Люмінісценція
Природне
застосування холодного світіння - люмінесценція (наприклад, світіння гнилих пнів і
різних живих істот) спостерігалися, звичайно, і первісною людиною, але
свідоме опис цих явищ і з'ясування їх здібностей почалося лише
близько 400 років тому.
Люмінесценція
звернула на себе увагу найбільших натуралістів XVII століття: Р. Бойля,
Г. Галілея та І. Ньютона, а проте більше 300 років вона вважалася одним з найбільш
«Таємничих» і не пояснюваних явищ природи. Це зрозуміло, тому що
повсюдно застосовувалися розпечені джерела світла міцно закріпили у
людській свідомості уявлення про нерозривний зв'язок виникнення світла з сильним
нагріванням тел.
Систематичні
кількісні дослідження холодного світіння були розпочаті 100 років тому
працями англійського фізика Е. Беккереля.
Слід
зазначити, що два найбільших відкриття кінця XIX століття: променів Рентгена і
радіоактивності нерозривно пов'язані з дослідженням люмінесценції.
Рентгенівські
екрани для рентгенографії були одним з перших найважливіших застосувань
люмінесценції для технічних цілей. Незабаром люмінесцентні речовини стали
використовуватися для нанесення на екрани осцилографів. Майже одночасно, в 90-х
роках минулого століття, світіння газів у розрядних трубках було використано
для цілей декоративного освітлення. З цього часу застосування люмінесценції в
техніці безперервно зростала, а разом з тим швидко наростав і темп наукового
дослідження цих явищ.
Опис
явища люмінесценції ми почнемо порівнянням люмінесценції з більш звичним
видом власного випромінювання тел-з температурним випромінюванням.
Природний
світло ми отримуємо від Сонця - розжареного тіла, поверхня якого має
температуру близько 5700 градусів Цельсія. Палаючий багаття, полум'я гасової
лампи розжарювання-все це розпечені джерела світла.
Однак
більш уважне спостереження явищ природи виявляє існування і
джерел холодного світіння. Згадаймо про величні північних сяйвах, про
світіння гнілушек в лісі, жуків і інших комах, бактерій і різних
морських тварин: каракатиць, рачків, морських зірок, деяких риб і т. д.
Температура їх світяться органів близька до температури навколишнього середовища.
Люмінесценція
виникає при перетворенні в світ енергії, поглиненої атомами, молекулами
або іонами деяких речовин. Далеко не всі речовини здатні давати
люмінесценцію. Частинки люмінесцентної речовини, поглинувши енергію, приходять в
особливе збуджений стан, що триває деякий, зазвичай дуже
незначне, час, повертаючись у вихідне, нормальний стан,
порушені частинки віддають надлишок енергії у вигляді світла-люмінесценції. Необхідну
для порушення світіння енергію можна повідомити частками люмінесцентного
речовини різними шляхами: можна направити на нього потік світлових променів, можна
досягти збудження частинок ударами електронів і т. д.
Розглянемо
тепер світіння розпечених тел. Частинки нагрітого тіла володіють великою
тепловою енергією, що при їх зіткнення може передаватися від однієї
частинки до іншої, а також випромінюватися у вигляді електромагнітних хвиль. Невелика
частина електромагнітного випромінювання сильно нагрітого тіла відноситься до області
видимого світла т може сприйматися оком. Частка видимого світла загалом,
випромінюванні тіла зростає при підвищенні температури, однак при температурах,
які можна досягти в лампах розжарювання, переважна частина електромагнітного
випромінювання завжди припадає на невидиму частину спектру.
Істотно
відзначити, що температурний випромінювання виникає в системі величезного числа
частинок, енергетичний стан яких знаходитися в динамічній рівновазі з
електромагнітним випромінюванням, що даються тими ж частинками: будь-якої миті
стільки ж частинок системи дає випромінювання і переходить в збудженому
стан, скільки поглинає електромагнітну енергію з поля випромінювання приходить
в збуджений стан.
Умови,
в яких порушуються і світять частки люмінесцентної речовини, абсолютно
відмінні від умов, в яких знаходяться частинки розпеченого тіла. У той час
як при нагріванні тіла збільшується енергія всіх його частинок, при порушенні
люмінесценції енергії отримують лише окремі частки, що залишаються в оточенні
величезного числа не збудженому частинок.
Найбільш
простим способом збудження люмінесценції є висвітлення люмінесцентного
речовини ультрафіолетовими променями або короткохвильовим променями видимого світла;
при цьому в кожний даний момент світло поглинають лише деякі частинки
люмінесцентного речовини, яка і приходять у збуджений стан.
Різниця
між температурним випромінюванням розпечених тіл і люмінесценції можна пояснити
таким мисленням досвідом. Якщо температурний джерело світла миттєво відокремити від
навколишнього середовища описаної вище дзеркальної оболонкою, то випромінювання всередині його
обсягу практично не змінюється, і він безмежно довго буде різко змінювати
свій стан, і світіння більш-менш швидко загасне.
Температурне
випромінювання дають і тіла; в тому числі слабке інфрачервоне випромінювання дають і тіла,
що знаходяться при кімнатній температурі. Тому, строго кажучи, для знаходження
величини люмінесценції з контрольованого світіння слід віднімати температурне
випромінювання світиться тіла. Крім того, як зазначив академік С. І. Вавилов, важливим
ознакою люмінесценції є її помітна тривалість в порівнянні зі світловими коливаннями, що мають
період10 - 10 сек. Савчин люмінесценції триває, принаймні, десятимільярдний
частку секунди після припинення збудження, тобто енергія, поглинена частками
речовини, не випромінюється миттєво. Цим люмінесценція відрізняється від інших
видів світіння, наприклад від випромінювання поверхонь, що відбивають і розсіюють
світ якого-небудь стороннього джерела.
Савчин,
що виникає під дією світла, називається фотолюмінесценції
При
фотолюмінесценції речовина, що поглинула світло, звичайно перетворить випромінювання
однієї довжини хвилі у випромінювання іншої довжини хвилі. Наприклад, якщо порушення
проводиться невидимим ультрафіолетовими променями або синіми променями, то
люмінесценція може бути зеленого або червоного кольору. Таким чином,
люмінесцирує частинки віддають світлову енергію у вигляді світлових променів інший,
звичайно більшої довжини хвилі. Таке перетворення світлової енергії всередині
молекули протікає здебільшого протягом мільярдних часток секунди, а проте
іноді, внаслідок особливих властивостей люмінесцентної середовища, цей процес
затягується на секунди, а в особливо складних випадках, на яких ми
зупинимося нижче, навіть на цілі години.
Як
зазначалося вище, люмінесценцію можна порушити не лише світловими променями, але
і ударами електронів та інших швидко рухомих частинок. Таке походження
світіння газу в розрядних трубках, які ми часто спостерігаємо у вітринах
магазинів. Наведені в швидкий рух електричним полем електрони,
соударяясь з частками газу, наповнює трубку, приводять останнє в
збуджений стан. Для наповнення розрядних трубок застосовуються гелій,
неон, аргон і пари ртуті. Гелій дає рожеве свічення, неон - помаранчевий, пари
ртуті - біле свічення, в якому особливо сильно розвинені синя, зелена і
жовта частини спектру; аргон світить блакитним світлом і т. д.
Електрони
та інші бистродвіжущихся заряджені частинки можуть застосовуватися для порушення
світіння і багатьох твердих тіл, зокрема, спеціальних кристалічних
порошків; їх світіння, що виникає в розрядної трубки під дією потоку
швидких електронів, називається катодолюмінесценціей.
Існують
та інші види збудження люмінесценції. Так. Савчин, що порушується променями
радіоактивних речовин, називається радіолюмінесценціей; світіння, що виникає
під дією променів Рентгена, - рентгенолюмінесценціей; світіння, що спостерігається
при хімічних реакціях, - хемілюмінесценції. Приватним випадком хемілюмінесценції
є згадане вище світіння живих істот-біолюмінесценція. Савчин,
що виникає при механічному терті і роздавлюванні люмінесцентних речовин,
називається тріболюмінесценціей, світіння під дією прикладеної
електричного поля - електролюмінесценції.
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://revolution.allbest.ru
