Реферат із фізики на тему: « Фотофізична дія світла »

Виконали :

учні 11а класу

Харківської загальноосвітньої

школи І - ІІІ ступенів № 94

Покровська Каріна,

Цивінська Марія,

Чорноблавська Лілія,

Стороженко Марина,

Сидоренко Дар’я,

Чан Ван Куанг,

Фам Хонг Куан

План :

1. Фотохромізм.

2. Люмінесценція.

А) загальні відомості;

Б) природа явища;

В) класифікація видів;

Г) спектроскопія;

Д) використання .

3. Квантові генератори - лазери.

4. Тиск світла.

5. Висновок.

6. Використані джерела.

1. Фотохромізм.

Фотохромізм - це здатність речовини зворотно (тобто з подальшим поверненням у вихідне положення) переходити з одного стану в який-небудь інший стан під дією оптичного випромінювання.

Під час цього явища в речовині з'являється, або різко змінюється спектр поглинання видимого випромінювання.

Це пояснюють тим, що, поглинувши квант світла, речовина переходить у новий стан, який характеризується іншим спектром поглинання або перебудовою валентних зв'язків у процесі фотодисоціації чи фотохімічної реакції.

Багато речовин здійснюють вказані переходи під дією, наприклад, рентгенівського випромінювання. Проте фотохромними речовини називаються лише тоді, коли такі переходи у них виникають і під дією оптичного випромінювання (ультрафіолетового, видимого або інфрачервоного).

Ґрунтуючись на квантовій гіпотезі світла, А. Ейнштейн сформулював два фотохімічні закони:

1) поглинутий речовиною фотон може викликати перетворення лише однієї молекули;

2) фотохімічна реакція відбувається за умови, що енергія фотона достатня для розриву молекулярних зв'язків, тобто не менша за енергію дисоціації.

 Фотохромізм властивий дуже великій кількості речовин органічного та неорганічного походження. В основі фотохромізму органічних речовин лежить ряд фотофізичних процесів і численні фотохімічні реакції. Якщо основою фотохромізму служать фотохімічні реакції, то вони супроводжуються або перебудовою валентних зв'язків (наприклад, при дисоціації, димеризації, перегрупування атомів у молекулі, окисно-відновних реакціях, а також при таутомерних перетвореннях, або зміною конфігурації атомів в молекулах.

Фотохромізм неорганічних речовин обумовлений оборотними процесами фотопереносу електронів, що призводить до виникнення центрів забарвлення різного типу, зміни валентності іонів металів, а також оборотними реакціями фотодисоціації з'єднань тощо.

На основі органічних і неорганічних фотохромних речовин розроблені фотохромні матеріали. Застосування цих матеріалів в науці і техніці засноване на їх світлочутливості, оборотності фотофізичних і фотохімічних процесів,що відбуваються в них, на появі або зміні забарвлення (спектрів поглинання) безпосередньо під дією світла, на розходженні термічних, хімічних та фізичних властивостей вихідного і фотоіндукованого станів фотохромних речовин.

2. Люмінесценція

Люмінесценція — відмінне від теплового світіння збудженої речовини. Інша назва холодне світло.

А) Речовина, у якій спостерігається люмінесценція, називається люмінофором. Люмінесцентне випромінювання виникає за рахунок квантових переходів атомів, іонів, молекул зі збудженого стану в основний чи менш збуджений, тому кожен атом, іон чи молекула люмінофора є центром люмінесценції.

Люмінесценція при збудженні речовини світлом називається фотолюмінесценцією. При збудженні речовини струмом виникає електролюмінесценція, яка використовується в люмінесцентних лампах та світлодіодах. У електроннопроменевих трубках, які ще донедавна використовувалися у телевізорах та дисплеях, люмінесценція збуджується потоком електронів. У ядерній фізиці використовуються сцинтиляційні детектори, в яких люмінесценція викликається швидкими зарядженими частинками. Світіння, яке виникає внаслідок хімічних реакцій, називають хемолюмінесценцією, а світіння в живих організмах — біолюмінесценцією. Люмінесценція може продовжуватися ще дуже довго після збудження речовини. Таку люмінесценцію (з характерним часом  с) випромінювання на зміненій частоті називають фосфоресценцією. Швидке негайне (з характерним часом  с) називають флюоресценцією. Точні кількісні критерії розмежування цих двох явищ визначити важко, проте знання механізму конкретного люмінесцентного процесу дозволяє чітко їх розрізнити - при фосфоресценції відбувається зміна мультиплетності молекули, при флюоресценції спін, а відтак і мультплетність не змінюються.

Проте такий прозорий критерій розрізнення є загально прийнятим лише серед фахівців з молекулярної спектроскопії; науковці, що займаються іншими системами, зокрема атомною спектроскопією, не завжди його притримуються: так, одна з найважливіших для фотохімії лінія випромінювання ртуті 253,7 нм відповідає переходу ³P₁→¹S₀ і за цим критерієм є фосфоресцентною лінією, проте фахівці з атомної спектроскопії так її не називають.

Б) При збудженні речовини тим чи іншим способом, її молекули (у випадку газу чи рідини) переходять у високоенергетичні квантові стани. У випадку напівпровідників електрони переходять із валентної зони у вільні стани зони провідності, залишаючи у валентній зоні дірку. Збуджений стан може випроменити фотон негайно, повернувшись у основний стан або ж втратити частину енергії в результаті зіткнень.

Процеси поступової втрати енергії збудженою частинкою називаються релаксацією. Релаксація продовжується, доки збуджена частка не прийде до стану, коли подальша поступова втрата енергії неможлива. Такі стани характерні для кожної речовини й визначають спектр люмінесценції. Збудження може існувати в такому стані лише певний час, а потім відбувається перехід до основного стану, який супроводжується випромінюваннями кванта світла — фотону. Кожен люмінофор характеризується своїм спектром люмінесценції, на який майже не впливає спосіб збудження.

В) Довготривалу люмінесценцію називають фосфоресценцією, а короткотривалу – флуоресценцією.

За механізмом розрізняють такі різновиди люмінесценції: резонансну, спонтанну, вимушену та рекомбінаційну.

За типом збудження розрізняють фотолюмінесценцію, рентгенолюмінесценцію, катодолюмінісценцію, хемілюмінесценцію, кріолюмінесценцію, електролюмінесценцію, триболюмінесценцію, радіолюмінесценцію термолюмінесценцію тощо.

Г) Вивчення люмінесценції — один із головних методів оптичної спектроскопії. Вивчають звичайно спектр випромінювання, спектр збудження й кінетику згасання люмінесценції. Існує також метод термостимульваної люмінесценції, коли речовину опромінюють при низькій температурі, за якої процеси релаксації збуджень затримані, а потім її повільно підігрівають і вона починає світитися при певній температурі.

Д) Люмінесценцію широко використовують в електропроменевих приладах, світлотехніці, дефектоскопії та люмінесцентному аналізі, при люмінесцентній сепарації корисних копалин. Люмінесценція мінералів є їх важливою діагностичною ознакою.