Свечение металла при нагреве

Обновлено: 04.10.2024

Можно пояснить с позиций термодинамики -- в равновесии кинетическая энергия движения молекул распределяется равномерно по всем степеням свободы, по 0.5kT на каждую. Забудем на секунду квантмех, тогда электрон может болтаться в атоме как на пружинке, и становится ясно, что на эту колебательную степень свободы электрона в равновесии так же приходится 0.5kT. Просто потому, что она может приходиться от случайных столкновений с другими молекулами -- столкновений так много, что они неизбежно приводят к равномерному распределению энергии по всем возможным направлениям и способам движения. Как известно, движение заряда с ускорением (а колебательное движение именно таково) вызывает излучение -- вот, собственно, всё. Электрон "толкают", он начинает колебаться, излучает, успокаивается, его снова "толкают" и т. п. . То же справедливо для нормальных условий, в них кусок металла (да и чего угодно) тоже светится, но в инфракрасном диапазоне, и совсем немного в видимом.

Теперь ещё добавляем ступенчатость энергии в квантмехе и вот этот вопрос дяди Мити, и получаем полную картину :-)

А вот и нет. Переход с уровня на уровень даёт дискретный спектр, межд тем как спектр свечения нагретого тела - сплошной.

Прямо уж-таки сплошной? Это вот Ваше заявление противоречит основам эмиссионного спектрального анализа, например. Я на эти спектры каждый день смотрю - есть такой прибор, стилоскоп называется - там спектр видимой области прямо глазами видно визуально в виде линий)

Потому, что при нагревании металл получает дополнительную энергию. Эту энергию он и испускаетв виде фотонов (квантов) электромагнитного излучения. А глаз человека принимает это излучение как свет. За открытие процессов квантования М. Планк в 1924 г получил Нобелевку. Так, что когда включаете лампочку, то вспоминайте Макса Планка добрым словом.

А конкретней нельзя я это и так знаю.
Мне хотелось бы знать на какие процессы конкретно тратится энергия
полученная от нагревания.

Броня крепка! Просветленный (24849) Вам действительно хочется знать на какие процессы конкретно тратится энергия полученная от нагревания? Тогда надо читать серьезные книги по квантовой физике. А если и задавать здесь на эту тему вопросы, то задавать их на правильном русском языке и писать без ошибок!

Для простоты возьмем атом водорода. Если сильно его разогреть, то атом поглощает часть энергии. При этом электрон скачком переходит с нижней стационарной орбиты на более высокие стационарные орбиты ). Такой "возбужденный" атом не может долго существовать и электрон возвращается ("падает") на более низкую орбиту, выделяя при этом строго определенную порцию (квант) световой энергии. То же самое происходит и с атомами других элементов.

Почему ж тогда у Солнца (сплошь водород и гелий) спектр свечения сплошной, а не линейчатый, как у водорода? Линии Фраунгофера не в счёт - это линии ПОГЛОЩЕНИЯ, а не испускания.

Treasure Hunter Просветленный (23308) А причем тут водород и гелий? Непрерывные (или сплошные) спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы. Для получения непрерывного спектра нужно всего лишь нагреть тело до высокой температуры. Характер непрерывного спектра и сам факт его существования не только определяются свойствами отдельных излучающих атомов, но и в сильной степени зависят от взаимодействия атомов друг с другом. Непрерывный спектр дает также высокотемпературная плазма. Электромагнитные волны излучаются плазмой в основном при столкновениях электронов с ионами.

Почему раскаленные металлы светятся, а стекло при той же температуре нет?

Стекло (лучше взять тугоплавкий кварц), нагретое, например, до 900°С, почти не светится или светится очень слабо, а достаточно тугоплавкий металл, например, железо, при той же температуре будет светиться очень ярко. Почему?

При нагревании тела светятся тем лучше, чем ближе они к абсолютно чёрному телу. Поэтому даже металлы светятся неодинаково. Расплавленый алюминий (около 700 градусов) остаётся зеркальным, а вот железо уже при 600 светится красным цветом. То есть чем меньше света тело поглощает - тем меньше оно и испускает при нагревании.

Стекло - прозрачное. То есть довольно далеко от приближения "абсолютно чёрного тела". Поэтому и не светится.

Это, так сказать, "феноменологиче ское" объяснение. Оно очевидно. А вот каков механизм этого явления? Кстати, поверхность расплавленного алюминия будет зеркальной, наверное, в атмосфере инертного газа? Потому что если расплавить на газовой конфорке конец алюминиевой проволоки, расплав будет очень "серым" из-за оксидной пленки (алюминий - очень активный металл, с водой реагирует, если нет защитного слоя оксида). — 6 лет назад

Механизм свечения нагретых тел вообще тёмна вода в облацех, и фундаментальное его объяснение даётся с привлечением концепции физического вакуума, выходящей за рамки моего понимания. — 6 лет назад

Я как химик аналитик далек от теории твердого тела и квантовой оптики, но догадываюсь, что при нагревании стекла запрещённая зона сужается и в конце концов исчезает. Тогда стекло и начинает светится. В металле запрещённая зона отсутствует, и температура его свечения определяется законом Планка. — 6 лет назад

Видимо, именно так: свет-то испускают не ядра, а электроны, и то не всякие, а только внешние (иначе это будет не свет, а рентген). Именно эти электроны легче всего термически возбуждаются в металлах. Интересно, а химик-аналитик Ю.А.Золотов как ответил бы на этот вопрос? :) — 6 лет назад

Кто такой Золотов, я не знаю.(((( Валентные электроны есть и в диэлектриках, и в проводниках, а вот электроны проводимости - только в проводниках. Они и дают свечение при высокой температуре.

Нашёл Ю.А.Золотова в Википедии. Думаю, что спрашивать нужно всё-таки физиков, а не химиков-аналитиков, даже владеющих в совершенстве спектральными методами анализа. — 6 лет назад

Золотов - академик, заведующий кафедрой аналитической химии, главный редактор “Журнала аналитической химии”. А по поводу электронов - верно: валентные электроны, например, кремния в силикатах трудно возбудить, а в металлах электроны перевести на более высокий уровень намного легче. — 6 лет назад

Вероятно, ответ такой. Все нагретые до достаточно высокой температуры тела излучают видимый свет (а инфракрасный свет и свет с большими длинами волн излучают и холодные тела). Излучение видимого света происходит в результате "прыжка" электрона с энергетически более высокого уровня на уровень с меньшей энергией. А "забрасывает" электроны на высокие энергетические уровни энергия столкновения атомов друг с другом, и эта энергия повышается с увеличением температуры. Легче всего возбуждаются внешние электроны металлов, поэтому металлы и начинают светиться обычно при более низких температурах. В стекле (кварце) электроны атомов кремния, кислорода и ИОНОВ металлов возбуждаются значительно труднее, поэтому нужны более высокие температуры, чтобы такие вещества начали испускать свет.

Почему раскаленный металл светится, что именно за процессы заставляеют испускает кванты света из кристаллической решетки

Цвета каления

Цвета каления — это цвета свечения металла, раскалённого до высокой температуры. Спектр теплового излучения зависит от температуры, поэтому наблюдая цвета каления можно достаточно быстро, хоть и без высокой точности, определить температуру металла, что часто применяется при термообработке и ковке. Более того, до изобретения бесконтактных термометров это было единственным способом судить о температуре металла. Сокращённые названия цветов каления («красное каление», «белое каление») часто используются металлургами вместо указания температуры.

Содержание

Зависимость цвета каления от температуры

В таблице перечислены цвета каления, характерные для стали. [1]

Температуpa, °C	Цвет каления
550	тёмно-коричневый
630	коричнево-красный
680	тёмно-красный
740	тёмно-вишневый
770	вишнёвый
800	ярко- или светло-вишнёвый
850	ярко- или светло-красный
900	ярко-красный
950	жёлто-красный
1000	жёлтый
1100	ярко- или светло-жёлтый
1200	жёлто-белый
1300	белый

Фразеологизм

Выражение «довести до белого каления» имеет и всем известный переносный смысл: «рассердить», «вывести из себя», «привести в бешенство». [2] [3]

См. также

Примечания

Ссылки

Металлургия
Термическая обработка металлов

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Цвета каления" в других словарях:

цвета каления — цвета свечения металла, зависящие от температуры нагрева. Для железа и стали характерны следующие цвета каления (см. табл.). До появления пирометров по цветам каления определяли температуру термической (закалка, отпуск), химико термической… … Энциклопедия техники

ЦВЕТА КАЛЕНИЯ — цвета свечения металла, зависящие от температуры нагрева. Цвета каления, характерные для стали, смотри в таблице Температуpa, ° С Цвет каления 550 Темно коричневый 630 Коричнево красный 680 Темно красный 740 Темно вишневый 770 Вишневый 800… … Металлургический словарь

цвета каления — цвета свечения металла, нагретого до высоких температур (например, для стали от тёмно коричневого при 550°C до белого при 1300°C). * * * ЦВЕТА КАЛЕНИЯ ЦВЕТА КАЛЕНИЯ, цвета свечения металла, нагретого до высоких температур (напр., для стали от… … Энциклопедический словарь

ЦВЕТА КАЛЕНИЯ — цвета свечения металла, нагретого до высоких температур (напр., для стали от темно коричневого при 550 .С до белого при 1300 .С) … Большой Энциклопедический словарь

цвета каления — [heat colors] цвета свечения металла (сплава), зависящий от температуры его нагрева. Некоторые цвета каления, характерные для углеродной стали: темно коричневый (550 °С), темно красный (680 °С), вишневый (770 °С), яркокрасный (900 °С), желтый… … Энциклопедический словарь по металлургии

Цвета каления — цвета свечения металла (сплава), зависящие от температуры его нагрева. Некоторые Ц. к., характерные для углеродистой стали: тёмно коричневый (550 °С), тёмно красный (680 °С), вишнёвый (770 °С), ярко красный (900 °С), жёлтый (1000 °С),… … Большая советская энциклопедия

ЦВЕТА КАЛЕНИЯ — цвета свечения металла, зависящие от темп ры нагрева. Для стали характерны след. Ц. к.: Темп ра, °С Цвет Темп ра. °С Цвет 550 Темно коричневый 850 … Большой энциклопедический политехнический словарь

Цвета побежалости — на кристалле висмута … Википедия

цвета побежалости стали — [annealing (temper) colors] 1. Радужная окраска, появляющаяся на чистой поверхности нагретой стали в результате образования на ней тончайшей оксидной пленки. Толщина пленки зависит от температуры нагрева; пленки разной толщины по разному отражают … Энциклопедический словарь по металлургии

Цвета — [colors]: Смотри также: цвета побежалости стали цвета каления … Энциклопедический словарь по металлургии

Читайте также: