光能

光熱轉(zhuǎn)換

　　本文主要是探討關(guān)于黑色物質(zhì)為什么會吸收大部分的光子而產(chǎn)生熱能？這個問題我們還是要通過黑色物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)談起。大家知道黑色物質(zhì)對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，它也存在諸多的物理因素變化。

特征

　　化學(xué)

　　打個比喻；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。動物細(xì)胞以及植物纖維經(jīng)過高溫燃燒后會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)混合就會形成黑色的物質(zhì)表層或顏色的整體改變。

　　我們常見到的石墨、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變化。黑色物質(zhì)會將光線大部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽@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)過化學(xué)反應(yīng)后都會生成黑色的物質(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形成熱能的釋放并向四周傳遞。比如太陽能集熱器就是一個最簡單的例子。在夏季，我們?nèi)祟悓⒐饽茏優(yōu)闊崮苡脕碓鰷乩渌M(jìn)行洗浴。在冬季，我們用太陽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)中的電子對低能級光粒子是很難受激發(fā)躍遷的，原子內(nèi)部的電場對電子的束縛力也非常強(qiáng)，所以就不會形成光與熱能的轉(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，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)部電場對電子的束縛力。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)過渡到白色物質(zhì)之間，會形成不同等級光輻射的熱能轉(zhuǎn)換是正確的。

　　自然界中物質(zhì)的不同灰度等級，是從白色到黑色之間的過度變化也是物質(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），白色物體對光線吸收的很少，而黑色物質(zhì)會將大部分光線吸收，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。這里有一個最關(guān)鍵性的問題，那就是太陽的光輻射能。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)中的電子在電磁場力的作用下就會形成力學(xué)結(jié)構(gòu)變化。因黑色物質(zhì)的電子非?；钴S，在低能級磁場力（一般光強(qiáng)度）的作用下就可產(chǎn)生躍遷運(yùn)動，這個運(yùn)動過程也是原子核外層電子的能量轉(zhuǎn)換過程，當(dāng)核外電子受能激發(fā)躍遷時會釋放出大量的熱能，這就是我們平時所說的太陽能集熱原理。其實(shí)，我們所說的黑色物質(zhì)受光照后會產(chǎn)生熱能的轉(zhuǎn)變，不如說是由物質(zhì)電子在電磁場力的作用下形成的熱能轉(zhuǎn)換。

　　其實(shí)，光與熱能轉(zhuǎn)化，不如說是電磁場力對物質(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)動構(gòu)成了在磁場力作用下進(jìn)行熱能和電能的交換。一般說來，物質(zhì)會將光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，我們不如改個說法，那就是物質(zhì)粒子的躍遷形成磁能的熱轉(zhuǎn)移。太陽是一個巨大的發(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)出了磁場力的無所不能，也是萬有電磁定律形成了宇宙太空物質(zhì)運(yùn)動的能量傳遞。這種光與熱能的轉(zhuǎn)換不僅僅是針對哪些單一的物質(zhì)種類，自然界中所有的物質(zhì)都存在這種現(xiàn)象，只不過是能量轉(zhuǎn)換的多少問題罷了。根據(jù)人類能源不斷枯竭的現(xiàn)狀，開發(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和最為環(huán)保的一種節(jié)約型能源。