Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 82
Текст из файла (страница 82)
том 1!, 5 180), благодаря чему фотоэлементы могут выполнять а в т о и а т и. ч е с к и различные сложные операции. Построены многочисленные автоматы для счета, регистрации, пуска в ход или прекращения тех или иных операций и т. д. Число разнообразных применений фотоэлементов крайне велико, и каждый новый день приносит новые устройства этого рода. Во введении уже упоминалось, что новые фотоэлементы (с использованием полупроводников — германия и особенно кремния) способны превращать довольно значительную световую энергию в электрическую и применяются для использования солнечной энергии (солнечные батареи).
Солнечные батареи площадью в десятки квадратных метров обеспечивают электроснабжение искусственных спутников Земли. $188. Фотолюминесценция. Правило Стокса. Некоторые тела при освещении не только о т р а ж а ю т часть падающего на них света, но и начинакп с в е т и т ь с я.
Такое свечение, или люминесценция, отличается важной особенностью: свет люминесценции имеет иной спектральный состав, чем свет, вызвавший свечение. 431 Примером легко наблюдаемой люминесценции может служить синевато-молочное свечение керосина, рассматриваемого на дневном свету. Очень большое число растворов красок и других беществ обнаруживают люминесценцию, особенно под действием источников, испускающих ультрафиолетовый свет (например, электрической дуги или ртутной лампы). Свечение такого рода называют фотолюлеииесцеицией "), желая подчеркнуть, что оно возникает под действием света. Изменение цвета свечения по сравнению с цветом возбуждающего света нередко заметно глазом. Еще лучше наблюдается указанная особенность, если сравнить с п е к т р света люминесценции со спектром возбуждающего света. Все эти наблюдения показывают, что свет люминесценции характеризуется б о л ь ш е й длиной волны, чем возбуждающий свет.
Рис. 334. Опыты по флюоресценцин. а) расположение приборов; б) стема опыта. 1 — источник света (фонарь), 2 — светофильтр (фиолето- вый), а — сосуд с флюоресцирующим веществом Это правило, гласящее, что свет люминесценции характеризуется большей длиной волны, чем свет возбуждающий, носит название правила Стокса в честь английского физика Георга Стокса (1819 — 1903). ") Слово «фотолюл«инесценция» представляет собой довольно неудачное соединение греческого слова «фетос» — свет с латинским словом «люминесценция» — свечение, 432 Любой опыт по возбуждению фотолюминесценции может служить иллюстрацией этого правила.
Пропустим, например, свет от фонаря через фиолетовое стекло, задерживающее практически все голубые и более длинные волны (рис. 334). Если пучок такого ф и о л е т о в о г о света направить на колбочку, в которой содержится раствор флюоресцеина, то освещенная жидкость начинает ярко люминесцировать зеленожелтым светом. Применяя источники света, излучение которых содержит значительное количество коротких волн (ультрафиолетового диапазона), можно обнаружить, что почти все тела обладают способностью в большей или меньшей степени люминесцировать. Нередко удается значительно усилить люминесценцию, сильно охладив тело, например погрузив его в жидкий воздух. Обращает на себя внимание, что некоторые тела сохраняют способность светиться некоторое время п о с л е того, как освещение их прекратилось.
Такое послвсввченивможетиметь различную длительность. В некоторых объеитах оно продолжается очень малое время (десятитысячные доли секунды и меньше) и для наблюдения его требуются осооые приспособления. В других оно тянется много секунд и даже минут (часов), так что наблюдение его не представляет никаких трудностей. Принято называть свечение, прекращающееся вместе с освещением, флооресценцией, а свечение, имеющее заметную длительность, фовфоревценцивй.
Следует, однако, имезь в виду, что между флкюресценцией и фосфоресценцией трудно провести резкую границу, так что деление этодо известной степени у с л о в н о. Явление длительной фосфоресценции обнаруживают многие кристаллические порошки, специально приготовленные, Ими пользуются для изготовления так называемых фосфоресцируюи(их экранов. Лист картона, покрытый, например, порошком сернистого цинка, представляет хороший фосфоресцирующий экран, сохраняющий свое свечение две-три минуты после освещения. Такие экраны светятся и под действием рентгеновских лучей. Следует отметить, впрочем, что явление люминесценции под действием рентгеновских лучей более сложно, чем под действием обычного света, ибо при этом играют роль быстрые электроны, вырываемые рентгеновскими лучами.
Очень важное применение нашли в последнее время фосфоресцирующие порошки при изготовлении л а м п д и е в н о г о с в е т а. В газоразрядных лампах свечение, возникавшее при электрическом токе в газе, например в парах ртути, обычно содержит много ультрафиолетового излучения, не только не пригодного для освещения, но и вредного для глаза. Покрывая, по предложению советского физика Сергея Ивановича Вавилова (189! — 1951), внутренность таких ламп специально изготовленным фосфоресцирующим составом, удается превратить этот ультрафиолетовый свет в видимый (в согласии с правилом Стокса). Это приводит к большой э к о н о м и и, ибо в таких лампах в энергию видимого света превращается примерно в три раза ббльшая доля электрической энергии, чем в лампах накаливания.
Подбирая состав фосфоресцирующего вещества, можно добиться также и улучшения спектрального с о с т а в а излучаемого света, приближая его к спектральному составу дневного света. Так устроены современные лампы дневного света, получающие все более и более широкое распространение. й 187. Физический смысл правила Стокса.
Ключ к пониманию правила Стокса дают квзнтовые представления. Вообразить что свечение вызывается монохроматическим светом частоты т. Таким образом, молекула люминесцирующего вещества поглощает энергию в виде кванта й ю Про. цессы, вызываемые поглощенной энерп|ей в молекуле, довольно сложны. Часть энергии кванта расходуется на эти процессы, з часть вновь испус. кается в виде света люминесцеции. Испускаемый квант должен, следо. вательно, иметь м е и ь ш у ю энергию, т. е.
соответствовать м е н ьш е й чаглаге т. Это уменьшение частоты (увеличеиие длины волны) и составляет содержание правила Стокса, То обстоятельство, что даже при возбуждении и о н о х р о м а т ич е с к и м светом обычно яспускается свет р а з н о о б р а з н ы х длин волн, показывает, что процессы размена ввергни светового кванта внутри молекулы довольно сложны и разнообразны. Мы еще не знаем нх достаточно точно, н поэтому теорня фотолюминесценции еще ие вполне ясна.
5 188. Люминесцентный анализ. Кроме упомянутого уже применения люминесценции для фосфоресцирующих экранов и различных светящихся красок для декоративных н театральных целей, необходимо отметить еще одну важную область ее применения. Явления люминесценции характеризуются крайне высокой чувствительностью: достаточно иногда располагать 10 " г светящегося вещества, например в растворе, чтобы иметь возможность обнаружить его по характерному свечению. Возможно наблюдение при помогци люминесценции ничтожных следов вещества, составляющего миллионную долю процента в какой-нибудь смеси. Эта высокая чувствительность делает люминесценцию важным средством обнаружения некоторых ничтожно малых приме- 434 сей, позволяющим судить о каких-либо загрязнениях или процессах, приводящих к изменению исходного вешества.
Так, например, при помощи люминесценции можно обнаружить самые начальные стадии загнивании продуктов. Известны применения люминесцентного анализа при разведке нефти. Если почва, извлекаемая при бурении, содержит ничтожные следы нефти, то их можно легко обнаружить по флюоресценции. Таким образом удается судить о близости нефтеносных слоев. Сушествует и много других областей технического применения люминесцентного анализа. У нас в СССР люминесцентный анализ получил под руководством С.
И. Вавилова широкое применение. й 189. Фотохимические действия света. Поглощение света может вызвать и некоторые химические процессы, состоящие обычно в распаде молекулы, поглотившей свет, на части, за которым нередко следует ряд дальнейших химических преврашений. Наибольшее значение и тн е е т химический процесс, который разыгрывается под действием света в зеленых частях растений. Как известно, дыхание всех живых существ сопровождается окислением углерода, входящего в состав их тел.
Сгорание углерода (превращение его в углекислоту СО,) сопровождается освобождением энергии, которая и используется жнвотныьш при их движении. Точно так же главный источник энергии, используемый в технике, есть процесс сжигания топлива, т. е. опять-таки процесс образования СО,. Обратный процесс расщепления СО, происходит в зеленых частях растений под действием солнечного света, как фотохимический процесс. Расщепление углекислоты сопровождается дальнейшими химическими превращениями, приводящими в конце концов к образованию тех основных органических соединений, из которых построено тело растений и животных. Таким образом, этот «великий круговорот углерода» в природе осуществляется благодаря фотохимическому превращению.
Энергия, затраченная при этом солнечным светом, запасается в виде внутренней энергии продуктов превращения и является главным запасом энергии, используемым до последнего времеви человеком. Важную роль в исследовании процесса расщепчения СО, под действием света играют исследовании русского биолога Климентия Аркадьевича Тимиризева (! 343 — 1920), который установил, что процесс этот связан с хлорофиллом растений„обусловливающнм зеленую окраску листьев растений, и что он происходит по преимуществу под действием красного излучения солнечного спектра, которое наиболее сильно 435 поглощаются хлорофиллом. Однако весь фотохимический прокесс очень сложен, и, несмотря на успехи последних лет, позволившие выяснить отдельные этапы процесса, их последовательность и взаимосвязь еще не.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
