既然可见光是发光物体发出的光子组成的,为何灯泡里的钨丝长时间发光后质量不会减少?

qzuser197907117

先说下为什么会发光。



简单的说原子上由原子核以及外层的电子组成的。原子核外的电子通常稳定在不同的轨道上。当原子被能量激发后原子核不受到任何影响,只不过原子核外面的电子会改变轨道到外层更高的轨道上运行。当外层更高轨道上运行的电子由于核力作用吸引到内层的时候就会释放出能量。



跳到外层和回到内层都叫做电子跃迁,到外层吸收能量,到内层放出能量。

跃迁吸收的主要是热能,而放出的能量则是纯能量——光,光子只是一个形象的说法而且通常定义光子的质量为零。放出了质量为零的物质当然钨丝本身的质量不会减小了。

按照物理学的观点,物质只要受热(能量刺激)就会发光。而选择钨丝只不过是因为钨丝灯熔点很高使用寿命长罢了,最早的电灯实际上是用的是碳丝。



现在的各种荧光灯或者LED灯的能量刺激主要是来自于电能的直接刺激,因此不像白炽灯那么热而已。但也是能量刺激原子使电子跃迁发光的基本原理应用。


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这一问题充分证明了一点:生活中处处是科学,关键在于你是否仔细观察思考、愿意去探索。首先纠正下题主的说法,灯泡里的钨丝长时间发光后质量并不是不变的,而是减少的!只不过质量减少的原因不是因为发出光子而已。

最原始的灯泡—白织灯

因为题主提到了钨丝,那么毫无疑问所说的就是白织灯。对于白织灯的发明历史我估计现在小学一年级的小朋友都了解的非常清楚,但是白织灯的发光原理你们都了解吗?


其实可以这样简单的理解白织灯,它就相当于一个转换器,所起的作用就是将电能转化为光能!当然这个转换器的转换效率实在是低的有点尴尬,只有2%-4%的电能变为我们看见的光!这也就是为什么同样瓦数的白织灯会比节能灯费电许多!


知道了白织灯的作用相当于一个转换器,接下来我们了解下具体微观过程:我们知道非发光物体要发出光子,只能通过原子中的电子从高能级跃迁到低能级然后发出光子,钨丝的发光原理就是如此,当钨丝辐射出光子时必然会产生质量亏损,但随后电能会让电子重新跃迁到高能级补充质量亏损,如此反复光子源源不断,因此我们可以认为钨丝在产生光子这一方面几乎是不会亏损质量的!

钨丝的质量减少到底是怎么回事?

既然不是因为发出光子而导致质量亏损那到底是什么原因呢?其实是因为钨丝的高温升华!


我们知道在通电过程中,钨丝的温度能够达到3000度,因此在这样的高温下一些钨原子就会挥发出来,在灯泡表面附着。如果你仔细观察的话就会发现用久了的白织灯顶端总会黑黑的

,就是我们说的这个原因。

有人会说灯泡里冲了惰性气体呀,没错是这样但这些惰性气体的作用只是防止钨丝氧化!但并不是能阻止升华!并且因为灯泡中总会有一些残留样子,因此我们会在灯泡中涂一些红磷去除残留氧气!


所以你所见钨丝越来越细并不是因为发射出光子,而是因为钨丝的高温升华!
当然我们也同样要记住是白织灯最初给了我们夜晚中的光亮!!!


期待您的留言讨论!!


科学认识论

1:虽然发出的是光子,但是钨丝只是一个载体,其中发出的光能的能量来源是导线中的电能;白炽灯是一种能量转换效率非常低的装置,只有2%-4%的电能转换为眼睛可见的光。其他电能转化为热能释放出去。但是因为白炽灯显色性好,光谱连续,使用方便,价格较低等,因此在很多比较偏远的地区被广泛使用。其实白炽灯里面的钨丝质量是会减少的。

2:一只正常工作的白炽灯,钨丝温度大约在3000℃。在如此高的温度下,一些钨原子就会蒸发成气体,这些气体在在玻璃的内表面沉积,使等灯泡变为黑色。如果灯泡里是一些劣质的钨丝,那么在通电后由于灯丝较细,温度很高,灯泡就会瞬间变黑。

3:在白炽灯的生产过程中,会在灯泡里冲入一些惰性气体;这是因为钨在空气中会氧化并生成一薄层蓝色的三氧化二钨和氧化钨的混合物,所以如果要使灯泡长期工作,就必须在里面充入一些惰性气体。但是里面的空气始终是抽不干净的,于是就要在灯泡的感柱上涂一些红磷。红磷受热后就会变成白磷,白磷非常容易与氧气反应,从而生成固态的五氧化二磷,那么氧气就被除干净了。

即便如此,使用久了的钨丝还是会被烧断,因为钨丝与碳丝相比,在真空中的升华速度要比碳丝快,所以长时间使用的钨丝,升华也是非常严重,所以你会看到使用越久的钨丝,其直径就会越来越细,以至于最后被烧断。因此钨丝的质量是会减少的。


零维立方体

答:在质能守恒的角度,钨丝释放光子质量会减小,但由于电流不断地供给能量,所以缺失的质量得到补充,这样的质量变化是极其微小的。


灯发出光子,是发光物质(比如灯丝)中,原子的受激电子跃迁到更低能态,然后以光子的形式释放能量。



理想情况下,根据质能守恒,原子释放能量,必定导致原子的能量缺失,所以灯丝释放光子,自身的质量也会发生亏损,亏损质量满足质能方程E=mc^2。


当然,因为光速很大,所以亏损的质量完全可以忽略,也没有如此精密的仪器,能测量这么小的相对质量。

当灯丝损失能量后,由外部电源供给能量,使得低能态电子跃迁到高能态,于是前面亏损的质量,再次得到补充。然后激发态电子再次跃迁回低能态并释放光子,如果有源源不断的电能输入,那么灯丝将源源不断地处于激发和释放光子的动态当中,这就是钨丝灯发光的微观原理。



整个过程可以简化为:

灯丝释放光子,发生质量亏损;

电源提供能量,亏损的质量得到补充;

然后再次释放光子,再次发生质量亏损;

…………



实际当中,灯丝因为高温蒸发而损失的质量,远远大于质能亏损中的质量变化。



艾伯史密斯

光子有人提出但没人能解释通。本人认为:光是光是由空间位置绝对不动的刚性极强的基本粒子传递的物质高浓度能量粒子单向扩散对基本粒子晶格的撞击力,这种力是周期性和概率性的。光产生于物质,传播于空间,终止于物质。没有遇到物质的光由空间传递至空间边缘然后反复反射传播形成宇宙背景辐射。遇到物质的光同样在物质的能量粒子的概率性和周期性的接触基本粒子时将力传递给能量粒子,从而由单纯的力的表现转化为光的频率和强度属性。也就是说,光在太空中只是周期传递的力,只有大小和方向,只有进入到物质如空气或眼镜中,才变成五颜六色的光。

这样就可以理解了,光只是基本粒子对力的传播,其静止质量是基本粒子的质量,灯泡这个物质在基本粒子中运动,保持了一定的外在形状,所以一定空间中的基本粒子的质量是不会变的,并没有移走;而能量散发有两个途径:一个是产生光的能量粒子在扩散,这个能量直接扩散在灯泡的周围;另一个通过光传递至被光照射的物质,加强了物质中的能量粒子的热运动,间接表现为能量的扩散。


科学小宇宙




沈大哥


自然科学理论研究者

钨丝的作用是阻断电流电子的运动。钨丝电路电流的负电子与来至电源电磁场的电磁弦连接,当运动的负电子被组成钨丝的钨原子外层负电子的金属键感应或碰撞时发生双向电离,即电源的负电子和钨金属键的负电相互电离,光子从负电子与电磁弦的断口溢出即发光。释放的光子即来至电源的电磁场,也来至电离的钨原子!随着光子的流失,钨原子的外层电子会收缩,钨丝内部的的金属键会分解或断开,当钨丝金属键的密度降低到某个临界时金属钨丝就是断裂。


魚儿12

发光实际上是原子核外电子的跃迁造成的,当电子从低能级跃迁到高能级吸收能量,这时吸收电能。但高能级电子是不稳定的又自动跃迁到低能级这时要释放能量,而这时主要是以光子的形式释放能量,所以电能转化为光能,而钨丝本身不消耗。可以认为钨丝只是一个能量转化器。


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