Обычному человеку этот раздел физики кажется каким-то заумным и бесконечно далеким от повседневной жизни. Однако многие его явления очень легко наблюдаются в окружающей нас жизни. И начнем мы с очень эффектного эксперимента.
Для него нам потребуется детский набор "Рисунки светом". Читатели канала, возможно помнят, что мы его уже использовали, когда на скорую руку делали простейший фотоаппарат. А если у вас сейчас под рукой нет такого набора, то расскажу, в чем его суть.
Он представляет собой картонную обложку, в которую помещен листок фосфоресцирующего материала. В набор также входит фонарик с белым, синим или ультрафиолетовым светодиодом. Стоит провести его лучом по фосфоресцирующему планшету, как на нем остается след, довольно ярко светящийся несколько минут. А теперь попробуйте провести по планшету обычной дешевенькой лазерной указкой красного цвета. ВНИМАНИЕ: проследите, чтобы по закону "угол падения равен углу отражения" отраженный от его гладкой поверхности лазерный луч не отлетел вам в глаз.
Вы будете потрясены, но ярчайший лазерный луч вообще не оставит на планшете светящегося следа! Всё потому, что эти планшеты светятся зеленым или желтым светом с энергией квантов в 2,5 или 2,2 электроно-вольта. А квант красного цвета имеет энергию только в 2 Эв. Ее не хватает, чтобы возбудить свечение люминофора!
Конечно, решая школьные задачи, вы должны будете выражать энергию квантов в джоулях. Но, выражая ее сейчас в электроно-вольтах, мы удобно указываем на многие знакомые нам вещи. Дело в том, что большинство химических реакций имеет дело примерно с такими же уровнями энергии. Вы, например, знаете, что реакции в гальванических элементах и аккумуляторах дают разность потенциалов от долей вольта до 4 с небольшим вольт. Бывают дающие энергию химические реакции, которые сразу выдают ее в форме света. Такое явление называется хемилюминесценцией. А бывает, наоборот, что свет, в свою очередь, порождает химические реакции, которые без него просто не шли бы. Это целый раздел науки, называющийся фотохимией. Важнейшими ее приложениями являются фотосинтез в растениях, а также процессы в пленочной фотографии.
Понятно, что наибольшую энергию, а, следовательно, и наибольшую способность вызывать химические реакции, имеет свет с наибольшей частотой, то есть с наименьшей длиной волны. Поэтому для отверждения современных световых пломб в кабинетах зубных врачей или пластика в некоторых новейших 3D-ручках используют синий или вовсе ультрафиолетовый свет.
Но нам не понадобится никакого оборудования, чтобы убедиться в том, что более коротковолновый свет несет больше энергии и более химически активен. Достаточно просто наблюдательности. Присмотритесь на улице к полноцветным рекламным плакатам или фотографиям, долго висевшим на солнечном свете. Вы заметите, что сильней всего на них выгорел красный цвет! Почему так? Очень просто: синий цвет потому синий, что отражает от себя, и тем самым дает нам возможность видеть, именно синие лучи. Красные, желтые, зеленые он поглощает, но энергия их квантов невелика и не так опасна для пигмента. Красный же цвет отражает неопасные красные лучи, а вот синие и даже солнечный ультрафиолет им поглощаются и производят свою зловредную работу по разложению красного пигмента. Конечно, краски бывают разные по своей химической основе. Но все же их выцветание чаще всего происходит именно так.
Так что будьте наблюдательны. Окружающий мир - лучшая физическая лаборатория, чем даже Интернет.
Энергию квантов разного цвета можно также пощупать и с помощью обычных светодиодов. Соберем простенькую схемку из батарейки на 4,5 - 6 вольт, резистора сопротивлением в 4 - 7 кОм и зажимами для подключения разных светодиодов. (если вы будете использовать крупные 10 мм светодиоды или старые советские АЛ307, то сопротивление резистора можно уменьшить впятеро).
Будем измерять вольтметром напряжение на светодиодах разного цвета при их свечении. Конечно, светодиоды бывают разных изготовителей, разного качества и разных параметров. Но все же вы заметите, что напряжение на красных светодиодах будет ниже, чем на синих или белых. Еще ниже окажется напряжение на работающих инфракрасных светодиодах от пультов ДУ различной аппаратуры. Все потому, что для создания синего света требуется большая энергия квантов и большая разность потенциалов.