Отдельные молекулы поглощают световую энергию порциями — квантами hv. В случае видимого и ультрафиолетового излучений эта энергия достаточна для расщепления многих молекул. В этом проявляется химическое действие света.
Любое превращение молекул есть химический процесс. Часто после расщепления молекул светом начинается целая цепочка химических превращений. Выцветание тканей на солнце и образование загара — это примеры химического действия света.
Важнейшие химические реакции под действием света происходят в зеленых листьях деревьев и траве, в иглах хвои, во многих микроорганизмах. В зеленом листе под действием Солнца осуществляются процессы, необходимые для жизни на Земле. Они дают нам не только пищу, но и кислород для дыхания.
Листья поглощают из воздуха углекислый газ и расщепляют его молекулы на составные части: углерод и кислород.
Происходит это, как установил русский биолог Климент Аркадьевич Тимирязев, в молекулах хлорофилла под действием красных лучей солнечного спектра. Пристраивая к углеродной цепочке атомы других элементов, извлекаемых корнями из земли, растения строят молекулы белков, жиров и углеводов.
Все это происходит за счет энергии солнечных лучей. Причем здесь особенно важна не только сама энергия, но и та форма, в которой она поступает. Фотосинтез (так называют этот процесс) может протекать только под действием света определенного спектрального состава.
Механизм фотосинтеза еще не выяснен до конца. Когда это произойдет, для человечества, возможно, наступит новая эра. Белки и другие сложные органические вещества можно будет получать на фабриках под голубым небосводом.
Химическое действие света лежит в основе фотографии.
Под действием света происходят химические реакции, определяющие жизнь на Земле.
Почему происходит изменение цвета под воздействием солнца?
г. Ульяновск, ул. 40 летия Победы,7
Почему происходит изменение цвета под воздействием солнца?
Солнечный свет представляет собой поток частиц, каждая из которых обладает некоторой энергией. Когда частица достигает поверхности изделия, ее энергия поглощается молекулой краски. Этот процесс возбуждает в молекуле электроны, которые, переходя в другое энергетическое состояние, нарушают устоявшиеся химические связи и молекулярные цепочки, в результате чего происходит разрушение пигментов краски. Соответственно, цвет покрытия меняется, оно становится светлее или темнее, теряет свою яркость и насыщенность.
Почему, например, сильнее выгорают именно желтый и красный цвета? Это вообще говоря не самая простая проблема, но упрощённо суть такова.
Всякая вещь (кроме зеркала) имеет определённый цвет постольку, поскольку неравномерно отражает и поглощает световые волны различной длинны.
Красные предметы в большей степени поглощают синий спектр, а красный отражают. И наоборот. Теперь если вспомнить, что чем короче волна, тем больше её энергия (я уж формул тут писать не буду) то сразу понятно, почему участки, поглощающие высокоэнергетическую синюю часть спектра (и кажущиеся нам красными) выгорают сильнее, чем участки, поглощающие низкоэнергетическую красную часть спектра (и кажущиеся нам синими).
Совершенно иначе ведут себя бесцветные органорастворенные флуоресцентные красители. Поскольку собственно цвета как такового они полностью или частично не имеют (в большинстве своём они на 80-100% бесцветны и прозрачны, но даже если имеют, то естественный процесс обесцвечивания со временем никак не должен сказаться на их способности светить в УФ-свете), то и выгорания не происходит, поскольку красители не поглощают в видимой области спектра, а вот флуоресцируют различными цветами в области от белого и синего до желто-оранжевого и красного.
Читайте также: По шву ткани велозаводская
Краткое описание основных терминов и процессов:
— Некоторые атомы и молекулы имеют свойство сначала поглощать фотоны определенной энергии (длины волны), а затем излучать фотоны меньшей энергии (более длинной волны). Это явление, называемое флуоресценцией, способно иногда изменить одну длину волны видимого света на другую.
— Явление флуоресценции было впервые исследовано Гершелем в 1845 г. на растворе сернокислого хинина и названо им «эпиполической дисперсией» (поверхностным светорассеянием) по причине того, что свойством самосвечения обладала, как казалось Гершелю, лишь самая поверхность жидкости. Брюстер, исследовавший (1846—53) тот же самый раствор, заметил, что при достаточной силе освещения жидкости заметна флуоресценция и у внутренних, более глубоких слоев жидкости; он назвал поэтому явление «внутренней дисперсией». Изучено явление было впервые Стоксом (Stokes, 1852—1864).
— Возбуждение флуоресцентного красителя происходит за счет коротковолнового света (напр. синего света) и флуоресценция возникает в области более длинных волн (напр. красный свет).
— Явление флуоресценции (далее — Ф.) возникает в способных к Ф. телах почти исключительно под влиянием света, содержащего лучи короткой длины волны — фиолетовые и ультрафиолетовые. Ввиду этого богатый ультрафиолетовыми лучами солнечный свет, свет вольтовой дуги и в особенности свет электрической искры вызывают в сильной степени явление Ф., между тем как при свете керосина или газа Ф. еле заметна. Если образовать на белой стене спектр от источника света, богатого ультрафиолетовыми лучами (солнечный свет или вольтова дуга), и перемещать вдоль спектра испытуемое Ф. вещество (напр. пластинку уранового стекла), то можно заметить, в каких лучах спектра тело будет флюоресцировать. Произведенные по этому методу опыты показали, что почти все способные к Ф. тела начинают заметно флюоресцировать лишь у синего конца спектра и приобретают наиболее интенсивную Ф. в ультрафиолетовых лучах.
Самоподготовка по теме «Теория фотоэффекта «
Квантовая теория света была выдвинута Максом Планком 14 декабря 1900 года на собрании Немецкого физического общества, где он высказал мысль о том, что энергия излучения состоит из отдельных малых и неделимых частей – квантов или фотонов .
Согласно квантовой теории каждый фотон (квант) имеет энергию:
E = hv , где h = 6,6∙ 10 -34 Дж∙с— постоянная Планка; v — частота излучения.
Доказательством квантовой теории света является внешний фотоэлектрический эффект — явление выбивания электро нов из металла световым излучением определенного интервала частот. Явление фотоэффекта было открыто немецким физиком Генрихом Герцем. Однако в России исследованием этого явления занимался Александр Григорьевич Столетов. По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующее объяснение: п ри попадании на вещество фотон поглощается одним из электро нов. Часть поглощенной энергии расходуется на работу по вырыва нию электрона из металла A ВЬ1Х ( Измеряется в электрон- вольтах.1 эв= 1.6∙ 10 Дж). Другая часть поглощенной энергии фотона превра щается в кинетическую энергию вырванного из металла электрона m v 2 /2. Следовательно,
В стеклянный баллон, из которого выкачали воздух, помещались два электрода. Внутрь баллона через кварцевое стекло, которое пропускает ультрафиолетовые лучи, поступает свет. На электроды подается напряжение, причем освещаемый электрод подключается к отрицательному полюсу источника тока. Напряжение, подаваемое на электроды, можно изменять с помощью потенциометра и измерять вольтметром. Под действием света отрицательно заряженный электрод испускает электроны, которые, направляясь к положительно заряженному электроду, образуют электрический ток(рис1).Если, не меняя интенсивность излучения, изменять разность потенциалов между электродами, то можно получить вольт-амперную характеристику (зависимость I от U) (рис. 1).
Читайте также: Футболка тай дай акриловыми красками для ткани
рис 1.
При достижении максимального значения сила тока не меняется. Максимальное значение силы тока I В называют током насыщения . Изменяя в опыте интенсивность излучения, удалось установить первый закон фотоэффекта : количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1с, прямо пропорционально интенсивности света
Электроны, вылетающие с поверхности катода, имеют некоторую скорость и могут достичь анода. Чтобы ток стал равен нулю, необходимо изменить полярность батареи и подать напряжение U 3 (задерживающее напряжение), которое определяется выражением : е U =(2). Экспериментально обнаружено, что задерживающее напряжение не меняется при изменении интенсивности света . Оно меняется с изменением частоты падающего света.
Таким образом был сформулирован второй закон фотоэффекта : максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастёт с частотой света и не зависит от его интенсивности .
Если частота света меньше некоторой постоянной величины для данного вещества, то фотоэффект не наблюдается. Закрывая кварцевое окно обычным стеклом наблюдалось прекращение фотоэффекта .
3-ий закон фотоэффекта : для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. минимальная частота света v(или максимальная длина волны y0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если v А вых . При hv вых фотоэффект не наблюдается. Если hv кp = А,(3) то электроны освобождаются с нулевой скоростью.
Приборы, действие которых основано на явлении внешнего фотоэффекта , преобразующие световую энергию в электрическую, называются фотоэлементами.
В фотоэлементе с внешним фотоэффектом действие света вызывает выход из поверхностного слоя фотокатода электронов во внешнее пространство — в вакуум или сильно разреженный газ.
Схема устройства такого фотоэлемента приведена на рис. 2, а. На внутреннюю стенку стеклянной колбы, из которой откачан воздух, с одной стороны нанесен фотокатод 3. В центре колбы вакуумного фотоэлемента укреплен металлический анод 1 в виде небольшого кольца или пластинки. Колба снабжена пластмассовым цоколем 4 . В нижней части цоколя находятся контактные штырьки , к которым подводятся соединительные провода от фотокатода и анода. Для работы фотоэлемента анод соединяется с положительным зажимом, а фотокатод — с отрицательным зажимом источника электрической энергии, под действием подведенного напряжения образуется электрическое поле и электроны, вылетающие с поверхности освещенного фотокатода, направляются на положительно заряженный анод. Эти электроны создают в цепи электрический ток.
Внутренний фотоэффект может происходить в полупроводниках и диэлектриках (и в металлах тоже).
Фотоэффект используется в фотоэлектронных приборах , получивших разнообразные применения в науке и технике. На фотоэффекте основано превращение светового сигнала в электрический. Электрическое сопротивление полупроводника падает при освещении; это используется для устройства фотосопротивлений . При освещении области контакта различных полупроводников возникает фото-эдс, что позволяет преобразовывать световую энергию в электрическую , что применяется , например в солнечных батареях(рис3)
Вопросы для самоподготовки:
Что называется фотоэффектом?
В чем заключается гипотеза М.Планка.
Как объясняется явление фотоэффекта с помощью уравнения Эйнштейна.
Сформулируйте 1 закон фотоэффекта
Сформулируйте 2 закон фотоэффекта
В чем заключается физический смысл третьего закона фотоэффекта
Какое физическое явление положено в основу принципа действия фотоэлементов.
Почему фотокатод вакуумного фотоэлемента в случае рабочего режима соединяют с отрицательным полюсом источника тока.
С какой целью из стеклянной колбы фотоэлемента откачивают воздух?
10.Каково основное отличие внешнего фотоэффекта от внутреннего?
Выполните тестовую работу :
1.Какое из приведённых ниже выражений наиболее точно определяет понятие внешний фотоэффект ?
А. Испускание заряженных частиц веществом под действием света.
Читайте также: Шелковые ткани из шелковых нитей
Б. испускание электронов веществом в результате нагревания.
В. Вырывание электронов из вещества под действием света.
Г. Увеличение электрической проводимости вещества под действием света.
2. Как изменится абсолютная величина цинковой пластины, помещенной в вакуумную камеру, после освещения ее ультрафиолетовым излучением через кварцевое стекло? Пластина заряжена отрицательно.
3. Какое из приведённых ниже выражений позволяет рассчитать кинетическую энергию фотоэлектронов?
4. При каком условии возможен фотоэффект?
В. При любом соотношении hv и A в.
5. Укажите вещество, для которого возможен фотоэффект под действием фотонов с энергией 2,4*10ˉ ¹ 9 Дж:
Б. Оксид бария (Ав = 1,6*10ˉ¹ 9 Дж)
Д. Серебро (Ав = 6,9*10ˉ ¹ 9 Дж)
6. Чему равна максимальная кинетическая энергия электронов, вырываемых из металла под действием фотонов с энергией 8*10ˉ ¹9 Дж, если работа выхода составляет 2*10ˉ ¹ 9 Дж?
7. Укажите, что является причиной выцветания тканей под действием солнечных лучей?
А. Вырывание электронов из вещества.
Б. Разрыв эквивалентных связей.
В. Передача поверхности импульсов фотонов.
Г. Разрушение молекул вещества.
Д. Ионизация молекул вещества.
8. Как изменится сила тока насыщения в опыте по фотоэффекту при увеличении интенсивности света?
9. Как изменится работа выхода электронов из вещества при уменьшении частоты облучения в 3 раза?
10. Какое из выражений определяет энергию фотона?
11. Какая точка вольт-амперной характеристики вакуумного фотоэлемента ( рис.1) соответствует силе тока, при которой только часть электронов, вырываемых светом с поверхности металла, достигает анода?
12. Чему равна длина волны излучения, вызывающего фотоэффект, если максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов 4,5 *10ˉ¹ 9 Дж, а работа выхода для этого металла составляет 3,5 * 10ˉ¹ 9 Дж?
Почему вещи и волосы выцветают на солнце
Мы сталкиваемся с этой проблемой постоянно, но многие до сих пор не знают, почему это происходит
Итак, для начала стоит понять, где же именно находится «цвет» в ткани одежды. В молекулах любого материала есть особые области, которые называются хромофорами. Именно они показывают нам цвет вещи, когда на них падает свет. Сам свет — это поток фотонов, которые могут как поглощаться, так и излучаться хромофорами. Человеческий глаз воспринимает фотоны, которые излучаются, а длина волны этого излучения и «говорит» нам, какой именно это цвет.
Фотоны ультрафиолетового излучения, то есть солнечного, имеют высокий уровень энергии, который повреждает структуру хромофоров и меняет их способность отражать фотоны определенных длин волн. Поэтому на солнце вещи выцветают быстро, а дома этот процесс происходит медленнее, поскольку стекло не пропускает ультрафиолет.
Как вы можете догадаться, фотоны ультрафиолетовых лучей могут разрушать не только хромофоры, но и любые другие молекулы. Именно поэтому так вредно долго находиться на солнце без защитного крема: ультрафиолет повреждает клетки кожи, что может приведет к заболеванию. По этой же причине с помощью ультрафиолетовых ламп врачи и ученые часто проводят дезинфекцию помещений или рабочей одежды, все для того чтобы убить микробов.
Конечно, если вы не будете носить свою одежду на улице, вы защитите ее от фотонов ультрафиолетового излучения, однако не все так просто. Дело в том, что на окрашенные ткани воздействуют любые фотоны, именно поэтому выгорают и те вещи, которые вы никогда не выносили на солнце. Особенно наглядно это видно на старых, пожелтевших фотографиях.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом