牛顿在家躲瘟疫时干了什么?红外线温度计啥原理?(上)

作者: admin 分类: 科学 发布时间: 2021-08-23 01:18

        各位同学大家好,我是李永乐老师。最近有个小朋友跟我说一下,他妈妈买了一个红外线测温仪,每天呢给全家人都测体温。他问我说这个红外线测温仪为什么在人脑门上照一下就可以知道人的体温呢?今天我们来介绍一下这个问题。我们首先呢要来介绍一下人类是如何发现红外线的。为了说红外线的发现呢,我们首先还得从人类历史上一次大瘟疫说起。

        那就是在1665年到1666年,英国的伦敦。爆发的伦敦大瘟疫。伦敦大瘟疫呢其实就是鼠疫,他其实是我们以前所讲过的,1347年开始的那个欧洲的黑死病的延续。这个黑死病呢在欧洲持续了300来年,每隔一段时间就要爆发一次。那么这一次伦敦瘟疫呢就是这场黑死病的这个尾声。而这场瘟疫啊,伦敦一共死了10万人,当时英国其实一共也没有多少人啊,死了10万人,相当于伦敦人口的五分之一。啊,非常的严重啊,那么这么严重的瘟疫怎么办呢?人们当时的做法跟我们现在也差不多,就是闭门谢客,谁也不出门,学校都放假不上课了,对吧?那么在学校放假的时候啊,就有一个年轻的毕业生。

        他的名字就叫牛顿,这个牛顿呢刚刚从剑桥大学毕业,结果就赶上这场瘟疫了,怎么办?牛顿只好回到家里边儿,待着在家里边呆着的时候呢,也没有停止思考。在这两年的时间里面呢,牛顿先后创立了微积分。以及做了光的色散实验,还有呢产生了万有引力的思想的萌芽。传说牛顿被苹果砸了,就发生在他躲避瘟疫的这段时间里面啊,那一年。牛顿22岁,恩格斯说呀,牛顿因为创立的微积分而发现了科学的数学,因为发现了色散而创立的科学的光学,因为发现的万有引力而创立的科学的力学,所以牛顿是非常厉害的啊。那咱们重点来讨论一下牛顿在色散这个实验是怎么做的,他就想研究一下说太阳光是怎么组成的呢,于是他就搞了一个三棱镜啊,一个玻璃镜做成一个三棱的形状来。

        然后呢让一束白光白光通入到这个三棱镜的左侧,结果他就会发现什么呢?右侧出来的这个光不再是一条线儿了。是一束光,哎,他是一束光,而且这一束光里面呢有的光啊偏折的比较少有的光偏折的比较多,偏觉的比较少的。这个光是红色的片酬的比较多的,这个光是紫色的。从上到下依次是红、橙、黄、绿、蓝靛子。他说哎呀,原来呀这白光可以分成7种颜色的光,那么是白光本身就是七种颜色的光混合呢,还是白光宇棱镜作用变成了几种颜色的光呢?他这个就思考啊,他把每一种颜色的光都分别再次通过冷静结果发现每一种颜色的光通过棱镜了之后,颜色都不再发生变化了。他就说明哦这个就叫单色光,那白光应该就是很多种颜色的光组成的吧,叫复色光。不仅如此啊,他还通过一个装置,比如说一个凸透镜是吧?经过凸透镜了之后呢,这些光又会汇聚起来,优惠汇聚起来。他把这些光啊再次通过一个冷静。

        结果发现什么?发现这些个光汇聚起来之后,还能再变回成白光,这就再次验证了他的观点。白光是由七种颜色的光组成的。牛顿的发现了这件事儿啊,所以什么第一次认识到原来光是这么回事是吧?很很有意思。那么牛顿发现完了光的色散之后呢,再往后谁发现红外线呢?就就要过一百多年了,在1800年的时候,有一位英国的天文学家啊,也是英国的,他的天文学家名字呢叫做赫胥尔。这个赫胥尔啊在天文学上贡献其实是很大的。

        比如说他发现了这个天王星啊,后面还有很多其他的贡献。我们也会谈到。那么赫希尔呢他有一次就研究光的问题,他就说你看啊。阳光可以分成7种颜色,对吧?那么这七种颜色的光哪一种光可以使物体升温最快呢?哎,他就把这个光啊啊给排了个序。他说首先我让阳光色散对吧?测算完了之后不就是七种颜色吗?红橙黄绿蓝靛紫对吧?啊,每一种颜色我在每一种颜色的光这儿,我都放一个温度计。哎,我放一个温度计,我想看一看这个温度计的升温。

        哪个最快?那么作为对比,没有光的地方,我也得放温度计,对吧?在红光外边和紫光外边,他也得放温度计,但是这两个温度计它是没有光照,它是黑的。看不见的只有中间的这个地方,他还有光照,然后它就比较比较完了之后他惊异的发现哪个温度计升温最快,在红光外边的这个没有光的地方。哎,他这个温度就升高的最快,他就思考为什么啊最后。明白了,说原来在红光外边并不是没有,光是有一种我们看不见的光,于是就把这种光命名为红外线。我们知道呢不同的光它的波长不一样。可见光就是我们眼睛能够看到的光,它的波长是在400纳米到760纳米之间,纳米呢就是十的负9次方米啊,这是可见光的波长。

        而红外线红外线它比波长最长的红光波长还要长。他的波长范围是在760纳米到1毫米之间。啊,这是红外线的波长,它比红光的波长还要长一些。人们发现了红外线之后呢,就开始研究红外线的作用。那么到今天呢我们对红外线的应用已经非常非常多的那。举几个简单的例子。第一个就是我们可以利用红外线做遥控器,家里面都有遥控器,对不对?你遥控器发射的射线其实就是红外线。

        这个射箭的人的眼睛看不见,但是他可以控制电视。那有人说我最想看见红外线行不行呢?也能做到啊,就是你把那个遥控器拿到手里,然后拿一个可以照相的手机。对着这个遥控器,然后呢把手机调到照相模式,然后遥控器这么一按,你就会发现遥控器上面那个灯一闪一闪的,为什么呢?就是因为啊他在发射红外线,红外线虽然不能被人的眼睛看到,但他可以使这个照相手机感光。所以我们通过照相手机是能看到红外线的啊,当然现在有些手机是绿红外的啊,你得把这个绿红外功能关掉,才能够看到红外线。我记得十年以前呢,上课的时候,我就讲过这个问题,我说你这个。红外线看不见,但是你通过一个照相手机,你就可以看到红外线了。有一个同学呢回到家里不是做实验,把自己关到厕所里面啊,然后呢拿了一个遥控器,拿了一个照相手机。一案结果发现啊,这个光出来之后,在瓷砖上反射来反射去,整个厕所都被照亮了,感觉非常神奇。出来之后,他就跟我说啊,说这个为什么我们人看不见鬼?是有的时候拍照片能拍出灵异照片呢。他说这是因为吧轨发射的是红外线,所以人的眼睛看不见,但是可以使照片的底片感光是吧?然后写了一篇论文发表在人人网上了。

        好,那么这是第一个作用啊。虹遥控器。那么第二个作用呢就是红外线呢可以做遥感。什么叫遥感呢?就是从太空里边拍照片儿。为什么用红外线拍照片呢?因为红外线波长非常长,不容易散射,更容易透过大气层,这是根据瑞利散射之道的,就是波长越短的光越容易散射,被大气层挡住。是波长长的光,比如红光就不容易,红外线就更不容易,所以用红外线做遥感的这个材料啊,第三个红外线还可以做夜视仪。只要一个物体有温度,那么它就会发射红外线。发射红外线的时候呢,平常我们眼睛看不见,所以晚上的时候看不见东西。但是如果我们带生一个红外线夜视仪的话,就能看见他了,对吧?当然还有一个就是测温啊,测温是吧?不同的物体它发出红外线呢,他温度不一样啊,所以呢人们可以用它来测温红外线,还有很多其他的功能啊,比如说红外线可以透视。就是有一些物体吧,他们挡住可见光,那他挡不住红外线,所以用红外线拍照片,我就能看见这个东西里边的物体,是吧?挺有意思的啊。

        好,那我们讲完了这个红外线的发现啊,下面我们就想研究一下。这个红外线测温仪,它具体的原理是什么?那这就涉及到一个物理学上的重要概念,叫做黑体辐射。黑体辐射呢,我们在很久以前呢讲过这个问题啊,什么是黑体呢?我们首先要知道啊一切物体,不管这个物体温度有多低,他只要比绝对零度温度高。都会怎么样呢?都在辐射电磁波都在辐射电磁波啊,就比如说吧一个铁块儿,这个铁块儿啊平时看不见,为什么呢?因为它辐射的波是红外线,我们看不见。你把它烧的温度高一点,它就变红了,能看得见了,为什么呢?因为他发的多啊,就被进入了可见光范围了。你如果温度再烧的高一点呢,他就会变成黄色,你再稍微高一点,它可能变成发白的颜色。当时冶金行业的发展呢比较快,所以人们就迫切的希望知道这个物体发射电磁波,它的这个规律到底是什么。于是人们就开始研究黑体辐射。所谓黑体呢就是。这个物体啊他只辐射电磁波和吸收电磁波,但它不反射电磁波。

        所有他发出来的都是他自己辐射出来的,我们就称之为黑体啊,比如太阳就是可以近似看做一个黑体。因为太阳的辐射能力特别强,他的光基本上都是自己发出来的啊。

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