Люминесценция

Люминесценция

Люминесценцией называют нетепловое излучение тел, которое возбуждается различными факторами и имеет продолжительность, превышающую период световых волн.

Люминесценция относится к неравновесным излучениям, поскольку возбуждается дополнительными источниками энергии. В этом случае начинает отчетливо проявляться само излучающее вещество. Люминесцентные вещества называют люминофорами.

Виды люминесценции

Различают разные виды люминесценции по типу возбуждения:
• под действием химической энергии окисления – хемилюминесценцию (свечение гнилых деревьев, костей и т.д. – медленное горение)
• под действием света – фотолюминесценцию (свечение дорожных знаков);
• под действием электронных пучков – электролюминесценция (свечение экранов осциллографов, телевизоров) и др.

Фотолюминесценция. Закон Стокса

Исследования, проведенные английским ученым Дж. Г. Стоксом в 1852 г., показали, что фотолюминесцентное излучение имеет большую длину волны, чем возбудительный свет. Данное правило затем получило название закона Стокса.

Закон Стокса можно объяснить только на основе представления о фотонной природе света. Очевидно, энергия фотона $hv_0$ падающего света при взаимодействии с составляющими вещества частично превращается в другие виды, поэтому энергия фотона люминесценции hv становится меньше – $hv= hv_0-А$, при $λ > λ_0$

Более точные исследования показали, что в такой категоричной форме закон Стокса не совсем точен – в люминесцентном излучении наблюдаются волны с более короткими длинами, чем волны, которые его возбуждают. Это антистоксовое излучения объясняется тем, что фотон возбуждающего света может переводить на более высокий энергетический уровень уже возбужденный атом облучаемого тела, вызванный внутренней энергией тела. К доле внутренней энергии, передаваемой атому, добавляется энергия фотона падающего света.

Основательные исследования люминесценции С. И. Вавиловым, В. Л. Левшиным, А. Н. Теренинымым также показали, что люминесцентное излучение некогерентно с падающим светом и что изменением частоты возбуждающего света можно выявлять энергетические уровни атомов и молекул – проводить люминесцентный анализ веществ.

Применение люминесценции

Люминесцентные лампы

Важным применением люминесценции является применение этого эффекта в лампах дневного света (состав света таких люминесцентных ламп близок к дневному). Конструктивно лампа дневного света – это стеклянная разрядная трубка, заполненная парами ртути с аргоном:

Эти вещества в процессе электрического разряда излучают значительное количество фиолетового света, что объясняется возбуждением люминофоров, которыми покрыто внутренняя поверхность трубки. В качестве люминофоров используют вольфрамат кадмия, излучает синий свет; вольфрамат магния – сине-белое; силикат цинка – зеленый; цинк-бериллий-силикат – желто-белое; борат кадмия – розовый свет. Совокупность этих цветов воспринимается как белый или дневной свет.

Показателем качества люминесцентных ламп является их коэффициент светоотдачи $η$ = 10 … 20% (50 … 60 лм / Вт); в лампах накаливания $η$ = 3 … 5% (12 … 20 лм / Вт). При освещении больших площадей люминесцентные лампы обеспечивают значительную экономию энергии и хорошую освещенность.

Недостатками люминесцентных ламп является невозможность их использования при низких температурах и громоздкость конструкции; потребность в автоматической запускным кнопке (1 на рисунке выше): в начале она замыкает электрическую цепь через торцевые источники термоэлектронов, последние на следующей стадии обеспечивают разряд в газовом канале лампы. В электрическую цепь лампы включают дроссель 2. В момент, когда кнопка разрывает круг накала лампы, на дросселе возникает ЭДС самоиндукции, которая добавляется к напряжению электрической сети U, а следовательно, улучшает условия пуска лампы; в дальнейшем дроссель стабилизирует напряжение питания лампы.

На Студворк вы можете заказать статью по физике онлайн у профильных экспертов!

Тест по теме «Люминесценция»