Nini athari ya kemikali ya mwanga?

2024 Mwandishi: Angel Austin | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-02 17:56

Leo tutakuambia nini athari ya kemikali ya mwanga, jinsi hali hii inavyotumika sasa na nini historia ya ugunduzi wake.

Nuru na giza

Fasihi zote (kutoka Biblia hadi tamthiliya za kisasa) zinatumia vinyume hivi viwili. Zaidi ya hayo, nuru daima inaashiria mwanzo mzuri, na giza - mbaya na mbaya. Ikiwa hautaingia kwenye metafizikia na kuelewa kiini cha jambo hilo, basi msingi wa mgongano wa milele ni hofu ya giza, au tuseme, kutokuwepo kwa nuru.

Jicho la mwanadamu na wigo wa sumakuumeme

Jicho la mwanadamu limeundwa ili watu watambue mitetemo ya sumakuumeme ya urefu fulani wa mawimbi. Urefu wa urefu wa wimbi ni wa mwanga nyekundu (λ=380 nanometers), mfupi zaidi - violet (λ=780 nanometers). Wigo kamili wa oscillations ya sumakuumeme ni pana zaidi, na sehemu yake inayoonekana inachukua sehemu ndogo tu. Mtu huona vibrations ya infrared na chombo kingine cha hisia - ngozi. Sehemu hii ya wigo watu wanaijua joto. Mtu anaweza kuona mwanga wa urujuanim kidogo (fikiria mhusika mkuu katika filamu "Planet Ka-Pax").

Chaneli kuuhabari kwa mtu ni jicho. Kwa hiyo, watu hupoteza uwezo wa kutathmini kile kinachotokea karibu wakati mwanga unaoonekana hupotea baada ya jua. Msitu wa giza huwa hauwezi kudhibitiwa, hatari. Na ambapo kuna hatari, pia kuna hofu kwamba mtu asiyejulikana atakuja na "kuuma pipa." Viumbe wa kutisha na waovu hukaa gizani, lakini viumbe wema na wenye ufahamu huishi kwenye mwanga.

Mizani ya mawimbi ya sumakuumeme. Sehemu ya Kwanza: Nishati Chini

Unapozingatia hatua ya kemikali ya mwanga, fizikia inamaanisha wigo unaoonekana kwa kawaida.

Ili kuelewa mwanga ni nini kwa ujumla, unapaswa kwanza kuzungumzia chaguo zote zinazowezekana za mizunguko ya sumakuumeme:

1. Mawimbi ya redio. Urefu wao wa mawimbi ni mrefu sana kwamba wanaweza kuzunguka Dunia. Zinaonyeshwa kutoka kwa safu ya ionic ya sayari na kubeba habari kwa watu. Masafa yao ni gigahertz 300 au chini, na urefu wa wimbi ni kutoka milimita 1 au zaidi (katika siku zijazo - hadi infinity).
2. Mionzi ya infrared. Kama tulivyosema hapo juu, mtu huona safu ya infrared kama joto. Urefu wa wimbi la sehemu hii ya wigo ni kubwa zaidi kuliko ile inayoonekana - kutoka milimita 1 hadi nanometers 780, na mzunguko ni wa chini - kutoka 300 hadi 429 terahertz.
3. Wigo unaoonekana. Sehemu hiyo ya kiwango kizima ambacho jicho la mwanadamu huona. Urefu wa mawimbi kutoka nanomita 380 hadi 780, masafa kutoka terahertz 429 hadi 750.

Mizani ya mawimbi ya sumakuumeme. Sehemu ya Pili: Nishati ya Juu

Mawimbi yaliyoorodheshwa hapa chini yana maana mbili: ni hatarihatari kwa maisha, lakini wakati huo huo, bila wao, uwepo wa kibaolojia haungeweza kutokea.

1. Mionzi ya UV. Nishati ya fotoni hizi ni kubwa kuliko ile inayoonekana. Zinatolewa na mwangaza wetu wa kati, Jua. Na sifa za mionzi ni kama ifuatavyo: urefu wa wimbi kutoka nanomita 10 hadi 380, mzunguko kutoka 310¹⁴ hadi 310^{16 Hertz.}
2. X-rays. Mtu yeyote ambaye amevunjika mifupa anaifahamu. Lakini mawimbi haya hutumiwa sio tu katika dawa. Na elektroni zao huangaza kwa kasi kubwa, ambayo hupunguza kasi katika uwanja wenye nguvu, au atomi nzito, ambayo elektroni imetolewa kutoka kwa shell ya ndani. Urefu wa mawimbi kutoka picomita 5 hadi nanomita 10, masafa ni kati ya 310¹⁶-610^{19 Hertz.}
3. Mionzi ya Gamma. Nishati ya mawimbi haya mara nyingi hupatana na ile ya X-rays. Wigo wao huingiliana kwa kiasi kikubwa, tu chanzo cha asili hutofautiana. Mionzi ya Gamma hutolewa tu na michakato ya mionzi ya nyuklia. Lakini, tofauti na X-rays, γ-mionzi ina uwezo wa kutoa nishati ya juu zaidi.

Tumetoa sehemu kuu za ukubwa wa mawimbi ya sumakuumeme. Kila safu imegawanywa katika sehemu ndogo. Kwa mfano, "ray-rays ngumu" au "vacuum ultraviolet" inaweza kusikika mara nyingi. Lakini mgawanyiko huu wenyewe ni wa masharti: ni ngumu sana kuamua ni wapi mipaka ya moja na mwanzo wa wigo mwingine iko.

Nuru na kumbukumbu

Kama tulivyokwisha sema, ubongo wa mwanadamu hupokea mtiririko mkuu wa habari kupitia maono. Lakini unawezaje kuokoa wakati muhimu? Kabla ya uvumbuzi wa upigaji picha (hatua ya kemikali ya mwanga inahusika katika hilimchakato moja kwa moja), mtu anaweza kuandika hisia zake kwenye shajara au kumwita msanii kuchora picha au picha. Njia ya kwanza hutenda dhambi chini ya mamlaka, ya pili - si kila mtu anaweza kumudu.

Kama kawaida, bahati ilisaidia kupata njia mbadala ya fasihi na uchoraji. Uwezo wa nitrati fedha (AgNO_{3) kufanya giza hewani umejulikana kwa muda mrefu. Kulingana na ukweli huu, picha iliundwa. Athari ya kemikali ya mwanga ni kwamba nishati ya photon inachangia mgawanyo wa fedha safi kutoka kwa chumvi yake. Majibu si ya kimwili tu.}

Mnamo 1725, mwanafizikia wa Ujerumani I. G. Schultz alichanganya kwa bahati mbaya asidi ya nitriki, ambapo fedha iliyeyushwa, na chaki. Na kisha pia niligundua kwa bahati mbaya kuwa mwanga wa jua hufanya mchanganyiko kuwa giza.

Idadi kadhaa ya uvumbuzi imefuatwa. Picha zilichapishwa kwenye shaba, karatasi, glasi, na hatimaye kwenye filamu ya plastiki.

Majaribio ya Lebedev

Tulisema hapo juu kwamba hitaji la kivitendo la kuhifadhi picha lilisababisha majaribio, na baadaye uvumbuzi wa kinadharia. Wakati mwingine hutokea kwa njia nyingine kote: ukweli uliohesabiwa tayari unahitaji kuthibitishwa na majaribio. Ukweli kwamba fotoni za mwanga sio mawimbi tu, bali pia chembe, wanasayansi wamekisia kwa muda mrefu.

Lebedev aliunda kifaa kulingana na salio la msokoto. Wakati mwanga ulipoanguka kwenye sahani, mshale ulitoka kwenye nafasi ya "0". Kwa hivyo ilithibitishwa kuwa fotoni hupitisha kasi kwenye nyuso, ambayo inamaanisha kuwa zina shinikizo kwao. Na kitendo cha kemikali cha mwanga kinahusiana sana nayo.

Kama Einstein alivyoonyesha tayari, uzito na nishati ni kitu kimoja. Kwa hiyo, photon, "kufuta" katika dutu, inatoa asili yake. Mwili unaweza kutumia nishati iliyopokelewa kwa njia tofauti, ikiwa ni pamoja na kubadilisha kemikali.

Tuzo ya Nobel na elektroni

Mwanasayansi aliyetajwa tayari Albert Einstein anajulikana kwa nadharia yake maalum ya uhusiano, fomula E=mc2 na uthibitisho wa athari za uhusiano. Lakini alipokea tuzo kuu ya sayansi sio kwa hili, lakini kwa ugunduzi mwingine wa kuvutia sana. Einstein alithibitisha katika mfululizo wa majaribio kwamba nuru inaweza "kutoa" elektroni kutoka kwenye uso wa mwili ulioangaziwa. Jambo hili linaitwa athari ya picha ya nje. Baadaye kidogo, Einstein sawa aligundua kuwa pia kuna athari ya ndani ya picha: wakati elektroni chini ya ushawishi wa mwanga haitoi mwili, lakini inasambazwa tena, inapita kwenye bendi ya uendeshaji. Na dutu iliyoangaziwa hubadilisha sifa ya upitishaji!

Nyumba ambazo jambo hili linatumika ni nyingi: kutoka kwa taa za cathode hadi "kuingizwa" kwenye mtandao wa semiconductor. Maisha yetu katika hali yake ya kisasa haiwezekani bila matumizi ya athari ya picha ya umeme. Athari ya kemikali ya mwanga huthibitisha tu kwamba nishati ya fotoni katika maada inaweza kubadilishwa kuwa aina mbalimbali.

Mashimo ya ozoni na madoa meupe

Juu kidogo tulisema kwamba wakati athari za kemikali hutokea kwa kuathiriwa na mionzi ya sumakuumeme, masafa ya macho hudokezwa. Mfano tunaotaka kutoa sasa unapita zaidi ya hapo.

Hivi majuzi, wanasayansi kote ulimwenguni walipiga kengele: juu ya Antaktikashimo la ozoni linaning'inia, linapanuka kila wakati, na hii hakika itaisha vibaya kwa Dunia. Lakini basi ikawa kwamba kila kitu sio cha kutisha. Kwanza, safu ya ozoni juu ya bara la sita ni nyembamba kuliko mahali pengine. Pili, mabadiliko ya ukubwa wa eneo hili hayategemei shughuli za binadamu, yanaamuliwa na ukubwa wa mwanga wa jua.

Lakini ozoni hata inatoka wapi? Na hii ni athari ya kemikali nyepesi. Urujuanimno ambayo jua hutoa hukutana na oksijeni katika anga ya juu. Kuna ultraviolet nyingi, oksijeni kidogo, na haipatikani tena. Juu ya nafasi wazi tu na utupu. Na nishati ya mionzi ya urujuanimno ina uwezo wa kuvunja molekuli thabiti za O₂ kuwa oksijeni mbili za atomiki. Na kisha kiasi kinachofuata cha UV huchangia kuundwa kwa muunganisho wa O_{3. Hii ni ozoni.}

Gesi ya Ozoni ni hatari kwa viumbe vyote vilivyo hai. Inafaa sana katika kuua bakteria na virusi ambazo hutumiwa na wanadamu. Mkusanyiko mdogo wa gesi katika angahewa hauna madhara, lakini ni marufuku kuvuta ozoni safi.

Na gesi hii inachukua vyema kiwango cha urujuanimno. Kwa hiyo, safu ya ozoni ni muhimu sana: inalinda wakazi wa uso wa sayari kutokana na ziada ya mionzi ambayo inaweza kuharibu au kuua viumbe vyote vya kibiolojia. Tunatumai kuwa sasa ni wazi ni nini athari ya kemikali ya mwanga.