Підручник з Природничих наук. 1 частина. 10 клас. Гільберг - Нова програма

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

ЯК НАРОДЖУЄТЬСЯ ФОТОН?

«Фотон» як термін народився не відразу. Спочатку А. Ейнштейн називав частинку світла «світловим квантом». Сучасна назва «фотон», що грецькою означає «світло», була введена фізикохіміком Гілбертом Ньютоном Льюїсом (1875—1946, США) у 1926 р. (мал. 6.1).

Мал. 6.1. Будьмо знайомі — фотони!

Тепер поняття фотону набуло глибшого змісту. Якщо раніше поняття фотон використовували для пояснення суто світлових процесів, то сьогодні фотон розглядають як одну з фундаментальних елементарних частинок, що має специфічні властивості. На відміну від частинок речовини, якими є електрони, протони, — ця частинка може існувати тільки в русі. Зрозуміло, що її швидкість — це і є швидкість світла 300 000 км/с. Найбільша у природі! Ніщо не може рухатися швидше, ніж світло у вакуумі!!!

Інформація до роздумів http://www.bbc.com/earth/story/ 20160429-the-real-reasons-nothing-can-ever-go-faster-than-light?ocid=fbert

За сучасним визначенням, фотон — це квант електромагнітного випромінювання, елементарна частинка, що є носієм електромагнітної взаємодії.

Як виникає фотон? Відповідь на це запитання ви вже маєте знати, якщо добре вивчили будову атома. Електронам, що містяться в орбіталях навколо ядра атома, притаманний певний енергетичний рівень, який забезпечує стійкість усього атома. Проте є можливість того, що електрони переходять на вищий або нижчий енергетичний рівні. Ці процеси можливі лише в разі поглинання або виділення енергії. Якщо електрон повертається в початкове положення, то внаслідок цього відбувається випромінювання фотона — так народжується світло (мал. 6.2).

Мал. 6.2. Багатолике випромінювання

Випромінювання тілами електромагнітних хвиль (світіння) може відбуватися з різних причин. Найпоширенішим видом випромінювання є теплове — випромінювання електромагнітних хвиль за рахунок внутрішньої енергії тіл. Що вищою є температура тіла, то швидше рухаються атоми. Під час зіткнень швидких атомів частина їхньої кінетичної енергії перетворюється на енергію збудження атомів, які потім випромінюють світло.

Усі інші види світіння, для яких збудження відбувається за рахунок інших видів енергії (крім теплової), об’єднують під загальною назвою люмінесценція. На малюнку 6.3 зображено природні та штучні, теплові та люмінесцентні джерела світла.

Мал. 6.3. Джерела світла

1. Проаналізуйте мал. 6.3 та текст, наведений далі. Класифікуйте джерела світла, зображені на малюнку та описані в тексті. За результатами класифікації доповніть схему:

Які є види люмінесценції за причиною збудження атомів? Катодолюмінесценція — світіння тіл, зумовлене бомбардуванням речовини зарядженими частинками. Наприклад, світіння екранів електронно-променевих трубок (такі використовували в телевізорах).

Електролюмінесценція — світіння речовини під час проходження крізь неї електричного струму або під впливом на неї електричного поля. Прикладом є газові розряди, Північне сяйво, світлодіоди.

Хемілюмінесценція — світіння, яке виникає внаслідок екзотермічної хімічної реакції.

Наприклад, світіння трухлого дерева, спорохнівок, комах-світляків, деяких видів риб, що мешкають на значній глибині.

Фотолюмінесценція — світіння тіл під упливом опромінення їх видимим світлом, ультрафіолетовими, рентгенівськими, гамма-променями. Наприклад, світні фарби, якими покривають дорожні знаки, світловідбивачі, лампи денного світла

У природі спостерігається здатність організмів випромінювати світло. Найчутливіший метод визначення АТФ у біологічному матеріалі є біолюмінесценція — вимірювання світіння, яке супроводжує ферментативні реакції.

Біолюмінесценція — світіння організмів, пов’язане з процесами їхньої життєдіяльності. Здатність до світіння поширена поміж бактерій, грибів, водоростей і тварин. У найпростіших люмінувальні гранули розсіяні в цитоплазмі, а в багатоклітинних фотогенні клітини або органи світіння розташовані в певних місцях. Яскраво це виражено в жуків-світляків. Їхні органи світіння складаються з клітин, у яких містяться дві білкові речовини — люциферин та фермент люцифераза (від латинського lucifer — носій світла). Люциферин за участі ферменту окиснюється, унаслідок чого виділяється енергія, більша частина якої (до 92 %) перетворюється на світло. Світіння жуків-світляків відбувається лише в темряві та є сигналом для впізнання один одного (мал. 6.4, а).

Варто зауважити, що світіння поширеніше поміж мешканців морів та океанів. Багато які зі світніх тварин мешкають на великій глибині, куди не доходить сонячне світло (мал. 6.4, б). Так, багато світніх риб мають органи світіння по всьому тілу. Крім цього, є також мешканці печер, які світяться в темряві (деякі види малощетинкових червів).

У багатьох тварин органи світіння містять не лише клітини, що випромінюють світло, а й клітини, що заломлюють і відбивають його.

Тварини можуть світитися й за рахунок мікроорганізмів, що світяться та живуть у них.

Мал. 6.4, а. І раптом, що це? Жовті світлячки? Потрухлих пнів далекі мерехтинки? Ліна Костенко. Маруся Чурай

Мал. 6.4, б.

Іхтіандр дивиться вгору — перед ним склепіння, геть усе вкрите дрібними, як порох, зорями. Це ночесвітки засвітили свої ліхтарики й піднімаються на поверхню океану. Де-не-де в пітьмі видно блакитнуваті й рожевуваті світлі туманності — щільні скупчення надзвичайно дрібних світних тварин. Повільно пропливають кулі, що випромінюють м’яке зеленкувате світло. Зовсім недалеко від іхтіандра світиться медуза — вона схожа на лампу, прикриту вигадливим абажуром з мереживом і довгими китицями. Китиці повільно погойдуються, ніби від легенького вітру, при кожному русі медузи. На обмілинах уже загорілися морські зірки. У великих глибинах швидко пересуваються вогні великих нічних хижаків. Вони женуться один за одним, кружляють, гаснуть і знову спалахують.

Знову обмілина. Химерні стовбури й гілки коралів осяяні зсередини блакитним, рожевим, зеленим, білим вогнем. Деякі корали світяться блідим, миготливим світлом, інші — немов розпечений до білого метал.

Олександр Бєляєв. Людина-амфібія