嘿科技在这里|同条件下不同颜色物体温度趋同的机理及其物理意义
作者：彭晓韬
【嘿科技在这里|同条件下不同颜色物体温度趋同的机理及其物理意义】日期：2020.09.22
【文章摘要】：在环境条件相同的情况下 ， 不同颜色物体的温度是基本上相同的 。 但按照光具有能量以及不同颜色的物体吸收光的能力不同来分析 ， 则颜色越深、吸收光的能力越强 ， 其温度应该不断升高才合理 。 而实际情况却并非如此 。 那么 ， 这到底是什么原因呢？本文就此进行一些探讨与分析 ， 以纠正人们对光的本质及其与介质相互作用规律的长期错误认识 。
一、同条件下不同颜色物体温度趋同现象简述
现有诸多实验表明：在太阳下面长时间曝晒后 ， 不同颜色的车表面温度会存在一定的差异 ， 但车内温度相差很小 。 如下图一所示：
文章图片
由图一可知：长时间在太阳下面曝晒后 ， 不同颜色的汽车表面温度会趋于某一特定的温度 ， 并不会随着时间的增加不断升高温度 。 这时候汽车表面就处于一种温度平衡状态：由太阳光照射的升温效应与汽车向周围散热的降温效应处于平衡状态 。
不同颜色车内温度基本接近 ， 与车表温度的差异小得多表明：汽车表面主要与外部环境 ， 主要是空气发生热交换以降低车表温度 。 向内传导的热量差别相对较小 。
二、同条件下不同颜色物体表面温度趋同的机理分析
虽然不同颜色的物体在同条件下存在一定的温度差异 ， 但其与环境温度逐渐趋同的过程中会趋于某一特定温度 。 当达到此特定温度后 ， 温度就不会继续上升 。 在此种状态下 ， 太阳照射所产生的热量与汽车表面散发的热量就会相等 。 那么 ， 这到底是什么原因决定的呢？
首先 ， 我们知道：温度是物质分子热运动过程中产生的电磁辐射强度峰值所对应的频率（简称为“峰值频率”）的标志 。 这可以从普朗克黑体辐射公司推导出来 。 也是我们目前常用于测量体温的感应式温度计的工作原理：测量人体的辐射主频率 ， 再换算出体温值 。 当照射光的主频高于物体表面温度对应的峰值频率时 ， 物体就会因此升温 ， 实际上是物体的峰值频率慢慢上升 ， 带动物体表面升温 。 随着物体表面温度的上升 ， 其电磁辐射也会不断增强 。 当物体表面接受到光照而峰值频率不断上升得的同时 ， 物体表面分子的热运动产生的电磁辐射就会与入射光产生叠加效应而降低入射光的作用 ， 就像导体具有电磁屏蔽能力一样 ， 实际上是导体产生了与入射场相差半周的次生场而阻止了入射场深入到导体内部 。 在光照下 ， 物体的表面也会因温度上升提高电磁辐射能力且抵消部分入射光的作用 ， 当两者达到平均时 ， 物体表面的温度就会处于稳定状态了 。
其次 ， 不同物体的分子与原子结构与构造不同 ， 在同样的光照下 ， 其产生峰值频率变化的能力也会不同 。 如：分子量的大小不同、结构越紧凑度不同、原子中最外层的电子数量不同等都会导致其峰值频率的变化能力不同 。 也可以说是响应外部电磁场变化的能力不同 。 这也是为什么不同元素或分子组成的不同物体表面颜色会不同 ， 以及同样元素组成的石墨与金刚石的表面颜色与透光能力具有天壤之别的原因所在 。 同时 ， 这也是为什么不同颜色的物体表面在同样的环境下会存在温度差异的原因所在 。
再者 ， 在同一环境下 ， 时间足够长时 ， 不同颜色物体的温度都是基本上相同的 ， 特别是在空气流动速度较快时 ， 其温度都会逐渐接近空气温度 。 这主要是因为不同颜色的物体表面虽然从环境电磁场中获得的频率上升能力不同而导致温度不同 ， 但空气这一媒介会传导热量（实际上是将频率高的分子热运动动能传递给频率低的分子 ， 使前者的频率降低 ， 而后者的频率升高） ， 使高温物体的温度降低 ， 低温物体的温度升高 。
总之 ， 不同颜色物体表面的温度趋同主要是受到环境的影响以及物体本身物质成分与分子结构的影响 。
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