探讨温度的物理学机制   温度-核外电子运转速度

    像做几何题那样做科研（2）

                              晏成和   卢继安

     用这种格式写博客，为的是借鉴几何学的因果明晰、逻辑严谨。

     几何证明题的格式是:已知，求证，证明。（符号：∵因为， ∴所以）

     为了简短文字，把已知事实直接列出，不写在题目中。

     求证：温度的物理学机制是什么？

     证明：∵ 自然物质普遍都具有一定的温度，

温度能够决定物质存在的物理状态，导致物质的相变，

一般是温度从高到低：物质呈现 气态、液态、固态。（已知）

∴ 温度对物质特性和存在的状态、对相变有极大的、关键性作用。…（1）

∵ 极低温下物质能够形成超导、超流等特殊的物质特性。（已知）

∴ 极低温度对物质特性和存在的状态有极大的、关键性的作用。  …（2）

∵ 高温下物质能够发光-热发光。（已知）

∴ 温度对物质的热发光特性存在的状态有极大的、关键性的作用。…（3）

∴ 温度是物理学的一个非常关键的存在，关系到物质的相态、相变、结构，

   关系到物质的力学特性，导电特性、光学特性。是物理学大门的钥匙。

 ∵ 【实验1】把一铁丝插入燃烧的炉火中，铁丝的一端被烧红、发亮，

     刚拿出炉的铁丝光色黄亮，随着温度逐渐降低，

      铁丝的发光色逐渐由亮黄变橙、变红、变暗红，最后火光熄灭，

      尚有余热，说明铁丝还在辐射红外光波。 （已知，实验事实）

∵ 除铁丝等金属外，玻璃、石头等非金属、化合物、混合物也同样都能烧红发光，

   都具有上述实验特征，说明核外电子随温度规律运动是物质的普遍属性。

                                                 （已知，实验事实）

 ∴  物理学必须面对温度背后的发光的物理机制是什么？

  温度降低、光色变暗，温度是如何对光色、对物质状态起作用,

   这一关键问题。

  ∵  一百多年前面对热发光，德国科学家维恩用黑体辐射实验，

   总结出维恩公式：     

       λT=2.879X10^-3 m    λ:波长m     T：绝对温度   （已知）

      ∵    λHz=3X10^8 m        Hz：频率 

   ∴   T=9.96X10^-12 Hz    

    很明显，热发光频率Hz与温度T呈正比关系。

  （一般文献的维恩公式用波长表达，在这里用频率，更能表达温度与频率的

      正比关系，还能表达每秒万亿次的高速率）

   ∴ 温度越高，物质热发光的光色频率越高。             …（4）

   ∵ 麦克斯韦方程组，有：电流、磁场、电场、电磁波 这4个表达式，

      共同描述了变化的磁场、电场、电磁波与电子流动四者内在联系。（已知）

   ∴ 光（电磁波）的呈现与电子的运动有理论上、事实上的联系。…（5）

   ∵（4）（5）

   ∴ 火光（及其光色）是由运转着的电子跃迁所发出的。

   ∴物质的热发光是电子跃迁时所发出的电磁波辐射。（物理学结论）

   ∵【实验2】火光光色、温度、核外电子速率之间的关系。

   ∵ 物质发出的光，实际上就是电磁波。温度升高，电磁波的频率从微波、

       红外波、到可见光——赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫……由低到高。

       将以上几项物理现象联系起来，我们就可以得到下表：   

∵ 这个实验是早年自己做的，设施简陋，没有黑体屏蔽，

  数据与维恩公式相差很多，但是表格顺序完全相符。

   这不同颜色的光是由不同速率电子跃迁的结果。（实验事实）

   跃迁条件是物质温度>> 环境温度。

∴ 大自然在火光中昭示我们：

   物质温度升高-核外电子速率高—跃迁时发出高频光波；

   物质温度降低-核外电子速率下降--跃迁发出光波的频率随之下降。

    核外电子的运转速率随温度规律变化。             …（6）

∴   文章开头（1）相变、（2）超导、（3）热发光，

    都是核外电子随着温度规律运动所导致的物理现象，

   证明温度的物理学机制是：核外电子速率随着温度规律运动、

   是物质热现象特性的内在机理（温度高核外电子速率高，反亦然）。（证毕）

附：1、文章暂只涉及物质的常态。

     2、表格中光波频率与最下面一行核外电子速率应该是同一组数据，

        但这只是逻辑推理，希望能有进一步的实验数据。

                                2019/8/20