Почему светятся светлячки?
Где и как происходит это чудо возникновения частиц света - фотонов.
Фото́н (от др.-греч. φῶς, род. пад. φωτός, «свет») — элементарная частица, квант электромагнитного излучения.
Давайте сначала рассмотрим более общий вопрос, ответ на который в физике нашли уже давно:
«Где рождается свет?»
Представим себе атом и электроны в нём. Они спокойно вращаются на своих орбитах вокруг ядра.
И тут по каким-то причинам один из них может перейти в возбуждённое состояние, у него появляется очень много лишней энергии, он переходит на более высокую орбиту. В таком возбужденном состоянии находится некоторое время, но потом он релаксирует, то есть переходит своё обычное состояние. При таком переходе он излучает излишек своей энергии в виде фотонов, то есть частицы света.
Самое интересное, что фотон всегда возникает одинаково. А вот способов предварительно возбудить электрон очень много и самый простой из них — это нагреть тело, чтобы атомы с огромной скоростью бились друг об друга.
Именно это происходит в пламени свечи, в костре, в обычные лампочки. Действительно, если нагреть любое тело до высокой температуры, то оно будет светиться, даже брокколи. Попробуйте нагреть гвоздь на плите и он будет светиться красноватым светом. Этому подвержены все тела и мы никак не можем это контролировать.
Конечно же светлячки не нагреваются до бешеных температур, в них происходит биолюминесценция.
В этом процессе, возбуждение электронов происходит за счёт химии реакции, с выделением энергии. Обычно эта энергия тратится на нагрев тела, но у светлячков её настолько много, что она идёт на возбуждение электрона, с последующим излучением фотона. Это реакции окисления люциферина и регулируя поступление кислорода, светлячок может мигать и всячески управлять освещением. И в отличии от обычной лампочки, в которой большая часть энергии тратится на тепло, и коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) составляет всего 5-10%
то у светлячков этот КПД приблизительно 90% всей энергии.
И конечно же, помимо светлячков, существуют другие организмы, которые освоили биолюминесценцию: грибы, глубоководные рыбы, медузы…
И существует ещё очень много видов, так называемой люминесценции:
Например, фотолюминесценция. В ней возбуждение электронов происходит под действием внешнего света. Электронная поглощают энергию падающих фотонов и переходит в возбужденное состояние.
При этом существуют вещества, в которых электронам вообще запрещено переходить обратно в спокойное состояние законами квантовой физики. Однако они всё-таки это делают. Если такое вещество предварительно осветить ярким светом, то электроны быстро перепрыгнут в возбужденное состояние и потом долго будут переходить обратно. С такими веществами мы знакомы, к примеру, любые фосфорные штучки.
А есть вещества, в которых электроны релаксируют практически сразу, после возбуждения, только поглощают они одно, а излучают немножечко другой. Ну например, поглощает невидимый ультрафиолет, а излучает зелёное свечение. Именно поэтому флуоресцентные краски так ярко светятся.
Также на этом основаны все отбеливатели, они поглощают ультрафиолет и излучают в видимом диапазоне, поэтому бельё, кажется, намного светлее.
И кратко о других любопытных видах люминесценции:
Радиолюминесценция. В неё электроны возбуждаются и излучают свет благодаря радиоактивному излучению. Такие приборы служат десятки лет, а защитное стекло полностью защищает от небольшой радиации.
Триболюминесценция. Возникает при раскалывании и разрушении тел, за счёт энергии деформации кристаллической решетки. Наблюдать это свечение можно при раскалывании кристаллов сахара или песчинок в воздухе при взлёте вертолёта.
Сонолюминесценция. Если обычную воду облучать ультразвуком, то в ней возникает область сжатия и разрежения. И разрушение может быть настолько сильным, что вода может разорваться и в ней образуется микропузырёк с практически вакуумом внутри. Через мгновение, этот бедный пузырь начинает сжиматься и схлопывается, и в последний момент, перед тем как исчезнуть, он испускает вспышку голубоватого цвета. Это возникает из-за моментального нагрева до 5000 кельвинов. Однако, сонолюминесценция по-прежнему остается самым изученным видом люминесценции.
На этом всё, смотрите другие статьи у меня на канале. Всего доброго вам.