Γιατί ορισμένα πράγματα λάμπουν στο σκοτάδι;

Τα πράγματα που λάμπουν στο σκοτάδι περιέχουν μια ουσία που ονομάζεται φώσφορος, η οποία είναι ικανή να ακτινοβολεί φως αφού ενεργοποιηθεί. Τέτοιες ουσίες πρώτα απορροφούν ενέργεια για μεγάλες περιόδους όταν εκτίθενται στο φως και στη συνέχεια ακτινοβολούν ορατό φως στο σκοτάδι.

Τα νήπια και τα μικρά παιδιά συχνά γοητεύονται από οτιδήποτε λάμπει. Τη στιγμή που θα δουν κάτι λαμπερό ή λαμπερό, το πιθανότερο είναι ότι την επόμενη στιγμή θα καταλήξει στο στόμα τους. Στην πραγματικότητα, όχι μόνο τα παιδιά, αλλά και πολλοί ενήλικες επίσης δεν μπορούν να αντισταθούν στο να κοιτάξουν ένα αντικείμενο που λάμπει στο σκοτάδι από μόνο του, χωρίς τη βοήθεια ηλεκτρικής ενέργειας ή ηλεκτρικής ενέργειας. Υπήρχε μια εποχή που τα ρολόγια χειρός με φωτεινά καντράν ήταν μια σημαντική μόδα της μόδας μεταξύ των νέων.

Το ερώτημα είναι πώς το καντράν ακτινοβολούσε φως; Μερικοί άνθρωποι εσφαλμένα υποθέτουν ότι οι κυψέλες που τροφοδοτούν το ρολόι κάνουν επίσης τον επιλογέα να λάμπει συνεχώς τη νύχτα.

Πριν μπούμε στις λεπτομέρειες αυτού του φαινομένου, βοηθάει αν καταλάβουμε πρώτα μερικά από τα βασικά.

Τι είναι η φωταύγεια;

Φωτεινότητα είναι η εκπομπή φωτός από υλικά που είναι σχετικά ψυχρά. Αυτό είναι διαφορετικό από το φως που εκπέμπεται από πυρακτωμένα υλικά, όπως καύση άνθρακα, ξύλο, χαρτί κ.λπ., καθώς το φως σε αυτές τις περιπτώσεις προκύπτει από θερμότητα. Δεδομένου ότι η εκπομπή φωτός γίνεται από σχετικά ψυχρότερα υλικά, η φωταύγεια ονομάζεται επίσης ακτινοβολία ψυχρού σώματος.

Ορισμένα έμβια όντα, όπως οι πυγολαμπίδες, έχουν φυσική φωταύγεια και επομένως λάμπουν στο σκοτάδι.

Σε αντίθεση με ό,τι πιστεύουν πολλοί άνθρωποι, η φωτεινότητα ενός αντικειμένου δεν σημαίνει απλώς ότι «λάμπει στο σκοτάδι». Μάλλον, κάθε αντικείμενο που εκπέμπει φως που παράγει μόνο του λέγεται ότι είναι φωτεινό. Τα υλικά που λάμπουν στο σκοτάδι (όλα από μόνα τους) είναι μόνο μερικά από τα πολλά υλικά που επιδεικνύουν φωταύγεια και, ως εκ τούτου, μερικές φορές ονομάζονται υλικά φωταύγειας.

Η φωταύγεια διατίθεται σε μερικούς τύπους, συμπεριλαμβανομένου του φωσφορισμού, του φθορισμού, της βιοφωταύγειας, της χημειοφωταύγειας, της φωτοφωταύγειας και διαφόρων άλλων. Για την έκταση αυτού του άρθρου, μας ενδιαφέρουν μόνο τα δύο πρώτα.

Η βιοφωταύγεια είναι η παραγωγή και εκπομπή φωτός από ζωντανούς οργανισμούς.

Φωσφορισμός:Η επιστήμη πίσω από υλικά «λάμπει στο σκοτάδι»

Όλα τα υλικά που λάμπουν στο σκοτάδι περιέχουν ουσίες που ονομάζονται φώσφοροι. Με τους απλούστερους όρους, ένας φώσφορος είναι κάτι που εμφανίζει φωταύγεια. Υπάρχουν εκατοντάδες εκατοντάδες ενώσεις που μπορούν να λειτουργήσουν ως φώσφορος, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που χρησιμοποιούνται σε παιχνίδια που λάμπουν στο σκοτάδι και οθόνες ραντάρ (π.χ. θειούχος ψευδάργυρος, αργιλικό στρόντιο κ.λπ.), καθώς και σε αυτές που χρησιμοποιούν σε οθόνες υπολογιστών, λευκές λυχνίες LED και αισθητήρες.

Οι λαμπτήρες φθορισμού λειτουργούν με βάση την αρχή του φθορισμού, που μοιάζει αρκετά με τον φωσφορισμό

Ο μεγάλος αριθμός φωσφόρων θα μπορούσε να κατηγοριοποιηθεί με βάση τρεις κύριες παραμέτρους:τον τύπο ακτινοβολίας που χρειάζονται για να ενεργοποιηθούν, το χρώμα του φωτός εξόδου τους και πόσο καιρό λάμπουν μετά την ενεργοποίηση.

Στην περίπτωση των παιχνιδιών «λάμπουν στο σκοτάδι», χρειάζεστε φωσφόρους που ενεργοποιούνται από το φυσικό (ορατό) φως και λάμπουν για μεγάλο χρονικό διάστημα μετά την ενεργοποίηση (χρόνος υψηλής αντοχής). Οι δύο ενώσεις που ταιριάζουν απόλυτα σε αυτά τα κριτήρια, προς μεγάλη χαρά των κατασκευαστών παιχνιδιών, είναι το αργιλικό στρόντιο και ο θειούχος ψευδάργυρος. Υπάρχουν πολλές άλλες ενώσεις που το κάνουν επίσης (π.χ. θειούχο ασβέστιο με θειούχο στρόντιο που ενεργοποιείται από το βισμούθιο).

Τα παιχνίδια που λάμπουν στο σκοτάδι εκπέμπουν φως τη νύχτα λόγω φωσφορισμού

Πώς λειτουργεί ο φωσφορισμός;

Ο φωσφορισμός είναι ένας ειδικός τύπος φωτοφωταύγειας (αρκετά παρόμοιος με τον φθορισμό), όπου τα φωσφορίζοντα υλικά παράγουν φως αφού ενεργοποιηθούν. Όταν τα άτομα μέσα σε αυτά τα υλικά αποκτούν ενέργεια (μέσω του ορατού φωτός ή άλλων πηγών), «διεγείρονται». Όταν αυτά τα άτομα επιστρέφουν στα κανονικά ενεργειακά τους επίπεδα, εκπέμπουν μικροσκοπικά πακέτα φωτός που ονομάζονται φωτόνια, τα οποία κάνουν το αντικείμενο (που περιέχει αυτά τα άτομα) να λάμπει.

Τα περισσότερα φωτεινά ρολόγια φορτίζονται κατά τη διάρκεια της ημέρας και εκπέμπουν φως στο σκοτάδι (Photo Credit :Tony Shih / Flickr)

Τα φωτεινά ρολόγια χειρός λειτουργούν με την ίδια αρχή. Φορτίζονται με ενέργεια κατά τη διάρκεια της ημέρας και αρχίζουν να λάμπουν μόλις πέσει το σκοτάδι (όταν τα φωτόνια εκπέμπονται ως «διεγερμένα», τα άτομα χάνουν ενέργεια).

Πώς λάμπουν τα ρολόγια χειρός "radium" στο σκοτάδι;

Στο παρελθόν, υπήρχαν ρολόγια χειρός, που ονομάζονταν ευρέως «ρολόγια χειρός με ράδιο», που έλαμπαν αλλά δεν χρειάζονταν καμία φόρτιση. Τέτοια ρολόγια βασίζονται στη ραδιοφωταύγεια, όπου ένας φώσφορος αναμιγνύεται με ένα ραδιενεργό στοιχείο. Οι ραδιενεργές εκπομπές από το υλικό (σε αυτήν την περίπτωση, το ράδιο) ενεργοποιούν συνεχώς τον φώσφορο, κάνοντάς τον να λάμπει όλη την ώρα χωρίς να απαιτείται φόρτιση.

Οι καντράν ρολογιών που χρησιμοποιούν ραδιοφωταύγεια δεν χρειάζονται τακτική επαναφόρτιση για να λάμπουν (Προσφορά:Arma95/Wikimedia Commons)

Τα ρολόγια χειρός με ράδιο έχουν καταργηθεί σε μεγάλο βαθμό τώρα και έκτοτε έχουν αντικατασταθεί από παραλλαγές που είτε περιέχουν ένα τεχνητό ραδιενεργό χημικό στοιχείο που ονομάζεται προμέθιο είτε ένα ραδιενεργό ισότοπο υδρογόνου που ονομάζεται τρίτιο.

Έτσι, την επόμενη φορά που ένα παιδί σας ρωτήσει γιατί το παιχνίδι του λάμπει όταν σβήνουν τα φώτα του δωματίου, ίσως θέλετε να του πείτε την πραγματική ιστορία πίσω από όλα αυτά. Εναλλακτικά, μπορείτε να παραλείψετε τις λεπτομέρειες και να τους αφήσετε να πιστέψουν ότι το παιχνίδι φωτίζεται από μια νεράιδα που ονομάζεται Science.