Холодный свет: физика люминесценции

Холодный свет: физика люминесценции
    Проверка на подлинность Метки, нанесенные невидимыми чернилами, светящимися в ультрафиолете, частенько используются для определения подлинности разных документов. Да и сама бумага, в большинстве случаев, содержит волокна, светящиеся в ультрафиолетовых лучах.

Большая часть людей при вопросе «Что такое люминесценция?» вспоминают люминесцентные газоразрядные лампы. Вправду, это одно из самые известных применений броского (в буквальном смысле) физического явления, в частности фотолюминесценции (возбуждения светом). В стеклянных трубках находятся пары ртути, возбуждаемые электрическим разрядом и излучающие в области ультрафиолета.

Нанесенное на стены трубки покрытие — люминофор — переводит ультрафиолет в видимое людской глазом излучение. В зависимости от типа люминофора цвет свечения возможно различным — это позволяет производить лампы не только «тёплого» света «и» холодного, но и различных цветов — красного, светло синий и др.

Показавшиеся сейчас энергосберегающие лампы, превосходящие лампы накаливания в области видимого света, — это те же люминесцентные лампы, лишь очень сильно уменьшенные благодаря миниатюризации электроники. Вторая разновидность люминесценции — катодолюминесценция. Именно она лежит в базе электронно-лучевых трубок: люминофор, покрывающий экран, светится под действием пучка электронов.

Рентгенолюминесценция, к примеру, употребляется при проведении флюорографии — покрытый люминофором экран светится под действием рентгеновского излучения.

Скоро и медлительно

По окончании прекращения возбуждения люминесценция затухает. В случае если это происходит скоро, то процесс относят к флюоресценции (от заглавия минерала флюорита, у которого было найдено это явление), а вдруг свечение длится долгое время — то к фосфоресценции. Флюоресценцию под действием света (видимого и УФ) возможно довольно часто замечать в быту — светятся красители маркеров, покрытие дорожных знаков и ткани спецодежды.

Как раз флюоресценция несёт ответственность за то, что свежевыстиранная белая рубаха думается на ярком солнечном свету «белее белого». И эффект данный не психотерапевтический. Легко стиральные порошки содержат особые вещества, оптические отбеливатели, каковые под действием ультрафиолета излучают видимый свет (в большинстве случаев в светло синий-фиолетовой области).

Этим разъясняется и тот факт, что белая одежда светится под действием УФ-ламп в дискотеках. Медлительно затухающая люминесценция (фосфоресценция) кроме этого очень распространена в быту — вспомните стрелки и циферблаты часов вторых устройств (и экраны ветхих осциллографов).

И другие

Не считая упомянутых выше разновидностей существуют радиолюминесценция — под действием проникающей радиации (использовалась в сцинтилляционных счетчиках), хемилюминесценция под действием химических реакций (включающая биолюминесценцию), кандолюминесценция (при механических действиях), лиолюминесценция (при растворении кристаллов), электролюминесценция (под действием электрического поля) и т. п. Кое-какие из них в полной мере привычны читателям. К примеру, свечение белого фосфора — итог хемилюминесценции: окисляясь под действием кислорода воздуха, светятся пары фосфора. Окислением разъясняется и свечение пластиковых «фонариков» — химических источников света, лишь в том месте употребляются не кислород и фосфор, а перекись водорода и органический краситель.

Тайных надписей нет

Люминесценция под действием ультрафиолета активно используется для проверки подлинности разных документов, бланков и банкнот. на данный момент фактически у любого кассира под рукой находится аппарат с УФ-лампой для проверки финансовых купюр. Данный метод используется В первую очередь XX века, Роберт Вуд, известный американский физик, экспериментировал с ним еще в конце Первой Мировой.

Вот как обрисовывает это сам Вуд в книге собственного биографа Вильяма Сибрука «Роберт Вуд. Современный чародей физической лаборатории»:

Они [Бюро главного цензора Английского военно-морского флота] гордо заявили мне, что изобрели бумагу, на которой нереально сделать «невидимую» тайную запись. Ее реализовывали во всех почтовых отделениях, и письма, написанные на ней, возможно было не подвергать никаким опробованиям. Эта бумага стала весьма популярной, поскольку письма не задерживались цензурой.

Это была простая почтовая бумага, на которой были отпечатаны нередкие параллельные линии, розовые, зеленые и голубые. Красная краска разводилась в воде, зеленая в спирту, а голубая в бензине. На глаз бумага казалась серой.

Так как фактически каждая жидкость, в которой растворены невидимые чернила, относится к одному из этих трех классов, одна из цветных линий растворится в бесцветной жидкости, стекающей с пера, и покажутся следы надписи. Я отыскал в памяти, что китайские белила получаются тёмными, как уголь, на фотографиях, сделанных в ультрафиолетовых лучах, и сообщил: «Предположим, что я написал бы на ней узкой палочкой китайскими белилами — тогда ни одна из линий не растворится, и все же надпись возможно будет прочесть, в случае если сфотографировать бумагу».

«О нет, — ответили они, — вы имеете возможность писать на ней кроме того зубочисткой либо стеклянной палочкой без всякой краски. Цветные линии сделаны легко мягкими либо липкими, так что они смажутся и окажутся темно-серые буквы. Вот вам стеклянная палочка — попытайтесь сами!» ()

Я сообщил: «Прекрасно. Все же я постараюсь. Принесите мне резиновый штамп и мало вазелина». Мне принесли громадной, ровный чистый штамп военной цензуры.

Я натер его вазелином, после этого как направляться стёр платком, пока он не прекратил оставлять следы на бумаге. После этого я хорошо прижал его к «шпионоупорной» бумаге, не позволяя соскальзывать в сторону.

«Имеете возможность ли вы найти тут надпись?» — задал вопрос я.

Они испытали бумагу в отраженном и поляризованном свете и сообщили: «Тут ничего нет».

«Тогда давайте осветим ее ультрафиолетовыми лучами». Мы забрали ее в кабинку и положили перед моим тёмным окошечком. На бумаге броскими голубыми буквами, как словно бы к ней приложили штамп, намазанный чернилами, светились слова: «Тайных надписей нет».

Физика люминесценции

В соответствии с определению, приведенному в Физической энциклопедии, люминесценция — излучение, воображающее собой избыток над тепловым излучением тела и длящееся в течение времени, существенно превышающего период световых колебаний. Первая часть определения отделяет люминесценцию от теплового равновесного излучения и говорит о том, что это понятие применимо лишь к совокупности атомов (молекул), находящихся в состоянии, близком к равновесному.

При сильном отклонении от равновесного состояния сказать о тепловом излучении либо люминесценции не имеет смысла. В видимой области спектра тепловое излучение делается заметным лишь при температуре тела в тысячи градусов, тогда как люминесцировать в данной области оно может при любой температуре, исходя из этого люминесценцию довольно часто именуют холодным свечением. Вторая часть определения (показатель длительности) была введена С.И.

Вавиловым, дабы отделить люминесценцию от разных видов рассеяния, отражения, параметрического преобразования света, излучения и тормозного излучения Черенкова-Вавилова. В отличие от рассеяния света, при люминесценции между испусканием и поглощением происходят промежуточные процессы, продолжительность которых больше периода световой волны. В следствии этого при люминесценции теряется корреляция между фазами колебаний поглощенного и излученного света.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№66, апрель 2008).

Люминесценция и фосфоресценция


Темы которые будут Вам интересны: