光能

光熱轉(zhuǎn)換

　　本文主要是探討關(guān)于黑色物質(zhì)為什么會(huì)吸收大部分的光子而產(chǎn)生熱能？這個(gè)問(wèn)題我們還是要通過(guò)黑色物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)談起。大家知道黑色物質(zhì)對(duì)光線的折射率是很低的，黑色物質(zhì)將大部分光能轉(zhuǎn)換為熱能。黑色物質(zhì)的特征是物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)，它也存在諸多的物理因素變化。

特征

　　化學(xué)

　　打個(gè)比喻；金屬銀與硫元素化合后的物質(zhì)是黑顏色的，還有金屬鐵與氧化合后生成的氧化物為黑褐色。動(dòng)物細(xì)胞以及植物纖維經(jīng)過(guò)高溫燃燒后會(huì)形成以為主的深黑色。

　　物理

　　用黑色物質(zhì)涂抹或者將黑色物質(zhì)與其它顏色物質(zhì)混合就會(huì)形成黑色的物質(zhì)表層或顏色的整體改變。

　　我們常見(jiàn)到的石墨、煤炭、石油等有機(jī)物都呈現(xiàn)為黑褐色至黑色之間不同的色度等級(jí)變化。黑色物質(zhì)會(huì)將光線大部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，這主要取決于黑色物質(zhì)分子中最小原子的活躍程度。在自然界中，碳元素比較活躍，所有物質(zhì)都是以碳基為主要成分的分子結(jié)構(gòu)。也可以說(shuō)組成人體的碳水化合物以及植物纖維細(xì)胞中的碳基化合分子都是以碳元素為主的物質(zhì)體系，而煤炭和石油也是以碳基為主的可燃物質(zhì)。然而，以碳基為主的化合物，以及化合物經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)后都會(huì)生成黑色的物質(zhì)。在黑色物質(zhì)分子中，其原子內(nèi)部的電子很容易受到外界低能級(jí)光粒子的激發(fā)作用而形成飄逸態(tài)（主要是碳元素），也包括其它的化學(xué)物質(zhì)成分。當(dāng)原子中的電子在吸收外界能量躍遷后會(huì)形成熱能的釋放并向四周傳遞。比如太陽(yáng)能集熱器就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子。在夏季，我們?nèi)祟悓⒐饽茏優(yōu)闊崮苡脕?lái)增溫冷水進(jìn)行洗浴。在冬季，我們用太陽(yáng)能集熱器集熱可以取暖。

　　以往，我們?nèi)祟愔恢篮谏镔|(zhì)的光熱物理作用，并不知道黑色物質(zhì)內(nèi)部的原子活躍性。因?yàn)榘最伾镔|(zhì)分子結(jié)構(gòu)中的電子對(duì)低能級(jí)光粒子是很難受激發(fā)躍遷的，原子內(nèi)部的電場(chǎng)對(duì)電子的束縛力也非常強(qiáng)，所以就不會(huì)形成光與熱能的轉(zhuǎn)換使光線大部分折射返回。物質(zhì)分子的色度越深，其原子內(nèi)的電子活躍性就越強(qiáng)，就越容易被光子激發(fā)飄逸產(chǎn)生熱能。也就是說(shuō)，物質(zhì)原子的活躍程度越強(qiáng)就越容易使核外電子受能量激發(fā)而遷移。另外，原子的活躍程度也取決于原子內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)電子的束縛力。束縛力越大，核外電子就越不容易躍遷，也就是核外電子的一種惰性。理論中，從黑色物質(zhì)過(guò)渡到白色物質(zhì)之間，會(huì)形成不同等級(jí)光輻射的熱能轉(zhuǎn)換是正確的。

　　自然界中物質(zhì)的不同灰度等級(jí)，是從白色到黑色之間的過(guò)度變化也是物質(zhì)分子間的不同化學(xué)組合。在自然光的光譜中包含了很多不同頻率的射線成分（紫外到紅外），白色物體對(duì)光線吸收的很少，而黑色物質(zhì)會(huì)將大部分光線吸收，尤其是光譜中紫外線的吸收概率非常高。物質(zhì)的顏色越深，光能的熱轉(zhuǎn)換效率就越高，自然光強(qiáng)度越大，物質(zhì)的光能轉(zhuǎn)換值也就越大。這里有一個(gè)最關(guān)鍵性的問(wèn)題，那就是太陽(yáng)的光輻射能。在物理學(xué)中，我們了解到了自然光是由不同頻率電磁波組成的綜合光譜，平時(shí)我們看到的只是單一的白色光。而且，光也是電磁波的一種，當(dāng)物質(zhì)中的電子在電磁場(chǎng)力的作用下就會(huì)形成力學(xué)結(jié)構(gòu)變化。因黑色物質(zhì)的電子非常活躍，在低能級(jí)磁場(chǎng)力（一般光強(qiáng)度）的作用下就可產(chǎn)生躍遷運(yùn)動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程也是原子核外層電子的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，當(dāng)核外電子受能激發(fā)躍遷時(shí)會(huì)釋放出大量的熱能，這就是我們平時(shí)所說(shuō)的太陽(yáng)能集熱原理。其實(shí)，我們所說(shuō)的黑色物質(zhì)受光照后會(huì)產(chǎn)生熱能的轉(zhuǎn)變，不如說(shuō)是由物質(zhì)電子在電磁場(chǎng)力的作用下形成的熱能轉(zhuǎn)換。

　　其實(shí)，光與熱能轉(zhuǎn)化，不如說(shuō)是電磁場(chǎng)力對(duì)物質(zhì)內(nèi)部電子的能量激發(fā)。也就是自然界中物質(zhì)的電子運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了在磁場(chǎng)力作用下進(jìn)行熱能和電能的交換。一般說(shuō)來(lái)，物質(zhì)會(huì)將光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽覀儾蝗绺膫€(gè)說(shuō)法，那就是物質(zhì)粒子的躍遷形成磁能的熱轉(zhuǎn)移。太陽(yáng)是一個(gè)巨大的發(fā)光體也是強(qiáng)大的電磁輻射源，光是某一電磁波的頻率段，自然界的溫度變化也體現(xiàn)出了磁場(chǎng)力的無(wú)所不能，也是萬(wàn)有電磁定律形成了宇宙太空物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的能量傳遞。這種光與熱能的轉(zhuǎn)換不僅僅是針對(duì)哪些單一的物質(zhì)種類，自然界中所有的物質(zhì)都存在這種現(xiàn)象，只不過(guò)是能量轉(zhuǎn)換的多少問(wèn)題罷了。根據(jù)人類能源不斷枯竭的現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)利用光能轉(zhuǎn)化為熱能的技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)普及到了我們生活中的每一角落。光能轉(zhuǎn)化技術(shù)應(yīng)用范圍廣，技術(shù)含量低，成本不高，它是我們?nèi)祟愖顬榱畠r(jià)和最為環(huán)保的一種節(jié)約型能源。