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发表于 2017-1-17 07:42:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
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这既是一个物理题目,也是一个化学题目,但回根结底是个物理题目。
现实上,金属光泽就是强烈的镜面反射,只要能将大批进射光线集中地反射回来,就会发生金属光泽,水面上的油渍甚至虫豸的外骨骼都有如许才能。然而比拟其它各类资料,金属的镜面反射才能就非分特别值得一提了。
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这是一只吉丁虫的鞘翅、胸板和盾片。甲虫的外骨骼经常非分特别滑腻,能发生金属的质感
镜面反射大要算得上是中学物理最简略的概念,我们对它的懂得往往集中于“反射面很是滑腻”这一点上。然而简略想一想,并非所有资料颠末抛光都能像金属那样熠熠生辉:
好比年夜理石地板抛光后足以映出人的倒影,却仍然一派幽黑;陶瓷也可以做到细腻滑腻,却从来不克不及闪耀银光;而一口破铝锅哪怕用钢丝球磨得乌烟瘴气也仍能泛出利剑花花的光晕——所以显而易见的,资料特征也是影响光反射的主要身分。
中学化学教导我们,金属元素的最外层电子凡是较少,易于丧失,表示为强烈的还原性。而在金属晶体内乱部,这几个外层电子会被金属原子“废弃”,在全部晶体内乱部组成一个自由电子的汪洋,相当于一个满盈的等离子体——这不仅给金属带来了杰出的导电性,还带来了对可见光强盛的反射才能。前者比拟简略,在中学课上就已经讲过;而要懂得它们对可见光的反射,就须要一些额外的扩大常识了。
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金属晶体中自由电子的示意图——它们在常温下做无规矩活动,可是在外加电场下可以定向活动,形成电流
起首的,光也是电磁波,一组交互变换的电场和磁场。当它抵达金属概况上的时辰,电场部门就会在自由电子的汪洋中掀起一波涟漪,并在此进程中耗费能量——假如用术语描写,就是“电磁波激起了等离子体振荡”。
宏不雅物体有一个固有频率,只与物体自身有关,而与外力无关,好比无论怎么敲打玻璃杯,玻璃杯发出的声音频率都一样;等离子受高频电磁波扰动而振荡时也会有一个固有频率,称为“等离子体频率”,它只与等离子体中的自由电子密度有关,而与电磁波的强度无关——但接下来的工作就与宏不雅世界很是分歧了。
在我们的经验里,外力施加给振子,无论巨细都能让振子活动起来,只是振幅分歧;可是在微不雅世界里,量子效应就会表示出来:电磁波既是波也是粒子,这种粒子就是光子,它的能量由电磁波的频率独一决议。
一个光子进进等离子体,必需耗费能量激发一个等离子体频率的等离子振荡,剩下的能量才会持续传布;而假如一个光子的能量不足以激发如许一个振荡,就会被原封不动地弹开,无论几多光子都没有差别,不像宏不雅世界里那样可以累积起来。
换句话说,一个光子轰击在金属概况上,当且仅当它的频率年夜于等离子体频率才干被接收,不然就会反射走。然而等离子体中的自由电子密度相当年夜,这就让金属中的等离子体频率相当高,凡是要到达紫外线波段,频率更低的可见光就会被强烈反射——所以在同样的滑腻水平下,金属对可见光的反射才能就比一般资料超出跨越数倍。
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几种金属对分歧波段电磁波的反射才能,在 0.4 微米到 0.7 微米的可见光范畴都有很高的反射率
可是出于别的一些加倍庞杂的机制,有些金属还能接收某些特定波段的可见光,于是显出特有的色彩。
好比金出于相对论效应,可以接收蓝紫色光,显出敞亮的黄色;铜因为两个亚电子层之间的电子跃迁,可以接收蓝色到黄绿色的光,表示出肃静严厉的红色,并且比其它的金属暗一些——像如许有色彩的金属单质还有银金色的铯和蓝色的锇。
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人工结晶的 99.99%高纯度金晶体
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自然铜是铜的单质矿物
所以可以预感,其它含有大批自由电子的资料也可能显出金属光泽,好比石墨因为奇特的蜂窝状片层构造,每个碳原子都有一个充裕的电子,这些电子几乎是自由的,所以煤炭铅笔芯都有一种闪闪发光的光彩。
而对于那些很是缺少自由电子的资料,好比各类尽缘体,电磁波就不会遭受如许的等离子体振荡,直接感化于资料的价电子,引起电子跃迁,耗费一部门能量,在宏不雅上凡是表示为某些频率的可见光被接收了——这不单让这些资料反光率更低,也让这些资料的色彩较金属加倍丰盛。
别的,还有一些资料,好比玻璃和很多晶体,能经由过程一系列的耦合感化,把光子传递到资料的另一侧,就表示为透明——这将涉及加倍庞杂的物理进程,这里就不再赘述了。
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堇青石是一种硅酸盐晶体,有很强的透光性,并且对分歧偏振标的目的的光有分歧的┞粉射率,所以在分歧的标的目的看上往有分歧的色彩
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游客  发表于 2017-1-22 03:53:51
没看完~~~~~~ 先顶,好同志
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GMT+8, 2017-6-29 03:17

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