Медколледж 03.04. 20. Тема 2. Люминесценция
учебно-методический материал по физике

Люминесце́нция

(от лат. lumen, род. падеж luminis — свет и -escens — суффикс, означающий процесс или состояние, от -ēscō — становиться) — нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения. Впервые люминесценция была описана в XVIII веке.

Первоначально явление люминесценции использовалось при изготовлении светящихся красок и световых составов на основе так называемых фосфóров, для нанесения на шкалы приборов, предназначенных для использования в темноте.  1948 год -  советский учёный С. И. Вавилов  предложил начать изготовление экономичных люминесцентных ламп и использовать люминесценцию в анализе химических веществ. В быту явление люминесценции используется чаще всего в люминесцентных лампах «дневного света» и электронно-лучевых трубках кинескопов. На использовании явления люминесценции основано явление усиления света, экспериментально подтверждённое работами В. А. Фабриканта и лежащее в основе научно-технического направления квантовой электроники, конкретно находящее своё применение в усилителях света и генераторах стимулированного излучения (лазерах).

 Физическая природа люминесценции состоит в излучательных переходах электронов атомов или молекул из возбуждённого состояния в основное. Причиной первоначального их возбуждения могут служить различные факторы: внешнее излучение, температура, химические реакции и др.

Антрацен, нафталин, белки, содержащие ароматические аминокислоты, многие пигменты растений и в частности хлорофилл, а также ряд лекарственных препаратов обладают ярко выраженной способностью к люминесценции. Первоначально понятие люминесценция относилось только к видимому свету. В настоящее время оно применяется к излучению в инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах .

Многие формы природной люминесценции были известны людям очень давно: свечение насекомых (светлячки), свечение морских рыб и планктона, полярные сияния, свечение минералов, гниющего дерева и других разлагающихся органических веществ.

 Твёрдые и жидкие вещества, способные люминесцировать, называют люминофорами (от лат. lumen — свет и др.-греч. phoros — несущий).

Типы люминесценции

Фотолюминесценция — свечение под действием света (видимого и УФ-диапазона). Она, в свою очередь, делится на

o        флуоресценцию (время жизни 10−9−10−6 с);

o        фосфоресценцию (10−3−10 с);

•        Хемилюминесценция — свечение, использующее энергию химических реакций;

•        Катодолюминесценция — вызвана облучением быстрыми электронами (катодными лучами);

•        Сонолюминесценция — люминесценция, вызванная звуком высокой частоты;

•        Радиолюминесценция — при возбуждении вещества ионизирующим излучением;

•        Триболюминесценция — люминесценция, возникающая при растирании, раздавливании или раскалывании люминофоров. Триболюминесценция вызывается электрическими разрядами, происходящими между образовавшимися наэлектризованными частями — свет разряда вызывает фотолюминесценцию люминофора.

•        Биолюминесценция — способность живых организмов светиться, достигаемая самостоятельно или с помощью симбионтов.

•        Электролюминесценция- возникает при пропускании электрического тока через определённые типы люминофоров.

•        Кандолюминесценция — калильное свечение.

•        Термолюминесценция — люминесцентное свечение, возникающее в процессе нагревания вещества

Применение люминесценции

Идентификации веществ; обнаружения малых концентраций веществ; контроль изменений, претерпеваемых веществом; при изучении кинетики обычных химических реакций; исследования структуры белков методом флуоресцентных зондов и меток;  

сортировка горных пород; определение сорта стекол, смазочных масел; обнаружения загрязнений, в медицине, в сельском хозяйстве. Например, свежее и портящееся зерно светится по-разному.

Современные источники излучения: фотолюминофоры и электролюминофоры. Фотолюминофоры, применяемые в фотолюминесцентных источниках излучения, возбуждаются УФ.  

Применяются для фосфоресцирующих экранов и различных светящихся красок,  для декоративных и театральных целей.  Наблюдение ничтожных следов вещества, составляющего миллионную долю процента в какой-нибудь смеси.

Тест «Волновые свойства света» (основные понятия)

Вариант 1.

1. Две световые волны являются когерентными, если…

1) волны имеют одинаковую частоту;

2)волны имеют постоянную разность фаз;

3) волны имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

2. Каким образом можно на опыте получить когерентные волны?

1) от двух источников одинаковой частоты

2) от двух произвольных источников

3) разделив световой луч на две части

4) пропустив белый свет через стеклянную призму.

3. Разложение белого света с помощью призмы вызвано явлением

1) дифракции 2) дисперсии

3) интерференции 4) поляризации

4. Условие интерференционных максимумов когерентных волн выражается формулой:

1) Δ=±(2m+1)λ

2) Δ=± mλ

3) Δ=±(m+1/2 )λ

4) Δ=2 mλ2

5. Что называется дифракцией света?

1) разложение белого света в спектр при помощи стеклянной призмы

2) усиление или ослабление света при наложении двух когерентных волн

3) огибание светом препятствий

4) отклонение света к основанию стеклянной призмы

Тест «Волновые свойства света» (основные понятия)

Вариант 2.

1. При каких условиях будет наблюдаться интерференция двух пучков света?

1) амплитуды колебаний одинаковы

2) начальные фазы колебаний одинаковы

3) амплитуды и начальные фазы колебаний одинаковы

4) частоты колебаний одинаковы

2. Что называется дифракцией света?

1) разложение белого света в спектр при помощи стеклянной призмы

2) усиление или ослабление света при наложении двух когерентных волн

3) огибание светом препятствий

4) отклонение света к основанию стеклянной призмы

3. Цвета спектра (красный – к, оранжевый – о, синий – с, желтый – ж, голубой – г, зеленый – з, фиолетовый – ф) в порядке убыли длины волны правильно указаны в ответе

1) ф, с, г, з, ж, о, к 2) к, о, ж, з, г, с, ф

3) ф, г, з, с, ж, о, к 4) к, о, ж, с, з, г, ф

4. Условие интерференционных минимумов когерентных волн выражается формулой:

1) Δ=±(2m+1)λ/2

2) Δ=± mλ

3) Δ=±(2m+1/2 )λ

4) Δ=2mλ

5.  Могут ли две разноцветные световые волны, например красного и зелёного излучений, иметь одинаковые длины волн?

1) длина волны красного излучения всегда больше зелёного;

2) длина волны красного излучения всегда меньше зелёного;

3) могут, если волны распространяются в различных средах;

4) длина волны в любом случае одинакова.