PDF《5.2 光是一种能量》

5.

2 光是一种能量 光是称为「电磁辐射」 (electromagnetic radiation)的一种能量形 态.光以波传送,波有如小石头掉进池塘引起的涟漪.只不过,电 磁波是电与磁场的振动,不像水是物质的振动.我们遇到的大多数 电磁辐射是电子产生的,因为电子很小,可以用高速率振动. 电磁波的两个波峰间距称为波长.波长的围从短於

1 奈米 (10-

9 公尺)的γ射线,到长於

1 公里(10

3 公尺)的无线电波;

其中 γ射线是高能量的电磁波,而无线电波是低能量的电磁波.图5.6 标 示出这两个波长,一个很长,另一个 很短,这是为了增加学习的理解而画 的示意图. 电磁波也可用波频(波的频率)来 表现,频率是波振动的快慢.电磁波 的波长愈短,频率就愈大.例如,γ 射线的波长极短,所以频率极大;

无 线电波波长极长,频率非常小. 波频的基本单位是赫(hertz, Hz) ,

1 Hz 等於每秒进行一个完整的振动. 电磁辐射波的频率围从γ射线的

1024 Hz 到小於

10 3 Hz 的无线电波.波的频 率愈高,能量就愈高,因此γ射线的 能量,比无线电波高得很多.

18 观念化学Ⅰ Ⅰ 我把这个杆头轻打水面,就产生水波 波从接触点向外扩散出去,情况类似 原子的电子来回振动,产生电磁波从 原子传播出去.而且很好玩,我敲打 得愈快,波就一个一个的愈靠紧. 图5.6 是电磁光谱,显示电磁辐射的全程频率与波长.电磁光谱 中,能量最大的为γ射线,接下来的区域能量稍小一点,是X射线,其次是紫外线.可见光的电磁辐射频率围狭窄,约在

7 *

10 14 (700兆)赫到

4 *

10 14 (400兆)赫之间.这个区域包含了我们 眼睛可以鉴别的七彩,有从

700 兆赫的紫色到

400 兆赫的红色.比 可见光能量还低的是红外线(我们皮肤可以感受的「热波」 ) ,再来 是微波(用来炊煮食物) ,最后是无线电波(经由此波传送收音机与 电视的信号) ,无线电波的能量最低.

19 第5章 原子模型 10C5 nm 10C3 nm

1 nm

103 nm

106 nm

1 m

103 m

1024 Hz

1022 Hz

1020 Hz

1018 Hz

1016 Hz

1012 Hz

1010 Hz

108 Hz

106 Hz

104 Hz

102 Hz

7 ?

1014 Hz

4 ?

1014 Hz 能量增加 短波长 长波长 γ 射线 X 射线 紫外线 红外线 微波 无线电波 高频率 可见光 低频率 ? 图5.6 电磁光谱是频率的连续带,从高能量的γ射线向低能量的无线电波延伸.γ射 线的波长短、频率高,无线电波波长长、频率低.这些区域的名字仅代表历史 分类,因为所有的波性质都一样,差别仅在於波长与频率. A Q 观念检验站 你能够看到、到无线电波吗? 你答对了吗? 我们眼睛看得到的电磁辐射,频率围很小,只在

700 兆赫到

400 兆赫的可见光围.无线电波虽然 也是一种电磁辐射,但它的频率远低於眼睛看得到 的围,所以我们看不到无线电波,也不能到它 们.不过,若打开收音机可以间接到无线电波的 声音.收音机的声音是把无线电波转成信号,带动 扬声器产生耳朵可到的声波. 我们眼睛同时看到所有可见光的频率时,看到的就是白光.把 白光通过镜或绕射光栅,可以分出光的颜色组成,如图 5.7 所示, 光栅是玻璃或塑胶片,有蚀刻的微小线条.(记住,可见光的每一 种颜色代表不同频率.)

20 观念化学Ⅰ Ⅰ (a) (b) ? 图5.7 白光可用(a)镜、(b)绕射 光栅,分出七彩的组成色光. 镜(剖面) 绕射光栅(剖面) 白光 白光 图5.8 的分光镜,是用来观察光源颜色组成的仪器.我们会在下 节讨论,分光镜可以让我们分析元素受激发而发出的光.