物质分为固液气三态,那么光与火分别是什么态?

固、液、气三种形态是中学物理内容,其实物质的形态远不止这三种,“火焰”可以认为是等离子态,而“光”是能量的特殊形式。

物质形态我常见的物质,比如水随着温度的升高,会由固态变为液态,再由液态变为气态;对物质状态的划分,也存在模糊的地方。

比如水在超临界(374℃,22.1MPa)时,基本就呈气液混合态,无法再区分此时处于气态还是液态;本质地说,水只有超临界态和非临界态两种形态,其余形态都是在此两种形态下的继续细分。比如还有:低温态(包括超导态、超流体态、凝聚态等等)、等离子态、简并态(比如中子简并态)、超固态(比如金属氢)等等。

火焰而我们平常见到的“火焰”,本身也由物质组成,是物质就一定会处于某种形态,火焰本质上是处于等离子态和激发态的物质。

等离子态:指由原子组成的物质,失去部分核外电子后,带正电的原子和带负电的自由电子形成的共存状态。当物质加热到一定温度后,组成物质的原子热运动变得剧烈,部分核外电子吸收能量后转变为自由电子(等离子态),原子间的碰撞也变得频繁,从而实现化学键的断裂和重组,同时发生剧烈的发光发热反应,宏观现象就是化学燃烧。

要达到等离子态,就需要很高的温度,使得电子脱离原子核束缚才行;比如整个太阳,就是一个巨大的等离子体;而火柴燃烧的火焰,由内而外分别是“激发态气态-等离子态-激发态气态”的过渡。光光不具备原子那样的微观结构,所以和常规物质形态有区别,也没有物质形态的说法;光本质是能量的一种特殊形式,我们可以把光子分解为一份一份的光子,也可以看成电磁波,具有波粒二象性。

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