Мир полон удивительных вещей, о которых мы даже не задумываемся. Например, как работает микроволновка, почему радуга круглая, как рождается звук в электрогитаре?
Сегодня речь пойдет о светлячках. Почему же они светятся? Как же происходит это чудо – возникновение частиц света, фотонов. Сначала рассмотрим более общий вопрос, на который физики уже давно дали ответ.
Где рождается свет?
Представим себе атом и электроны в нем. Они спокойно вращаются на своих орбитах вокруг ядра.
И тут один из электронов внезапно переходит в возбужденное состояние, у него появляется очень много лишней энергии, он переходит на более высокую орбиту. И в таком возбужденном состоянии электрон находится некоторое время, после чего возвращается в свое обычное состояние.
При таком переходе электрон излучает избыток своей энергии, то есть фотон – частицу света. Самое интересное, что фотон всегда возникает одинаково, а вот способов предварительно «возбудить» электрон достаточно много.
Самый простой из них – нагреть тело, чтобы атомы с огромной скоростью начали биться друг об друга. Именно этот процесс происходит в пламени свечи или костра, лампочке. Действительно, если нагреть любое тело до высокой температуры, то оно будет светиться. Попробуйте нагреть гвоздь на плите, и он будет светиться красноватым оттенком. 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 счет химических реакций, с выделением энергии. Обычно эта энергия тратится на нагрев тела, но у светлячков ее выделяется настолько много, что она идет на возбуждение электрона с последующим излучением фотона. Эта химическая реакция – реакция окисления люциферина. Регулируя поступления кислорода, светлячок может мигать и всячески управлять свечением.
В отличие от обычной лампочки, в которой большая часть энергии часто тратится на тепло, а КПД равняется менее 10%, светлячок перевод в излучение света около 90% выделяемой энергии.
Помимо светлячков существуют и другие организмы, которые освоили биолюминесценцию. Это грибы, медузы, глубоководные рыбы.
Существует еще много видов люминесценции.
Фотолюминесценция. В этом случае возбуждение электронов происходит за счет воздействия внешнего света. Электроны поглощают энергию падающих на них фотонов и переходят в возбужденное состояние.
При этом существуют вещества, в которых электронам вообще запрещено переходить обратно в спокойное состояние законами квантовой физике. Однако они все-таки это делают. И если такое вещество осветить ярким светом, то электроны вещества быстро перепрыгнут в возбужденное состояние, и потом долгое время будут возвращаться в спокойное состояние. С такими веществами мы знакомы. Это любые фосфорные штуки.
Также есть вещества, в которых электроны переходят в спокойное состояние практически сразу после возбуждения. Только поглощают они одно, а излучают немного другое. Например, поглощают невидимый нашему глазу ультрафиолет, а излучают зеленое свечение. Именно поэтому флуоресцентная краска так ярко светится в ночном клубе. Также на этом основаны все отбеливатели. Они поглощают невидимый ультрафиолет, а излучают в видимом диапазоне. Поэтому белье после отбеливателя кажется значительно светлее.
Радиолюминесценция. В этом случае электроны возбуждаются и излучают свет за счет радиоактивного излучения. Такие приборы служат десятки лет, а защитное стекло полностью защищает от небольшой радиации.
Триболюминесценция. Возникает при раскалывании и разрушении тел за счет энергии деформации кристаллической решетки. Можно видеть при раскалывании кристаллов сахара или песчинок в воздухе при взлете вертолета.
Сонолюминесценция. Если обычную воду облучать ультразвуком, то в ней возникают области сжатия и разрежения. Разрежение может быть настолько сильно, что вода может разорваться и в ней образуется микро пузырек с практически вакуумом внутри. Через момент этот пузырек начинает сжиматься и схлопывается. В последний момент перед тем, как исчезнуть, он испускает вспышку голубоватого цвета. Это происходит из-за моментального разогрева до огромной температуры.
Сонолюминесценция считается самым неизученным видом люминесценции на сегодняшний день.
Друг, не уходи без комментария и лайка. Это залог новых материалов на канале.