Номер 2, страница 122, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 9. Геометрическая оптика. Параграф 90. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 2, страница 122.

Условие.

• Холодный свет.

Решение.

Холодный свет (или люминесценция) – это нетепловое свечение вещества, при котором избыток энергии, полученный телом, излучается в виде света (в видимом, инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне), при этом само тело практически не нагревается. Это явление принципиально отличается от теплового излучения (накаливания), при котором свет испускается сильно нагретыми телами, например, нитью накала в лампочке или Солнцем.

В основе явления холодного света лежит переход электронов в атомах или молекулах вещества из возбужденного состояния в основное (стабильное). При поглощении энергии (например, от химической реакции, электрического тока или другого света) электроны переходят на более высокие энергетические уровни. Возвращаясь обратно, они испускают избыток энергии в виде квантов света – фотонов. Энергия фотона $\text{E}$ связана с частотой света $\nu$ формулой Планка: $E = h\nu$, где $\text{h}$ – постоянная Планка. Поскольку этот процесс не связан с интенсивным тепловым движением атомов, он происходит при низких температурах, отсюда и название «холодный свет».

Существует несколько видов люминесценции, различающихся по способу возбуждения атомов:

1. Хемилюминесценция – свечение, возникающее в результате химической реакции. Яркий пример – светящиеся палочки (light sticks), где при смешивании двух химических реагентов выделяется энергия, которая напрямую преобразуется в свет.

2. Биолюминесценция – частный случай хемилюминесценции, наблюдаемый у живых организмов. Свечение светлячков, некоторых видов рыб, медуз, грибов и микроорганизмов происходит благодаря окислению особого вещества – люциферина – с участием фермента люциферазы.

3. Фотолюминесценция – свечение, возникающее под действием поглощенного света (обычно ультрафиолетового). Она делится на два типа:

• Флуоресценция – свечение прекращается практически сразу после окончания облучения. Этот принцип используется в люминесцентных (энергосберегающих) лампах, где ультрафиолетовое излучение от разряда в парах ртути заставляет светиться внутреннее покрытие лампы – люминофор.

• Фосфоресценция – свечение продолжается в течение некоторого времени (от секунд до нескольких часов) после прекращения облучения. Этот эффект используется в светящихся в темноте красках, наклейках, циферблатах часов.

4. Электролюминесценция – свечение, возникающее при пропускании электрического тока через определенные вещества (полупроводники). На этом принципе основана работа светодиодов (LED – Light Emitting Diode), которые являются одним из самых эффективных и распространенных источников холодного света на сегодняшний день.

Преимущества и применение холодного света:

Главное преимущество источников холодного света – высокая энергоэффективность (высокий коэффициент полезного действия). В отличие от ламп накаливания, которые преобразуют в свет лишь 5–10% потребляемой энергии, а остальное – в тепло, светодиодные и люминесцентные лампы тратят на нагрев значительно меньше энергии. Это приводит к экономии электроэнергии, долгому сроку службы и большей безопасности. Холодный свет широко применяется в освещении, экранах (телевизоры, смартфоны), медицинской диагностике, научных исследованиях и декоративных целях.

Ответ: Холодный свет (люминесценция) — это свечение вещества, не связанное с его нагревом, возникающее в результате перехода электронов из возбужденного состояния в основное. В отличие от теплового излучения (как у лампы накаливания), энергия здесь преобразуется в свет с минимальными потерями на тепло. Примерами являются свечение светодиодов (LED), люминесцентных ламп, светящихся в темноте предметов и живых организмов (светлячков).