焰确实可以形成阴影,但原因可能不是大多数人想的那样。当光的一部分被物体阻挡时,物体就会在光源的背后投下影子。阴影区域并非没有光,只不过那里的光相对较少。这个较暗的区域会呈现出投影物体的形状,所以我们认为阴影是由物体产生的。有了这个概念,为了让火产生影子,这就需要火以某种方式阻挡光的一部分。

传统的火焰可以阻挡光线,原因很简单,因为传统的火焰不仅仅是一根光柱。传统的碳氢化合物火焰包含几个组成部分:燃烧过程中的碳氢化合物燃料分子和氧气分子,少量半焦固体燃料和杂质(烟尘),燃烧产生的二氧化碳和水蒸气、光以及热空气。

我们在火焰中看到的光主要是空气中的固体颗粒加热到一定程度,然后就会因为炽热而发光。火焰中热空气和周围较冷的空气之间存在密度差,在它们的交界处往往会使光线偏离其正向传播的方向。

在不同材料的交界面上,光的偏转被称为折射,这和使透镜聚焦光线的效应是一样的。因此,火焰中含有热空气,它能够使光发生偏转,并投射出它自己的影子。热空气的上升非常剧烈,所以由热空气产生的阴影看起来就像舞动的波纹。此外,火焰中的烟灰可以吸收光线,这也有助于产生火焰的阴影。

想要真正看到火的影子,照射到火的光(如阳光)必须要与火本身发出的光一样明亮或比它更明亮。否则,火焰所产生的光向四面八方扩散,将会覆盖或填满其他光源产生的较暗区域。例如,在熊熊燃烧的篝火上指着一个微弱的手电筒,我们就无法看到火焰的影子。

此外,如果火焰越小越冷,它的烟尘越少,吸收和偏转的光线也越少,因此它的阴影就会越暗。为了达到最好的效果,所需的光源要足够明亮,比如直射的阳光,以及能够产生大量热量和烟灰的火焰。

请注意,火可以产生阴影不是因为入射光散射了火焰中的光。一般情况下,一束光不能直接与另一束光相互作用。光与光之间不会直接相互反弹,相互吸收,或相互偏转。这是因为光由被称为光子的量子粒子组成,它们本质上是玻色子。所有的玻色子都能相互重叠,相互传递,在相同的位置占据相同的状态。这也是因为光子既不携带电荷,也不携带磁矩。构成光的电磁场只能与携带电荷或磁矩的物体相互作用,如果没有任何电荷或磁矩与之相互作用,那么,两束光之间不会产生之间影响。总之,火有阴影,因为它们包含热空气和烟灰,而不是因为它们含有光。

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火也是物质的,光通过火时也有损耗,光子也与火中的粒子碰撞,所以火也会留下阴影。

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这么跟你说吧,太阳黑子也是发光体。但是跟太阳表面其他部分比起来,温度低,亮度低。