Реферат химическое действие света

Обновлено: 08.07.2024

Квантовымзаконам подчиняется поведение всех микрочастиц. Но впервые квантовые свойства материи были обнаружены при исследовании излучения и поглощения света.
Поглощается и излучается электромагнитная энергия отдельными порциями. Это подтверждается явлением фотоэффекта (вырывание электронов из вещества под действием света). При излучении и поглощении свет обнаруживает корпускулярные свойства, в процессераспространения - волновые свойства. Впоследствии было установлено существование корпускулярно-волнового дуализма у всех элементарных частиц. Сама же световая частица была названа квантом света или фотоном.
Свет оказывает давление на препятствия, хотя и очень малое. Оно впервые было обнаружено и измерено русским физиком П.Н.Лебедевым.
Под действием света происходят также многие химические реакции.ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ СВЕТА

Любое превращение молекул есть химический процесс. Химические процессы, протекающие под действием видимого света и ультрафиолетовых лучей, называются фотохимическими реакциями. Световой энергии достаточно для расщепления многих молекул. В этом проявляется химическое действие света.
Кфотохимическим реакциям относятся: фотосинтез углеводов в растениях, распад бромистого серебра на светочувствительном слое фотопластинки, взаимодействие хлора с водородом на свету с образованием HCl и многое другое. Выцветание тканей на солнце и образование загара (потемнение кожи человека под воздействием ультрафиолетовых лучей) – это тоже примеры химического действия света.

Процесс фотосинтезаВажнейшие химические реакции под действием света и солнца происходят во многих микроорганизмах, траве, зеленых листьях деревьев и растений , дающих нам пищу и кислород для дыхания. Листья поглощают из воздуха углекислый газ и расщепляют его молекулы на составные части: углерод и кислород. Происходит это в молекулах хлорофилла под действием красных лучей солнечного спектра. Этот процесс называетсяфотосинтезом. Хлорофилл – зеленый пигмент, сосредоточенный в хлоропластах и находящийся в непрочном состоянии с белковыми веществами. Наличие хлорофилла является необходимым условием фотосинтеза, т.е. создания органического вещества из углекислоты и воды при участии солнечного света. Эти богатые энергией органические вещества служат пищей для всех других организмов и обеспечивают существование на Земле всегоорганического мира. В результате фотосинтетической деятельности растений в прошлые геологические эпохи в недрах и на поверхности Земли накопились громадные запасы восстановленного углерода и органических продуктов в виде каменного угля, нефти, горючих газов, сланцев, торфа, а атмосфера обогатилась кислородом. Фотосинтез может протекать только под действием света определенного спектральногосостава.
В изучении строения и значения хлорофилла видное место занимают работы великого русского ученого К.А.Тимирязева. Механизм фотосинтеза еще не выяснен до конца.

Химическое действие света лежит в основе фотографии. Слово “фотография” происходит от греческого “фото” – свет, “графо” – рисую, пишу. Фотография – рисование светом, светопись – была открыта не сразу и не однимчеловеком. В это изобретение вложен труд ученых многих поколений разных стран мира. Люди давно стремились найти способ получения изображений, который не требовал бы долгого и утомительного труда художника. Некоторые предпосылки для этого существовали уже в отдаленные времена.

Поглощается и излучается электромагнитная энергия отдельными порциями. Это подтверждается явлением фотоэффекта (вырывание электронов из вещества под действием света). При излучении и поглощении свет обнаруживает корпускулярные свойства, в процессе распространения - волновые свойства. Впоследствии было установлено существование корпускулярно-волнового дуализма у всех элементарных частиц. Сама же световая частица была названа квантом света или фотоном.

Файлы: 1 файл

Свет.doc

Выполнил: Васильев Алексей

Проверил: Михайлина Светлана

Квантовым законам подчиняется поведение всех микрочастиц. Но впервые квантовые свойства материи были обнаружены при исследовании излучения и поглощения света.

Свет оказывает давление на препятствия, хотя и очень малое. Оно впервые было обнаружено и измерено русским физиком П.Н.Лебедевым.

Под действием света происходят также многие химические реакции.

ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ СВЕТА

К фотохимическим реакциям относятся: фотосинтез углеводов в растениях, распад бромистого серебра на светочувствительном слое фотопластинки, взаимодействие хлора с водородом на свету с образованием HCl и многое другое. Выцветание тканей на солнце и образование загара ( потемнение кожи человека под воздействием ультрафиолетовых лучей) – это тоже примеры химического действия света.

Процесс фотосинтеза

Важнейшие химические реакции под действием света и солнца происходят во многих микроорганизмах, траве, зеленых листьях деревьев и растений , дающих нам пищу и кислород для дыхания. Листья поглощают из воздуха углекислый газ и расщепляют его молекулы на составные части: углерод и кислород. Происходит это в молекулах хлорофилла под действием красных лучей солнечного спектра. Этот процесс называется фотосинтезом. Хлорофилл – зеленый пигмент, сосредоточенный в хлоропластах и находящийся в непрочном состоянии с белковыми веществами. Наличие хлорофилла является необходимым условием фотосинтеза, т.е. создания органического вещества из углекислоты и воды при участии солнечного света. Эти богатые энергией органические вещества служат пищей для всех других организмов и обеспечивают существование на Земле всего органического мира. В результате фотосинтетической деятельности растений в прошлые геологические эпохи в недрах и на поверхности Земли накопились громадные запасы восстановленного углерода и органических продуктов в виде каменного угля, нефти, горючих газов, сланцев, торфа, а атмосфера обогатилась кислородом. Фотосинтез может протекать только под действием света определенного спектрального состава.

В изучении строения и значения хлорофилла видное место занимают работы великого русского ученого К.А.Тимирязева. Механизм фотосинтеза еще не выяснен до конца.

Люминесценция — излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела при данной температуре и имеющее длительность, значительно превышающую период световых волн. Первая часть этого определения предложена Э. Видоманом и отделяет люминесценцию от равновесного теплового излучения. Вторая часть — признак длительности — введена С. И. Вавиловым для того, чтобы отделить люминесценцию от других явлений вторичного свечения — отражения и рассеяния света, а также от вынужденного испускания, тормозного излучения заряженных частиц.

Условия, в которых возбуждаются и светят частицы люминесцентного вещества, совершенно отличны от условий, в которых находятся частицы раскалённого тела. В то время как при нагревании тела увеличивается энергия всех его частиц, при возбуждении люминесценции энергию получают лишь отдельные частицы, остающиеся в окружении огромного числа невозбуждённых частиц.

Наиболее простым способом возбуждения люминесценции является освещение люминесцентного вещества ультрафиолетовыми лучами или коротковолновыми лучами видимого света; при этом в каждый данный момент свет поглощают лишь некоторые частицы люминесцентного вещества, которое и приходят в возбуждённое состояние. Кроме того, как указал академик С.И.Вавилов, важным признаком люминесценции является её заметная длительность по сравнению со световыми колебаниями, имеющими период 10-10 сек. Свечение люминесценции продолжается, по крайней мере, десятимиллиардную долю секунды после прекращения возбуждения, т.е. энергия, поглощённая частицами вещества, не излучается мгновенно. Этим люминесценция отличается от других видов свечения, например от излучения поверхностей, отражающих и рассеивающих свет какого-нибудь постороннего источника.

Природное применение холодного свечения – люминесценции, наблюдались, конечно, и первобытным человеком, но сознательное описание этих явлений и выяснение их способностей началось лишь около 400 лет назад.

Систематические количественные исследования холодного свечения были начаты 100 лет назад трудами английского физика Э.Беккереля.

Следует отметить, что два величайших открытия конца XIX века: лучей Рентгена и радиоактивности неразрывно связаны с исследованием люминесценции.

Рентгеновские экраны для рентгенографии были одним из первых важнейших применений люминесценции для технических целей. Вскоре люминесцентные вещества стали использоваться для нанесения на экраны осциллографов. Почти одновременно, в 90-х годах прошлого столетия, свечение газов в разрядных трубках было использовано для целей декоративного освещения. С этого времени применение люминесценции в технике непрерывно возрастало, а вместе с тем быстро нарастал и темп научного исследования этих явлений.

1. Классификация явлений люминесценции

1) В зависимости от характера элементарных процессов, приводящих к люминесцентному излучению, различают спонтанные, вынужденные и рекомбинационные процессы люминесценции, а также резонансную флуоресценцию.

Схема квантовых переходов при элементарном процессе люминесценции: 1 — основной энергетический уровень; 2 — уровень излучения; 3 — уровень возбуждения. Переход 3—1, показанный пунктирной стрелкой, соответствует резонансной люминесценции, переход 2—1 — спонтанной люминесценции.

1а) Резонансная флуоресценция наблюдается в парах атомов и состоит в спонтанном высвечивании с того же энергетического уровня, на котором оказался излучающий атом при поглощении энергии от источника люминесценции. При возбуждении резонансной флуоресценции светом имеет место резонансное излучение, переходящее в резонансное рассеяние при увеличении плотности паров.

С квантовой точки зрения для атомного резонанса необходимо, чтобы энергия падающего фотона совпала с энергией одного из уровней атома.

1б) Спонтанная люминесценция состоит в том, что под воздействием источника люминесценции вначале происходит возбуждение атомов (молекул или ионов) на промежуточные возбужденные энергетические уровни - далее с этих уровней происходят излучательные, а чаще безызлучательные переходы на уровни, с которых излучается люминесцентное свечение. Такой вид люминесценции наблюдается у сложных молекул в парах и растворах, у примесных центров в твердых телах.

1в) Вынужденная (метастабильная) люминесценция характерна тем, что под действием источника люминесценции происходит переход на метастабильный уровень, а затем следует переход на уровень люми-несцентного излучения. Примером является фосфоресценция органических веществ.

Схема квантовых переходов при метастабильной (стимулированной) люминесценции. Для перехода с метастабильного уровня 4 на излучающий уровень 2 атом должен поглотить дополнительную энергию;
1 — основной уровень; 3 — уровень возбуждения.

Метастабильное состояние квантовых систем – это возбуждённое состояние атомных систем (атомов, молекул), которые могут существовать длительное время и, т. о., стабильны. Атомы и молекулы в метастабильном состоянии квантовых систем играют важную роль в элементарных процессах, например в разрежённых газах: энергия возбуждения мож ет длительное время сохраняться частицами, находящимися в метастабильном состоянии квантовых систем, и затем передаваться другим частицам при столкновении, что вызывает послесвечение.

2) Время длительности люминесценции разделяют на флуоресценцию и фосфоресценцию.

2а) Флуоресценция обусловлена переходами атомов, молекул или ионов из возбужденного состояния в нормальное и прекращающается сразу после окончания действия возбудителя свечения.

2б) Фосфоресценция. При введении веществ в очень вязкие среды (в желатину, сахарные леденцы и т. д.), а также при замораживании растворов возникает длительное свечение, продолжающееся доли секунды и даже целые секунды. Свечение такого вида называют замедленной флуоресценцией, или фосфоресценцией. Известны два вида замедленной флуоресценции: при одном спектр свечения совпадает со спектром флуоресценции (a-процесс), при втором наблюдается резко отличный спектр свечения, сдвинутый в сторону длинных волн (b-процесс).

Фосфоресценция обусловлена наличием метастабильных возбужденных состояний атомов и молекул, переход из которых в нормальное состояние затруднен по тем или иным причинам. Переход из метастабильного состояния в нормальное возможен лишь в результате дополнительного возбуждения, например теплового.

Разграничение на флуоресценцию и фосфоресценцию является достаточно условным. Иногда под флуоресценцией понимают спонтанную люминесценцию, а под фосфоресценцией вынужденную люминесценцию.

3) По типу возбуждения различают: ионолюминесценцию, кандо-люминесценцию, катодолюминесценцию, радиотермолюминесценция, рентгенолюминесценцию, электролюминесценцию, фотолюминесценцию, хемилюминесценцию, биолюминесценцию, триболюминесценцию, кристаллолюминесценцию.

3а) Ионолюминесценция - свечение при прохождении ультразвуковых волн через растворы некоторых веществ.

3б) Для кандолюминесценции необход им контакт пламени с люминофором, при этом он не должен сильно нагреваться.

КПД катодолюминесценции обычно составляет 1—10%, основная же часть энергии электронного пучка переходит в тепло. Катодолюминесценция широко применяется в технике, особенно в вакуумной электронике. Ей обусловлено свечение экранов черно-белых и цветных телевизоров, различных осциллографов, электронно-оптических преобразователей и т.д.

3г) Радиотермолюминесценция. О казалось, что если сильно охлаж-денный образец вещества, предварительно облученный гамма-лучами, альфа-частицами или электронами, постепенно нагревать, то он начинает интенсивно светиться. Практически все вещества могут таким образом "накапливать" в себе свет и долго сохранять его. И лишь при нагреве свет как бы "оттаивает", - начинается рекомбинация "замороженных" электронов, сопровождаемая световым излучением. Цвет свечения постепенно меняется, изменяется также и его интенсивность. При этом пики интенсивности соответствуют температурам структурных переходов, что особенно заметно у различных полимеров. Даже незначительные изменения структуры вещества: повышение степени кристалличности, изменение взаимного расположения макромолекул, существенно влияют на характер свечения. РТЛ весьма чувствительна к механическим напряжениям в полимере.

Под химическим действием света подразумевается протекание химических реакций под действием видимого света или ультрафиолетовых лучей. Известно, что некоторые реакции требуют значительных затрат энергии. Тем не менее, энергии кванта света оказывается достаточно для их протекания.

Химические реакции, которые протекают под действием видимого или ультрафиолетового излучения, называются фотохимическими. Раздел химии, изучающий данный тип реакций, называется фотохимией.

Механизм фотохимических реакций сводится к тому, что атомы и молекулы реагирующих веществ поглощают кванты света и переходят в возбужденное состояние. Часто этот процесс сопровождается распадом реагирующих веществ на ионы или свободные радикалы.

Реакции данного типа встречаются в природе. Кроме того, многие из них являются важными составляющими техналогических процессов и лабораторных синтезов. Целью данного реферата является рассмотрение наиболее существенных фотохимических реакций.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ФОТОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Под фотохимической реакцией понимают химические превращения протекающие в результате воздействия на систему электромагнитного излучения видимой или ультрафиолетовой части спектра. Фотохимическая реакция имеет два основных этапа: активация (возбуждение) частицы и дезактивация - переход частицы в невозбужденное состояние вследствие протекания некоторых процессов.
Активация частицы с помощью электромагнитного излучения.При этом частица получает энергию кванта света и переходит в возбуждённое состояние. Чем больше происходит энергия частицы в возбужденном состоянии , тем легче она вступает в реакцию. Однако в возбужденном состоянии частица нестабильна, она стремится отдать избыточную энергию и вернуться в основное состояние.Время жизни возбуждённой частицы 10 -4 - 10 -8 с.В пределах этого времени частицы успевают дезактивироваться.

Существует четыре варианта дезактивации возбуждённых частиц.
Флуоресценция - процесс, подобный флуорестенции, только осуществляется он для частиц с более низким уровнем активации.
Безызлучательная дезактивация - наиболее редко происходящий процесс. Энергия активации частицы отдается в виде тепловой энергии.
Фотосенсибилизация - дезактивация частицы путем испускания ею кванта света. Длительность процесса составляет 10 -8 -10 -6 с.

Фосфоресценция - процесс передачи активационной энергии от одной частицы к другой. Например, возбужденная молекула А* может дезактивироватся одним из описанных выше методов, а может столкнуться с молекулой В , находящейся в основном, т. е. невозбужденном состоянии, и передать ей энергию. Таким образом, молекула А переходит в невозбужденное состояние , а молекула В активируется:

Возбужденная частица В* дальше может либо дезактивироватся одним из описанных выше способов, либо вступить в фотохимическую peaкцию.
Фотохимическая реакция также являются одним из способов дезактивации возбужденной молекулы. Результатом фотохимической реакции, в отличие от других методов дезактивации, является образование новых веществ.

Некоторые примеры фотохимических реакций
Фотохимические реакции - важный объект изучения, поскольку они позволяют получать вещества, недоступные для получения другими методами.Причина этого заключается в том, что для получения многих соединений необходимо сообщить исходным веществам такую высокую энергию активации, которую им может передать только фотон. Рассмотрим некоторые из этих реакций.

Между обеими формами в растворе устанавливается так называемое фотостационарное состояние - состояние равновесия в фотохимической реакции. Ярким примером фотохимической реакции является изомеризация ретиналя ключевая реакция процессов зрения:

Цис-ретиналь содержится в палочках сетчатой оболочки глаза. Изомеризация ,описываемая приведенным уравнением, вызывается падающим светом. Образование ретинена приводит к ослаблению связи с белком, в результате чего возникает нервный импульс.

Исследования показали, что эта реакция протекает по радикальному механизму .

Как и другие фотохимические реакции, фотохимические ОВР также протекают по радикальному механизму. Ярким примером реакций этого типа является реакция восстановления бензофенона изопропиловым спиртом:

В ходе этой реакции кетон бензофенон восстанавливается до спирта ( бензопинакона ) , а изопропиловый спирт окисляется до ацетона.

Фотохимические реакции в природе

Одной из наиболее важных фотохимических реакций в природе является фотосинтез - поглощение растениями углекислого газа СО₂ и образование кислорода. Классическое определение фотосинтеза зучит следующим образом : фотосинтез - процесс, в ходе которого происходит превращение зелёными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами лучистой энергии Солнца в энергию химической связи органических веществ.Условием протикания фотосинтеза является наличие в растениях поглощающих свет пигментов ( хлорофилл и др. ) , с помощью которых и происходит связывание углерода и углекислого газа.

Суммарное уравнение фотосинтеза:

Фотосинтез протекает во многих микрооргнизмах, траве, зелёных листьях деревьев и растений.Происходит это в хлоропластах - органоидах клетки, отвечающих за осуществление фотосинтеза. Они окрашены в зелёный цвет благодаря наличию в них хлорофила - зелёного пигмента , способного образовывать непрочные соединения с белковыми веществами.Молекула хлорофилла под действием красных лучей солнечного спектра расщепляет поглощённый из воздуха углекислый газ на атомы углерода и кислорода.

Переоценить важность фотосинтеза для жизни всего живого на Земле сложно. Образующиеся в растениях в результате этого процесса органические вещества служат пищей для других организмов, населяющих Землю. Это значит, что прямо или косвенно фотосинтез является источником энергии для всего живого.
Регенерация кислорода в ходе фотосинтеза - явление исключительной важности. Это одно из обязательных условий продолжения жизни на Земле. Кстати, и зарождение жизни во многом зависело от этого процесса. Выделение кислорода в первичную атмосферу Земли (в результате фотосинтетической деятельности первых зеленых организмов) послужило толчком к возникновению озонового экрана и созданию условий для эволюционного развития организмов.

Фотосинтез растений происходил в течение многих тысячелетий, что привело к накоплению на поверхности Земли огромных запасов восстановленного углерода и органических соединений (каменного угля, нефти, газа, сланцев, торфа).

Действие света на организм человека

Действие излучения на организм человека стимулирует в нем протекание ряда фотохимических реакций. Одной из наиболее важных среди них является образование в коже биологически активных веществ.
Витамин D (кальциферол) - жирорастворимый витамин, регулирующий содержание в крови кальция и фосфора; участвует в минерализации костей. Суточная потребность в нем взрослого организма составляет около 10 мкг. Недостаток витамина D сопровождается размягчением костей (остеопороз) у взрослых и нарушением костеобразования (рахит) и функций нервной системы у детей.
Одним из мощных способов борьбы с рахитом является воздействие на кожу ультрафиолетовых лучей. В облученных участках кожи происходит образование витамина D из провитамина 7-дигидрохолестерина.
Действие ультрафиолетового излучения на кожу приводит к ее потемнению - т. н. загару. Загар также считается фотохимической реакцией, поскольку изменение окраски кожи вызывается образованием в эпидермисе пигмента меланина исключительно под действием ультрафиолетового излучения Солнца . Источники излучения могут быть и искусственными ( кварцевая лампа, электрическая дуга и тд. ).

Наиболее действенным является загар , приобретённый под действием всего спектра излучения Солнца.

Под действием УФ-излучения в коже и крови образуются продукты расщепления белков , что имеет огромное лечебное действие.

Фотохимические реакции в промышленности

Химия знает немало реакций, протекание которых невозможно без облучения реагентов ультрафиолетовым излучением. Некоторые из них широко используются в промышленности. Приведем описания наиболее важных химических реакций.

Синтез HCI из простых веществ

Получение HCI взаимодействием Н₂ и CL₂ - реакция, без катализатора протекающая медленно. Однако при облучении реакционной смеси прямыми солнечными лучами данная реакция протекает со взрывом:

Реакции, подобные этой, являются цепными, а механизм их протекания называется цепным. Реакция протекает в несколько стадий, причем продукты предыдущих стадий являются исходными веществами для последующих.
1) Диссоциация молекулы СL2
СL₂ -> 2CL o

Приведенные реакции обрыва цепи могут протекать только в том случае , когда исходные реагенты израсходованы практически до конца. Если же концентрация радикалов ничтожно мала по сравнению с концентрациям реагентов, то вероятность столкновения радикалов с молекулой неизмеримо выше вероятности столкновения радикалов между собой.

Следует также отметить, что и при преобладании радикалов не все их столкновения между собой приводят к образованию молекул. Доказан что для успешного столкновения радикалов (т. е. для образования из них молекулы ) необходимо, чтобы столкновение произошло особым образом (теория Аррениуса ). Эксперимент подтвердил: из миллиона столкновений в газовой фазе результативным является только одно.

Радикальной называется полимеризация, активным центром которой является радикал. Стадии реакции радикальной полимеризации во многом совпадают со стадиями цепных реакций.Рассмотрим их подробнее.

1. Инициирование цепи - реакция, в которой образуется активный центр - образование повышенной активности, которое обусловливает протекание реакции полимеризации:

2. Рост цепи - образование полимера в результате соединения большого количества мономерных звеньев:
А_{1 o} + А₁ -> А₂°

Условные обозначения: А₁- мономер; А₁ o - молекула мономера с активным центром; А₂°, А_{3 o} . А_{n-1 o} - растущая цепь с активным центром; А_2n- молекула полимера.[/sms]

Фотосинтез. История развития фотографии. Принцип получения фотографии.

Химическое действие света.

ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ СВЕТА

Любое превращение молекул есть химический процесс. Химические процессы, протекающие под действием видимого света и ультрафиолетовых лучей, называются фотохимическими реакциями. Световой энергии достаточно для расщепления многих молекул. В этом проявляется химическое действие света.

К фотохимическим реакциям относятся: фотосинтез углеводов в растениях, распад бромистого серебра на светочувствительном слое фотопластинки, взаимодействие хлора с водородом на свету с образованием HCl и многое другое. Выцветание тканей на солнце и образование загара (потемнение кожи человека под воздействием ультрафиолетовых лучей) – это тоже примеры химического действия света.

КОЕ-ЧТО ИЗ ИСТОРИИ ФОТОГРАФИИ.

С незапамятных времен, например, было замечено, что луч солнца,

проникая сквозь небольшое отверстие в темное помещение, оставляет на

плоскости световой рисунок предметов внешнего мира. Предметы изображаются в

точных пропорциях и цветах, но в уменьшенных, по сравнению с натурой,

размерах и в перевернутом виде. Это свойство темной комнаты (или камеры-

обскуры) было известно еще древнегреческому мыслителю Аристотелю, жившему в

IV веке до нашей эры. Принцип работы камеры-обскуры описал в своих трудах

выдающийся итальянский ученый и художник эпохи Возрождения Леонардо да

Пришло время, когда камерой-обскурой стали называть ящик с

двояковыпуклой линзой в передней стенке и полупрозрачной бумагой или

матовым стеклом в задней стенке. Такой прибор надежно служил для

механической зарисовки предметов внешнего мира. Перевернутое изображение

достаточно было с помощью зеркала поставить прямо и обвести карандашом на

В середине XVIII века в России, например, имела распространение камера-

виде походной палатки. С ее помощью были документально запечатлены виды

Петербурга, Петергофа, Кронштадта и других русских городов. Это была

Давление света

Максвелл на основе электромагнитной теории света предсказал, что свет должен оказывать давление на препятствия.

Под действием электрического поля волны, падающей на поверхность тела, например металла, свободный электрон движется в сторону, противоположную вектору .
На движущийся электрон действует сила Лоренца, направленная в сторону распространения волны.

Суммарная сила, действующая на электроны поверхности металла, и определяет силу светового давления.

Для доказательства справедливости теории Максвелла было важно измерить давление света.
Многие ученые пытались это сделать, но безуспешно, так как световое давление очень мало.
В яркий солнечный день на поверхности площадью 1 м 2 действует сила, равная всего лишь 4 • 10 -6 Н.

Впервые давление света измерил русский физик Петр Николаевич Лебедев в 1900 г.

Прибор Лебедева состоял из очень легкого стерженька на тонкой стеклянной нити, по краям которого были приклеены легкие крылышки.
Весь прибор помещался в сосуд, откуда был выкачан воздух.
Свет падал на крылышки, расположенные по одну сторону от стерженька.
О значении давления можно было судить по углу закручивания нити.

Трудности точного измерения давления света были связаны с невозможностью выкачать из сосуда весь воздух (движение молекул воздуха, вызванное неодинаковым нагревом крылышек и стенок сосуда, приводит к возникновению дополнительных вращающих моментов).
Кроме того, на закручивание нити влияет неодинаковый нагрев сторон крылышек.
Сторона, обращенная к источнику света, нагревается сильнее, чем противоположная сторона.
Молекулы, отражающиеся от более нагретой стороны, передают крылышку больший импульс, чем молекулы, отражающиеся от менее нагретой стороны.

Лебедев сумел преодолеть все эти трудности, несмотря на низкий уровень тогдашней экспериментальной техники, взяв очень большой сосуд и очень тонкие крылышки.
В конце концов существование светового давления на твердые тела было доказано, и оно было измерено.
Полученное значение совпало с предсказанным Максвеллом.

Впоследствии после трех лет работы Лебедеву удалось осуществить еще более тонкий эксперимент: измерить давление света на газы.

Появление квантовой теории света позволило более просто объяснить причину светового давления.
Фотоны, подобно частицам вещества, имеющим массу покоя, обладают импульсом.
При поглощении их телом они передают ему свой импульс.
Согласно закону сохранения импульса импульс тела становится равным импульсу поглощенных фотонов.
Поэтому покоящееся тело приходит в движение.
Изменение импульса тела означает согласно второму закону Ньютона, что на тело действует сила.

Опыты Лебедева можно рассматривать как экспериментальное доказательство того, что фотоны обладают импульсом.

Хотя световое давление очень мало в обычных условиях, его действие тем не менее может оказаться существенным.
Внутри звезд при температуре в несколько десятков миллионов кельвинов давление электромагнитного излучения должно достигать громадных значений.
Силы светового давления наряду с гравитационными силами играют значительную роль во внутризвездных процессах.

Давление света согласно электродинамике Максвелла возникает из-за действия силы Лоренца на электроны среды, колеблющиеся под действием электрического поля электромагнитной волны.
С точки зрения квантовой теории давление появляется в результате передачи телу импульсов фотонов при их поглощении.

Химическое действие света

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 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 К.А.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.

Здесь особенно важна не только сама энергия, но и та форма, в которой она поступает.
Фотосинтез может протекать только под действием света определенного спектрального состава.

Механизм фотосинтеза еще не выяснен до конца.

Химическое действие света лежит в основе фотографии.

Световые кванты. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика

Читайте также: