Ymoleuedd: mathau, dulliau, a cheisiadau. Thermol ymoleuedd ysgogi - beth yw hyn?

Ymoleuedd - yn allyrru golau gan ddeunyddiau penodol mewn cyflwr cymharol oer. Mae'n wahanol i'r ymbelydredd cyrff gwynias, megis llosgi coed neu lo, haearn tawdd a gwifren gwresogi gan cerrynt trydanol. allyriadau ymoleuedd yn arsylwi:

• mewn lampau neon a fflworoleuol, setiau teledu, sgriniau radar a fluoroscopes;
• mewn sylweddau organig megis luminol neu luciferin mewn Fireflies;
• mewn pigmentau penodol a ddefnyddir yn hysbysebion awyr agored;
• gyda mellt a Aurora.

Yn yr holl ffenomenau hyn, ni allyrru golau yn cael ei achosi gan gynhesu'r deunydd uchod dymheredd ystafell, felly mae'n cael ei alw'n golau oer. Mae gwerth ymarferol y deunyddiau luminescent yw eu gallu i drawsnewid y ffurf anweledig o egni i mewn golau gweladwy.

Ffynonellau a phroses

ymoleuedd ffenomen yn digwydd o ganlyniad i ddeunydd amsugno ynni, er enghraifft, o ffynhonnell o uwchfioled neu belydrau-X, trawstiau electron, adweithiau cemegol, ac yn y blaen. d. Mae hyn yn arwain yn y atomau sylwedd i gyflwr gyffrous. Gan ei bod yn ansefydlog, mae'r ffurflenni perthnasol i'w gyflwr gwreiddiol, ac mae'r egni ei amsugno yn cael ei ryddhau fel golau a / neu wres. Mae'r broses yn cynnwys dim ond y electronau allanol. effeithlonrwydd ymoleuedd yn dibynnu ar y radd o addasu egni excitation i oleuni. Nifer y deunyddiau sydd â digon o berfformiad ar gyfer defnydd ymarferol, yn gymharol fach.

Ymoleuedd a incandescence

Nid excitation ymoleuedd yn gysylltiedig â'r excitation o atomau. Pan fydd deunyddiau poeth yn dechrau glow o ganlyniad bylbiau, eu atomau yn mewn cyflwr cynhyrfol. Er eu bod yn dirgrynu hyd yn oed ar dymheredd ystafell, mae'n ddigon bod yr ymbelydredd wedi digwydd yn y rhanbarth sbectrol bell is-goch. Gyda mwy o tymheredd yn symud mor aml y pelydriad electromagnetig yn y rhanbarth gweladwy. Ar y llaw arall, ar dymheredd uchel iawn sy'n cael eu cynhyrchu, er enghraifft, mewn tiwbiau sioc, gall gwrthdrawiadau atomig fod mor gryf bod yr electronau yn cael eu gwahanu oddi wrthynt ac ailgyfuno, allyrru golau. Yn yr achos hwn, ymoleuedd a gwynias yn dod yn anwahanadwy.

pigmentau a lliwiau fflwroleuol,

pigmentau confensiynol a lliwiau yn cael lliw gan eu bod yn adlewyrchu'r rhan o'r sbectrwm sydd yn ategu ei amsugno. Mae rhan fach o'r ynni yn cael ei drawsnewid yn wres, ond mae allyriadau sylweddol yn digwydd. Os, fodd bynnag, y pigment fflwroleuol amsugno golau yn yr ystod o ardal benodol, gall allyrru ffotonau, yn wahanol i fyfyrio. Mae hyn yn digwydd o ganlyniad i brosesau o fewn y lliw neu'r pigment moleciwl, y gall golau uwchfioled eu trosi i weladwy, er enghraifft, golau glas. dulliau ymoleuedd fath yn cael eu defnyddio mewn hysbysebion awyr agored ac mewn powdrau golchi. Yn yr achos olaf, y "clarifier" yn parhau i fod yn y meinwe, nid yn unig i adlewyrchu'r gwyn, ond hefyd i drosi pelydriad uwchfioled i mewn glas, melyn o wneud iawn a gwella gwynder.

astudiaethau cynnar

Er bod Aurora mellt a glow diflas o Fireflies a ffyngau bob amser wedi bod yn hysbys i ddynoliaeth, dechreuodd yr astudiaethau ymoleuedd cyntaf gyda'r deunydd synthetig, pan Vincenzo Kaskariolo alcemydd a grydd o Bologna (Yr Eidal), yn 1603 g. Gymysgedd gynhesu o sylffad bariwm (barite yn y ffurf, spar trwm) â glo. Mae'r powdr a gafwyd ar ôl oeri, noson ymoleuedd glas hallyrru, a sylwi Kaskariolo y gellir ei adfer erbyn trwy y powdwr i olau'r haul. Roedd y sylwedd ei enwi "lazuli Solaris" neu Sunstone, oherwydd alcemyddion yn gobeithio ei fod yn gallu troi metelau sylfaen i mewn i aur, symbol sydd yn yr haul. Afterglow wedi achosi diddordeb llawer o wyddonwyr y cyfnod, gan roi deunyddiau ac enwau eraill, gan gynnwys "ffosfforws", sy'n golygu "cludwr o olau".

Heddiw mae'r enw "ffosfforws" yn cael ei ddefnyddio dim ond ar gyfer yr elfen gemegol, tra bod y deunydd luminescent microcrystalline elwir yn ffosffor. "Ffosfforws" Kaskariolo, mae'n debyg, oedd sulfide bariwm. Mae'r ffosffor ar gael yn fasnachol cyntaf (1870) daeth yn "paent Balmain" - ateb o sylffid galsiwm. Yn 1866, fe'i disgrifiwyd yn y ffosffor sefydlog sylffid sinc cyntaf - un o'r rhai mwyaf pwysig mewn technoleg fodern.

Un o'r astudiaethau gwyddonol cyntaf y ymoleuedd, sy'n cael ei amlygu yn pydru pren neu cnawd a Fireflies, ei pherfformio yn 1672 gan y gwyddonydd English Robert Boyle, sydd, er nad oedd yn gwybod am darddiad biocemegol o olau hwn, ac eto yn gosod rhai o'r eiddo sylfaenol o systemau bioymoleuol:

• Glow oer;
• gellir ei hatal gan asiantau cemegol fel alcohol, asid hydroclorig ac amonia;
• ymbelydredd yn gofyn am fynediad i'r awyr.

Yn y blynyddoedd 1885-1887, sylwyd bod darnau amrwd o Fireflies India'r Gorllewin (pyrophorus) a Foladi clam wrth gymysgu cynnyrch golau.

Mae'r deunyddiau cemeg-ymoleuol effeithiol cyntaf yn cyfansoddion synthetig nonbiological megis luminol, a ddarganfuwyd yn 1928 flwyddyn.

Gemoleuedd a bioymoleuedd

Mae gan y rhan fwyaf o'r ynni a ryddhawyd yn yr adweithiau cemegol, yn enwedig adweithiau ocsideiddio, ar ffurf gwres. Mewn rhai adweithiau, ond cyfran ddefnyddir i gyffroi electronau hyd i lefelau uwch, ac mewn moleciwlau fflwroleuol cyn i'r cemymoleuedd (CL). Mae astudiaethau'n dangos bod CL yn ffenomen gyffredinol, ond mae'r dwysedd ymoleuedd mor fach ei fod yn ei gwneud yn ofynnol y defnydd o synwyryddion sensitif. Fodd bynnag, mae yna, mae rhai o'r cyfansoddion sy'n arddangos CL llachar. Y mwyaf adnabyddus o'r rhain yw luminol, a all drwy ocsideiddio gyda hydrogen perocsid cynnyrch golau glas neu gwyrddlas cryf. gryfderau eraill o CL-sylweddau - a lofin lucigenin. Er gwaethaf eu CL disgleirdeb, nid yw pob un ohonynt yn effeithiol wrth drosi egni cemegol mewn i oleuni, hy. K. llai na 1% o'r moleciwlau allyrru golau. Yn y 1960au gwelwyd bod y esterau o asid oxalic, oxidized mewn toddyddion anhydrus ym mhresenoldeb cyfansoddion aromatig fflwroleuol tra allyrru golau llachar gyda effeithlonrwydd o 23%.

Bioymoleuedd yn fath arbennig o gemoleuedd catalyzed gan ensymau. Gall yr allbwn ymoleuedd adweithiau hyn yn cyrraedd 100%, sy'n golygu bod pob moleciwl o adweithydd luciferin mynd i mewn allyrru wladwriaeth. Mae pob heddiw adwaith bioymoleuol hysbys catalyzed adweithiau ocsidiad yn digwydd ym mhresenoldeb aer.

ymoleuedd ysgogi thermol

Thermoluminescence golygu dim ymbelydredd thermol ond cryfhau'r deunyddiau allyrru golau, mae'r electronau sy'n cael eu cyffroi gan wres. ysgogi ymoleuedd a welwyd mewn rhai mwynau ac yn enwedig yn phosphors grisial thermol ar ôl iddynt wedi cael eu cyffroi gan olau.

photoluminescence

Photoluminescence sy'n digwydd o dan y camau y digwyddiad ymbelydredd electromagnetig ar y deunydd, gellir eu gwneud yn yr ystod o olau gweladwy trwy'r uwchfioled i pelydr-x ac ymbelydredd gama. Yn ymoleuedd, a ysgogwyd gan ffotonau, tonfedd golau a allyrrir yn gyffredinol yn hafal i neu'n fwy na'r tonfedd y cyffrous (m. E. Cyfartal i neu llai o bŵer). Mae'r gwahaniaeth hwn yn y donfedd a achoswyd gan y trawsnewidiad o'r ynni sy'n dod i mewn i dirgryniadau o atomau neu ïonau. Weithiau, gyda pelydr laser dwys, gall golau a allyrrir yn cael donfedd byrrach.

Mae'r ffaith y gall yr PL cael eu cyffroi gan ymbelydredd uwchfioled, ei ddarganfod gan y ffisegydd Almaen Johann Ritter yn 1801, sylwodd fod y phosphors tywynnu llachar yn y rhanbarth anweledig y rhan porffor y sbectrwm, ac felly agorodd y ymbelydredd UV. Mae trawsnewid UV i golau gweladwy o bwysigrwydd ymarferol mawr.

Gamma a phelydr-x cyffroi phosphors, a deunyddiau eraill crisialog i'r wladwriaeth ymoleuedd gan y broses ionization ac yna ailgyfuno electronau ac ïonau, lle ymoleuedd digwydd. Mae'r defnydd o y mae yn fflworosgopeg a ddefnyddir mewn radioleg, a chownteri scintillation. Mae'r cofnod olaf a mesur ymbelydredd gamma gyfeirio ar ddisg orchuddio gyda ffosffor, sydd mewn cysylltiad optegol gyda wyneb y photomultiplier.

triboluminescence

Pan fydd y crisialau rhai sylweddau, megis siwgr, malu, wreichionen gweladwy. Mae'r un peth yn arsylwi mewn llawer o sylweddau organig ac anorganig. Mae'r holl mathau hyn o ymoleuedd a gynhyrchir gan y taliadau trydan cadarnhaol a negyddol. Cynhyrchwyd diweddar gan arwynebau gwahanu mecanyddol yn y broses crystallization. allyriadau golau wedyn yn cymryd lle drwy ryddhau - naill ai'n uniongyrchol rhwng y moieties y moleciwlau, naill ai drwy excitation o ymoleuedd yr atmosffer ger wyneb gwahanu.

electroluminescence

Fel thermoluminescence, electroluminescence (EL), mae'r term yn cynnwys gwahanol fathau o ymoleuedd nodwedd gyffredin o'r rhain yw y goleuni yn cael ei ollwng pan fydd rhyddhau trydan mewn nwyon, hylifau a deunyddiau solet. Yn 1752 sefydlodd Bendzhamin Franklin y ymoleuedd rhyddhau trydan a achosir gan mellt drwy'r atmosffer. Yn 1860, y lamp rhyddhau dangoswyd gyntaf yn y Gymdeithas Frenhinol yn Llundain. Cynhyrchodd golau gwyn llachar gyda rhyddhau foltedd uchel trwy carbon deuocsid ar wasgedd isel. lampau fflworoleuol modern yn cael eu seilio ar gyfuniad o electroluminescence a mercwri photoluminescence atomau cyffroi gan lamp rhyddhau trydan, mae'r ymbelydredd uwchfioled a allyrrir ganddynt ei drawsnewid i mewn golau gweladwy drwy'r ffosffor.

EL welwyd yn yr electrodau yn ystod electrolysis oherwydd ailgyfuniad o ïonau (ac felly yn fath o gemoleuedd). O dan ddylanwad y maes trydanol yn yr haenau tenau o sinc luminescent allyrru sylffid o olau yn digwydd, sy'n cael ei cyfeirir ato hefyd fel electroluminescence.

Mae nifer fawr o ddeunyddiau allyrru ymoleuedd dan ddylanwad electronau cyflym - diemwnt, ruby, ffosfforws grisial a rhai halen platinwm cymhleth. Y cais cyntaf ymarferol cathodoluminescence - osgilosgop (1897). sgriniau tebyg gan ddefnyddio gwell phosphors crisialog yn cael eu defnyddio mewn setiau teledu, radar, osgilosgopau a microsgopau electron.

radio

Gall elfennau ymbelydrol yn allyrru gronynnau alffa (niwclysau heliwm), electronau a phelydrau gama (a ymbelydredd electromagnetig egni uchel). Ymbelydredd ymoleuedd - glow cyffroi gan y sylwedd ymbelydrol. Pan fydd gronyn alffa bombard ffosffor crisialog, yn weladwy o dan y microsgop cryndod bach. Mae'r egwyddor hon yn defnyddio ffisegydd Saesneg Ernest Rutherford, i brofi bod yr atom yn cael craidd canolog. paent Hunan-luminous a ddefnyddir ar gyfer gwylio ac offer eraill marcio yn seiliedig ar y RL. Maent yn cynnwys y ffosffor a'r sylwedd ymbelydrol, er enghraifft tritiwm neu radiwm. Trawiadol ymoleuedd naturiol - yw'r Aurora Borealis: Prosesau ymbelydrol ar yr haul yn allyrru i'r gofod llu enfawr o electronau ac ïonau. Pan fyddant yn mynd at y Ddaear, ei faes geomagnetic yn eu cyfeirio at y polion. Prosesau Nwy-rhyddhau yn yr haenau uchaf yr atmosffer a chreu aurora enwog.

Ymoleuedd: ffiseg y broses

Allyriadau o olau gweladwy (hy. E. Gyda donfeddi rhwng 690 nm a 400 nm) excitation angen egni, a bennir yn y gyfraith Einstein leiaf. Ynni (E) yn hafal i Planck yn gyson (h), wedi'i luosi amlder ysgafn (ν) neu ei gyflymder mewn gwactod (c), wedi'i rannu â donfedd (λ): E = hν = HC / λ.

Felly, yr ynni sydd ei angen ar gyfer yr excitation yn amrywio o 40 cilocalori (ar gyfer coch) i 60 kcal (ar gyfer melyn), a 80 o galorïau (i borffor) am bob môl o sylweddau. Ffordd arall o fynegi ynni - mewn foltiau electron (1 eV = 1,6 × 10 ^-12 ERG) - 1.8-3.1 eV.

Mae'r egni excitation ei drosglwyddo i electronau sy'n gyfrifol am y ymoleuedd sy'n neidio o'i lefel y ddaear i un uwch. Mae'r amodau hyn yn cael eu pennu gan gyfreithiau mecaneg cwantwm. mecanweithiau amrywiol o excitation yn dibynnu ar p'un a yw'n digwydd mewn atomau a moleciwlau unigol, neu mewn cyfuniadau o foleciwlau yn y grisial. Maent yn cael eu cychwyn gan y weithred o ronynnau cyflymu, megis electronau, ïonau positif neu ffotonau.

Yn aml, yr egni excitation yn sylweddol uwch na'r hyn sy'n ofynnol i godi'r electron i ymbelydredd. Er enghraifft, ymoleuedd ffosffor sgriniau teledu grisial, electronau catod a gynhyrchwyd gyda egnïon cymedrig o 25,000 folt. Serch hynny, mae'r lliw golau fflwroleuol bron annibynnol o'r ynni gronynnau. Mae'n cael ei ddylanwadu gan y lefel o gyflwr gyffrous y canolfannau ynni grisial.

lampau fflworolau

Mae'r gronynnau, oherwydd y mae ymoleuedd yn digwydd - mae hyn electronau allanol atomau neu moleciwlau. Yn lampau fflworolau, megis atom mercwri yn cael ei yrru o dan ddylanwad ynni 6.7 eV neu fwy, gan godi un o'r ddau electronau allanol i lefel uwch. Ar ôl iddo ddychwelyd i'r cyflwr isaf y gwahaniaeth mewn ynni yn cael ei ollwng fel golau uwchfioled gyda thonfedd o 185 nm. Mae'r pontio rhwng y sylfaen a lefel arall yn cynhyrchu ymbelydredd uwchfioled ar 254 nm, sydd yn ei dro, yn gallu cyffroi eraill sy'n cynhyrchu phosphor golau gweladwy.

Mae'r ymbelydredd yn arbennig o ddwys ar wasgedd isel anwedd mercwri (10 ^-5 atmosffer) a ddefnyddir mewn lampau gollwng nwy pwysedd isel. Felly tua 60% o'r ynni electron yn cael ei drawsnewid i mewn i olau UV Unlliw.

Ar bwysedd uchel, pa mor aml yn cynyddu. Sbectra bellach yn cynnwys un llinell sbectrol o 254 nm, ac mae'r egni ymbelydredd yn cael ei ddosbarthu gan y llinellau sbectrol sy'n cyfateb i lefelau gwahanol electronig: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 a 578 nm. lampau mercwri pwysedd uchel yn cael eu defnyddio ar gyfer goleuo, gan fod y gweladwy 405-546 nm golau glas-wyrdd, tra drawsnewid rhan o'r ymbelydredd yn y golau coch yn defnyddio ffosffor o ganlyniad troi'n wyn.

Pan fydd moleciwlau nwy yn gyffrous, eu sbectra ymoleuedd dangos bandiau eang; nid yn unig electronau yn cael eu codi i'r lefelau egni uwch ond cynnig dirgrynol a chylchdroadol un pryd gyffrous o atomau ar y cyfan. Mae hyn oherwydd bod ynni dirgrynol a chylchdroadol y moleciwlau yn 10 a 10 ^{-2 -4} o egni pontio, sy'n ychwanegu hyd i ddiffinio lluosogrwydd o ychydig yn wahanol gydrannau tonfedd o fand sengl. Mae'r moleciwlau mwy o faint wedi sawl stribedi gorgyffwrdd, un ar gyfer pob math o bontio. moleciwlau Ymbelydredd yn ateb fanteisiol ribbonlike bod achosir gan y rhyngweithio rhwng nifer cymharol fawr o foleciwlau gyffrous a moleciwlau toddydd. Yn y moleciwlau, fel yn yr atomau sy'n rhan o'r ymoleuedd electronau allanol o orbitalau moleciwlaidd.

Fflworoleuedd a phosphorescence

Gall y rhain gael eu telerau gwahaniaethu, nid yn unig yn seiliedig ar hyd ymoleuedd, ond hefyd trwy ei dull cynhyrchu. Pan fydd electron yn cael ei gyffrous i gyflwr singlet gyda daliadaeth ynddo 10 ^-8 s, lle gall fod yn hawdd dychwelyd i'r ddaear, y sylwedd yn allyrru ei egni fel fflworoleuedd. Yn ystod y cyfnod pontio, nid yw'r sbin yn newid. Dywed Sylfaenol ac yn gyffrous yn cael llu tebyg.

Electron, fodd bynnag, gellir ei godi i lefel egni uwch (a elwir yn "cyflwr tripled gyffrous") gyda'i thriniaeth gefn. Mewn mecaneg cwantwm, mae'r trawsnewidiadau gan y wladwriaeth tripled i'r singlet gwaharddedig, ac felly, amser eu bywyd yn llawer mwy. Felly, mae'r ymoleuedd yn yr achos hwn yn llawer mwy yn y tymor hir: mae phosphorescence.