הארה: סוגים, שיטות, ויישומים. תרמית הארה מגורה - מה זה?

הארה - היא הפליטה של אור על ידי חומרים מסוימים במצב קר יחסית. זה שונה הקרינה של גופי ליבון, כגון עץ או פחם בוערים, ברזל מותך ואת חוט מחומם על ידי זרם חשמלי. פליטת הארה הוא ציין:

• מנורות ניאון ניאון, טלוויזיות, מסכי המכ"ם fluoroscopes;
• ב חומרים אורגניים כגון לומינול או לוציפרין ב גחליליות;
• ב פיגמנטים מסוימים בשימוש בפרסום חוצה;
• עם ברק אורורה.

בכל התופעות הללו פליטת האור אינה נגרמת על ידי חימום החומר מעל לטמפרטורת החדר, כך זה נקרא אור קר. הערך המעשי של החומרים הזורחים הוא היכולת שלהם להפוך את הטופס בלתי נראה של אנרגיה לתוך אור הנראה.

מקורות תהליך

תופעה מתרחשת הארה כתוצאת חומר לספיגת אנרגיה, למשל, ממקור של סגול או צילומי רנטגן, אלומות אלקטרונים, תגובות כימיות, וכן הלאה. ד. זו התוצאה של אטומי חומר כדי מתרגשת מדינה. מאז הוא לא יציב, חוזר בחומר למצבו המקורי, ואת האנרגיה הנספגת משוחרר כמו אור ו / או חום. התהליך כרוך האלקטרונים החיצוניים בלבד. יעילות הארה תלוי מידת ההמרה של אנרגיה עירור לתוך האור. מספר החומרים שיש ביצועים מספיקים לשימוש מעשי, הוא קטן יחסית.

הארה נורת להט

עירור הארה אינו קשור העירור של אטומים. כאשר חומרים חמים מתחילים לזהור כתוצאה נורה, האטומים שלהם נמצאים במצב נרגש. למרות שהם לרטוט אפילו בטמפרטורת החדר, זה מספיק כי קרינה התרחשה באזור ספקטרלי אינפרא אדום רחוק. עם הגדלת הטמפרטורה מסיט את התדר של קרינה אלקטרומגנטית באזור גלוי. מצד השני, בטמפרטורות גבוהות מאוד אשר נוצרות, למשל, ב צינורות הלם, התנגשויות אטומיות יכולות להיות כל כך חזקות כי האלקטרונים מופרדים מהם ולשלב מחדש, פולטות אור. במקרה זה, הארת הליבון להיות נבדלים.

פיגמנטים צבעי ניאון,

פיגמנטים וצבעים קונבנציונליים יש צבע כפי שהם משקפים חלק זה של הספקטרום שהוא נספג משלימים. חלק קטן מהאנרגיה מומרת לחום, אלא פליטה משמעותית מתרחשת. אם, לעומת זאת, הפיגמנט פלורסנט סופג אור בטווח של אזור מסוים, זה יכול לפלוט פוטונים, שונים השתקפות. זו מתרחשת כתוצאה של תהליכים בתוך מולקולת צבע או פיגמנט, שבאמצעותו האור האולטרה סגול יכול להיות מומר גלוי, למשל, אור כחול. כזה שיטות הארה משמשות פרסום חוצה ו אבקות כביסה. במקרה האחרון, את "לטהור" נשארת הרקמה לא רק כדי לשקף את הלבן, אלא גם להמיר קרינת אולטרה סגולה לתוך כחול, צהוב של פיצוי ושיפור לובן.

מחקרים מוקדמים

למרות אורורה ברק זוהר עמום של גחליליות ופטריות תמיד היו ידוע לאנושות, מחקרי ההארה הראשונים החלו עם החומר הסינטטי, כאשר אלכימאים וינצ'נזו Kaskariolo ואת סנדלר של בולוניה (איטליה), ב 1603 גרם. תערובת מחוממת של הבריום סולפט (בריט בצורה, להתנצח כבד) עם פחם. האבקה שהושגה לאחר קירור, הארה כחול הלילה נפלט, ו Kaskariolo לב שזה יכול להיות משוחזר על ידי העמדת האבקה לאור שמש. החומר נקרא "סולאריס לפיס" או Sunstone, כי אלכימאים קיוו כי הוא מסוגל להפוך מתכות פשוטות לזהב, הסמל המהווה את השמש. Afterglow גרם אינטרס של מדענים רבים של התקופה, חומרי נתינת שמות אחרים, כוללים "זרחן", שפירושו "נשאו האור".

היום בשם "זרחן" משמש רק עבור אלמנט כימי, בעוד שהחומר מיקרו זורח שנקרא זרחן. "זרחן" Kaskariolo, כנראה, היה גופרתי בריום. זרחן הראשון הזמין מסחרי (1870) הפך "לצבוע Balmain" - פתרון של גופרתי סידן. בשנת 1866, זה היה מתואר זרחן אבץ גופרי היציבה הראשון של - אחד החשוב ביותר בתחום הטכנולוגיה מודרנית.

אחד המחקרים המדעיים הראשונים של הארה, אשר באה לידי ביטוי על עץ רקוב או בשר גחליליות, בוצע בשנת 1672 על ידי המדען האנגלי רוברט בויל, אשר, אם כי הוא לא ידע על מקור ביוכימיים של אור זה, עדיין להגדיר כמה מאפיינים בסיסיים של מערכות bioluminescent:

• זוהר קר;
• ניתן לדכא אותו על ידי חומרים כימיים כגון אלכוהול, חומצה הידרוכלורית ואמוניה;
• קרינה דורשת גישה באוויר.

בשנתי 1885-1887, בה נצפה כי תמציות גולמיות גחליליות הודו המערבית (pyrophorus) ו Foladi צדפות כאשר מערבבת אור התוצרת.

חומרי chemiluminescent היעילים הראשונים היו תרכובות סינטטיות מלאכותיות חזקות כגון לומינול, שהתגלו בשנת 1928.

Chemi- ואת פליטת אור

רוב האנרגיה המשתחררת בתגובות הכימיות, במיוחד לתגובות חמצון, יש בצורה חומה. בשנת חלק מהתגובות, אך חלק בשימוש להלהיב אלקטרונים עד לרמות גבוהות יותר, וכן מולקולות פלורסנט לפני chemiluminescence (CL). מחקרים מראים כי CL היא תופעה אוניברסלית, אך עוצמת ההארה היא כל כך קטנה שהיא דורשת שימוש גלאי רגיש. יש, עם זאת, כמה התרכובות כי תערוכת CL העז. הידוע ביותר של אלה הוא לומינול, אשר על חמצון עם מי חמצן יכול להניב אור כחול או כחול-ירוק חזק. עוצמות אחרות של חומרים CL - ו lofin lucigenin. למרות CL שלהם הבהיר, לא כולם יעילים בהמרת אנרגיה כימית לתוך אור, כלומר. ק פחות מ 1% של המולקולות פולטות אור. בשנת 1960 נמצא כי אסטרים של חומצה אוקסלית, מתחמצנים ממסים נטולים מים בנוכחות תרכובות ארומטיות פלורסנט מאוד לפלוט אור בהיר עם יעילות של 23%.

פליטת אור הוא סוג מיוחד של chemiluminescence מזורז על ידי אנזימים. תפוקת ההארה של התגובות האלה יכול להגיע 100%, כלומר כל מולקולה של מגיב לוציפרין נכנסה פולטות מדינה. כל תגובת bioluminescent הידועה היום מזורזת תגובות חמצון המתרחשות בנוכחות האוויר.

הארה מגורה תרמית

Thermoluminescence אומר שאין קרינה תרמית אבל חיזוק חומרי פליטת האור, האלקטרונים אשר שמחים על חום. תרמית מגורה הארה שנצפתה כמה מינרלים במיוחד phosphors קריסטל אחרי שהם כבר נרגש על ידי אור.

photoluminescence

Photoluminescence אשר מתרחש תחת הפעולה של אירוע קרינה אלקטרומגנטית על החומר, יכול להתבצע בטווח של אור הנראה דרך הסגולה כדי רנטגן וקרני גאמה. בשנת הארה, המושרה על ידי פוטונים, אורך הגל של האור הנפלט הוא בדרך כלל שווה או גדול מאורך הגל של מרגש (מ. א שווה פחות או כוח). הבדל זה גל הנגרמת על ידי טרנספורמציה של אנרגיה נכנסת לתוך תנודות של אטומים או יונים. לפעמים, עם קרן לייזר אינטנסיבית, האור הנפלט יכול להיות בעל אורך גל קצר יותר.

העובדה PL יכול להתרגש קרינת אולטרה סגולה, התגלתה על ידי הפיזיקאי הגרמני יוהן ריטר ב 1801, הוא הבחין כי phosphors לזהור בבהירות באזור בלתי נראה של חלק הסגול של הספקטרום, ובכך פתח את קרינת ה- UV. ההמרה של UV לאור הנראה הוא בעל חשיבות מעשית רבה.

גמא רנטגן להלהיב phosphors, וכן חומרים גבישיים אחרים למדינת ההארה ידי תהליך יינון ואחריו רקומבינציה של אלקטרונים ויונים, לפיה הארה מתרחשת. השימוש הוא נמצא fluoroscopy המשמש הרדיולוגיה, ומוני נצנץ. התיעוד האחרון ולמדוד את קרינת גמא מכוונת על דיסק מצופה זרחן, אשר נמצא בקשר אופטי עם פני השטח של המכפיל.

triboluminescence

כאשר הגבישים של כמה חומרים, כגון סוכרים, כתוש, ניצוץ גלוי. כך גם הוא ציין רבים חומרים אורגניים ואי-אורגניים. כל הסוגים האלה של הארה שנוצר על ידי מטענים חשמליים חיוביים ושליליים. אחרון המיוצר על ידי משטחי הפרדה מכאניים בתהליך ההתגבשות. פליטת אור ואז מתרחשת על ידי הזרמה - במישרין בין moieties של המולקולות, בין אם באמצעות עירור של הארה של האטמוספרה קרובה לפני השטח המופרד.

electroluminescence

כפי thermoluminescence, electroluminescence (EL), המונח כולל סוגים שונים של תכונה נפוצה הארה של אשר אור הנפלט כאשר פריקה חשמלית בגזים, נוזלים וחומרים מוצקים. בשנת 1752 Bendzhamin פרנקלין הוקם הארת מטען חשמלי מושרה ברק דרך האטמוספרה. בשנת 1860, המנורה הפריקה הוצגה לראשונה ב החברה המלכותית של לונדון. היא פיקת אור לבן בהיר עם הפרשות מתח גבוהות באמצעות פחמן דו חמצני בלחץ נמוך. מנורות פלורסנט המודרנית מבוססים על שילוב של אטומים electroluminescence ו photoluminescence כספית נרגש מנורת פריקה חשמלית, הקרינה האולטרא-סגולה הנפלטת מהם מומר האור הנראה באמצעות זרחן.

EL ציין באותה אלקטרודות במהלך אלקטרוליזה עקב רקומבינציה של יונים (ובכך מעין chemiluminescence). בהשפעת השדה החשמלי של שכבות דקיקות של פליטת אבץ גופרי זורח האור מתרחשת, אשר גם נקרא electroluminescence.

מספר רב של חומרים פולטים הארה תחת השפעת אלקטרונים מואצים - היהלום, אודם, זרחן קריסטל מלח פלטינה מורכב מסוים. היישום המעשי הראשון של cathodoluminescence - אוסצילוסקופ (1897). מסכי דומה באמצעות phosphors גבישי משופרת משמשים טלוויזיות, מכ"מים, אוסצילוסקופ ו מיקרוסקופ אלקטרונים.

של רדיו

יסודות רדיואקטיביים יכולים לפלוט חלקיקים אלפא (גרעין הליום), אלקטרונים וקרני גמא (א קרינה אלקטרומגנטית גבוהה אנרגיה). הארה קרינה - זוהר נרגש חומר רדיואקטיבי. כאשר חלקיק אלפא להפציץ פוספור גבישים, גלוי מתחת הבהוב מיקרוסקופ זעיר. עיקרון זה באמצעות הפיזיקאי האנגלי ארנסט רתרפורד, כדי להוכיח כי אטום יש ליבה מרכזית. צבע עצמי זורחת המשמש לסימון שעונים וכלים אחרים המבוססים על RL. הם מורכבים של זרחן לבין חומר רדיואקטיבי, עבור טריטיום למשל או רדיום. הארה טבעית מרשימה - היא הזוהר הצפוני: תהליכים רדיואקטיביים על השמש פולטים לתוך המונים ענקים בחלל של אלקטרונים ויונים. כשהם מתקרבים לכדור הארץ, השדה המגנטי של כדור הארץ שלה ומפנה אותם הקטבים. תהליכים פריקים גז בשכבות העליונות של האטמוספרה וליצור אורורה מפורסם.

פיסיקה של התהליך: הארה

פליטה של האור הנראה (כלומר. א עם אורכי גל שבין 690 ננומטר ו 400 ננומטר) עירור דורש אנרגיה, אשר נקבעת על פי דין לפחות איינשטיין. אנרגיה (E) שווה (ח) קבוע פלאנק, מוכפל בתדר של אור (ν) או מהירות שלה בחלל ריק (ג), מחולק הגל (λ): E = hν = HC / λ.

לפיכך, את האנרגיה הדרושה עבור עירור נע בין 40 קילוקלוריות (עבור אדום) כדי 60 קלוריות (עבור צהוב), ו 80 קלוריות (לסגול) לכל mol של חומר. דרך נוספת להביע אנרגיה - ב אלקטרון וולט (1 eV = 1,6 × 10 אֶרְג ^-12) - החל 1.8 כדי 3.1 eV.

אנרגית העירור מועברת אלקטרונים שאחראים על פליטת האור כי לקפוץ מגובה פני הקרקע שלה על אחד גבוה. תנאים אלה נקבעים על ידי חוקי מכניקת הקוונטים. מנגנונים שונים של עירור תלויים אם היא מתרחשת אחת אטומים ומולקולות, או שילובים של מולקולות הגביש. הם מבוצעים על ידי הפעולה של חלקיקים מואצים, כגון אלקטרונים, יונים או פוטונים חיוביים.

לעתים קרובות, את האנרגיה עירור גבוה משמעותית מהנדרש כדי להעלות אלקטרון לקרינה. לדוגמא, מסכי טלביזית גביש הארת פוספור, אלקטרוני קתודה מיוצרים עם אנרגיות ממוצעות של 25,000 וולט. עם זאת, את צבע אור הניאון הוא כמעט עצמאי של אנרגית החלקיקים. זה מושפע מרמת המדינה מתרגשת ממרכזי האנרגיה קריסטל.

מנורות פלורסנט

החלקיקים, אשר בשל הארה מתרחשת - האלקטרונים חיצוניים הזו של אטומים או מולקולות. בשנת מנורות פלורסנט, כגון אטום כספי מונע תחת שפעת אנרגית 6.7 eV או יותר, הרמת רגל אחת של שני האלקטרונים החיצוניים לרמה גבוהה יותר. לאחר חזרתה למדינת קרקע הבדל האנרגיה נפלט כמו אור אולטרה סגול באורך גל של 185 ננומטר. המעבר בין הבסיס לרמה אחרת מייצר קרינת אולטרה סגולה ב 254 ננומטר, אשר בתורו, יכול להלהיב אור הנראה מניב פוספור אחרים.

קרינה זו היא חזקה במיוחד אדי כספית בלחץ נמוך (10 ^-5 האווירה) המשמשים מנורות פריקת גז בלחץ נמוך. לפיכך על 60% מאנרגית אלקטרונים מומרים אור UV מונוכרומטי.

בלחץ גבוה, התדירות מגדילה. ספקטרה כבר לא מורכבת קו ספקטרלי אחד 254 ננומטר, ואת אנרגית הקרינה מופצת מן הקווים ספקטרליים המתאים לרמות אלקטרוניות שונות: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 ו 578 ננומטר. לחץ גבוה מנורות כספית משמשות לתאורה, מאז אור 405-546 ננומטר כחול-ירוק הגלוי, תוך הפיכת חלק המקרינה לאור אדום באמצעות זרחן כתוצאה הופכת לבן.

כאשר מולקולות גז נרגשות, ספקטרום ההארה שלהם להראות להקות רחבות; אלקטרונים לא רק מועלים לרמות אנרגיה גבוהה יותר אך בו זמנית נרגשת תנועה רטט ואת הסיבוב של האטומים על כולו. הסיבה לכך היא אנרגיה רטט ואת הסיבוב של המולקולות הם 10 ^-2 ו 10 ^-4 של אנרגיות המעבר, אשר מסתכמות להגדיר ריבוי רכיבי גל שונים במקצת של להקה אחת. המולקולות הגדולות יותר יש מספר רצועות חופפות, אחד לכל סוג של מעבר. מולקולות קרינה בתמיסה לתועלתו ribbonlike כי נגרמו על ידי האינטראקציה של מספר רב יחסי של מולקולות נרגשות מולקולות ממסות. בשנת המולקולות, כמו אטומי המעורבים אלקטרוני ההארה החיצוניים של אורביטלים מולקולריים.

קרינה זרחנית

תנאים אלו ניתן להבחין לא רק על בסיס משך ההארה, אלא גם על ידי שיטת הייצור שלה. כאשר אלקטרון הוא מתרגש מדינת גופייה עם קביעות בה 10 ^-8 ימים, שממנה הוא יכול לחזור בקלות אל הקרקע, החומר פולט האנרגיה שלה כמו קרינה. במהלך המעבר, הספין אינו משתנה. יש מדינות בסיסיות ונרגשות ריבוי דומה.

אלקטרונים, אולם, ניתן להעלות לרמת אנרגיה גבוהה יותר (שנקראה "טריפלט מתרגש") עם הטיפול גבה. במכניקת הקוונטים, המעברים מן טריפלט אל גופיה אסור, ולכן, את הזמן של החיים שלהם הרבה יותר. לכן, ההארה במקרה הזה הוא לטווח ארוך הרבה יותר: יש זרחני.