Avui us explicarem quin és l'efecte químic de la llum, com s'aplica aquest fenomen ara i quina és la història del seu descobriment.
Llum i foscor
Tota la literatura (des de la Bíblia a la ficció moderna) explota aquests dos contraris. A més, la llum sempre simbolitza un bon començament, i la foscor - dolent i dolent. Si no entres en la metafísica i no entens l'essència del fenomen, aleshores la base de l'eterna confrontació és la por a la foscor, o millor dit, l'absència de llum.
L'ull humà i l'espectre electromagnètic
L'ull humà està dissenyat perquè la gent percebi vibracions electromagnètiques d'una determinada longitud d'ona. La longitud d'ona més llarga pertany a la llum vermella (λ=380 nanòmetres), la més curta - violeta (λ=780 nanòmetres). L'espectre complet d'oscil·lacions electromagnètiques és molt més ampli i la seva part visible ocupa només una petita part. Una persona percep vibracions infrarojes amb un altre òrgan dels sentits: la pell. Aquesta part de l'espectre que la gent coneix com a calor. Algú és capaç de veure una mica d'ultraviolada (penseu en el personatge principal de la pel·lícula "Planet Ka-Pax").
Canal principalla informació per a una persona és l'ull. Per tant, les persones perden la capacitat d'avaluar què passa al voltant quan la llum visible desapareix després de la posta de sol. El bosc fosc esdevé incontrolable, perillós. I allà on hi ha perill, també hi ha la por que vingui algú desconegut a "mossegar el barril". Les criatures espantoses i malèfiques viuen a la foscor, però les criatures amables i comprensives viuen a la llum.
Escala d'ones electromagnètiques. Primera part: baixes energies
Quan es considera l'acció química de la llum, la física fa referència a l'espectre normalment visible.
Per entendre què és la llum en general, primer hauríeu de parlar de totes les opcions possibles per a les oscil·lacions electromagnètiques:
- Ones de ràdio. La seva longitud d'ona és tan llarga que poden donar la volta a la Terra. Es reflecteixen des de la capa iònica del planeta i porten informació a les persones. La seva freqüència és de 300 gigahertz o menys, i la longitud d'ona és d'1 mil·límetre o més (en el futur, fins a l'infinit).
- Radiació infraroja. Com hem dit anteriorment, una persona percep el rang d'infrarojos com a calor. La longitud d'ona d'aquesta part de l'espectre és superior a la del visible, d'1 mil·límetre a 780 nanòmetres, i la freqüència és inferior, de 300 a 429 terahertz.
- Espectre visible. Aquella part de tota l'escala que l'ull humà percep. Longitud d'ona de 380 a 780 nanòmetres, freqüència de 429 a 750 terahertz.
Escala d'ones electromagnètiques. Segona part: altes energies
Les onades que s'enumeren a continuació tenen un doble significat: són mortalsperillós per a la vida, però al mateix temps, sense ells, l'existència biològica no hauria pogut sorgir.
- Radiació UV. L'energia d'aquests fotons és superior a la dels visibles. Són subministrats per la nostra lluminària central, el Sol. I les característiques de la radiació són les següents: longitud d'ona de 10 a 380 nanòmetres, freqüència de 31014 a 31016 Hertz.
- Raigs X. Qualsevol que tingui ossos trencats els coneix. Però aquestes ones s'utilitzen no només en medicina. I els seus electrons irradien a gran velocitat, que s'alenteix en un camp fort, o àtoms pesats, en els quals s'ha tret un electró de la capa interna. Longitud d'ona de 5 picòmetres a 10 nanòmetres, la freqüència oscil·la entre 31016-61019 Hertz.
- Radiació gamma. L'energia d'aquestes ones sovint coincideix amb la dels raigs X. El seu espectre es solapa significativament, només la font d'origen difereix. Els raigs gamma es produeixen només per processos radioactius nuclears. Però, a diferència dels raigs X, la radiació γ és capaç de generar energies més altes.
Hem donat les seccions principals de l'escala d'ones electromagnètiques. Cadascun dels rangs es divideix en seccions més petites. Per exemple, sovint es poden escoltar "raigs X durs" o "ultraviolats al buit". Però aquesta divisió en si és condicional: és bastant difícil determinar on es troben els límits d'un i l'inici d'un altre espectre.
Llum i memòria
Com ja hem dit, el cervell humà rep el flux principal d'informació a través de la visió. Però, com estalvieu els moments importants? Abans de la invenció de la fotografia (l'acció química de la llum està implicada en aixòprocés directament), es podria anotar les seves impressions en un diari o trucar a un artista per pintar un retrat o un quadre. La primera manera peca la subjectivitat, la segona: no tothom s'ho pot permetre.
Com sempre, l'atzar va ajudar a trobar una alternativa a la literatura i la pintura. Fa temps que es coneix la capacitat del nitrat de plata (AgNO3) d'enfosquir-se a l'aire. A partir d'aquest fet es va construir una fotografia. L'efecte químic de la llum és que l'energia fotònica contribueix a la separació de la plata pura de la seva sal. La reacció no és de cap manera purament física.
El 1725, el físic alemany I. G. Schultz va barrejar accidentalment àcid nítric, en el qual es dissolva la plata, amb guix. I aleshores també em vaig adonar accidentalment que la llum del sol enfosquia la barreja.
Van seguir una sèrie d'invents. Les fotos es van imprimir en coure, paper, vidre i, finalment, en film de plàstic.
experiments de Lebedev
Dèiem més amunt que la necessitat pràctica de guardar imatges va donar lloc a experiments, i més tard a descobriments teòrics. De vegades passa al revés: un fet ja calculat s'ha de confirmar per experiment. El fet que els fotons de la llum no només són ones, sinó també partícules, els científics han endevinat des de fa temps.
Lebedev va construir un dispositiu basat en equilibris de torsió. Quan la llum va caure sobre les plaques, la fletxa es va desviar de la posició "0". Així que es va demostrar que els fotons transmeten impuls a les superfícies, el que significa que exerceixen pressió sobre elles. I l'acció química de la llum hi té molt a veure.
Com ja va demostrar Einstein, massa i energia són la mateixa cosa. En conseqüència, el fotó, "dissolt-se" en la substància, li dóna la seva essència. El cos pot utilitzar l'energia rebuda de diferents maneres, fins i tot per a transformacions químiques.
Premi Nobel i electrons
El científic ja esmentat Albert Einstein és conegut per la seva teoria especial de la relativitat, la fórmula E=mc2 i la prova d'efectes relativistes. Però va rebre el premi principal de la ciència no per això, sinó per un altre descobriment molt interessant. Einstein va demostrar en una sèrie d'experiments que la llum pot "treure" un electró de la superfície d'un cos il·luminat. Aquest fenomen s'anomena efecte fotoelèctric extern. Una mica més tard, el mateix Einstein va descobrir que també hi ha un efecte fotoelèctric intern: quan un electró sota la influència de la llum no surt del cos, sinó que es redistribueix, passa a la banda de conducció. I la substància il·luminada canvia la propietat de la conductivitat!
Els camps en què s'aplica aquest fenomen són molts: des de làmpades catòdiques fins a la "inclusió" a la xarxa de semiconductors. La nostra vida en la seva forma moderna seria impossible sense l'ús de l'efecte fotoelèctric. L'efecte químic de la llum només confirma que l'energia d'un fotó en la matèria es pot convertir en diverses formes.
Forats d'ozó i taques blanques
Una mica més amunt vam dir que quan es produeixen reaccions químiques sota la influència de la radiació electromagnètica, el rang òptic està implicat. L'exemple que volem donar ara va una mica més enllà.
Recentment, científics de tot el món van donar l'alarma: sobre l'Antàrtidael forat d'ozó està penjat, s'està expandint tot el temps, i això definitivament acabarà malament per a la Terra. Però després va resultar que no tot fa tanta por. En primer lloc, la capa d'ozó del sisè continent és simplement més prima que en altres llocs. En segon lloc, les fluctuacions de la mida d'aquest punt no depenen de l'activitat humana, estan determinades per la intensitat de la llum solar.
Però d'on prové l'ozó? I això és només una reacció química lleugera. L'ultraviolat que emet el sol es troba amb l'oxigen a l'atmosfera superior. Hi ha molt ultraviolat, poc oxigen i està enrarit. Per sobre només espai obert i buit. I l'energia de la radiació ultraviolada és capaç de trencar les molècules estables O2 en dos oxígens atòmics. I després el següent quàntic UV contribueix a la creació de la connexió O3. Això és l'ozó.
El gas ozó és mortal per a tots els éssers vius. És molt eficaç per matar bacteris i virus que utilitzen els humans. Una petita concentració de gas a l'atmosfera no és perjudicial, però està prohibit inhalar ozó pur.
I aquest gas absorbeix molt eficaçment els quants ultraviolats. Per tant, la capa d'ozó és tan important: protegeix els habitants de la superfície del planeta d'un excés de radiació que pot esterilitzar o matar tots els organismes biològics. Esperem que ara quedi clar quin és l'efecte químic de la llum.
