Absorpce světla

Fyzikální interakce , ve které světlo vydává svou energii na věci se označuje jako absorpce světla . Absorpce světla je zvláštním případem obecnějšího fyzikálního jevu absorpce . Když je elektromagnetické záření absorbováno, elektron atomu se změní z energeticky příznivějšího stavu do stavu s vyšší energií, k čemuž dochází „elektronovým skokem“. Jeden mluví o elektronickém buzení. Zpětným procesem absorpce světla je spontánní emise světla . Světlo je emitováno hmotou, přičemž vnitřní energie hmoty klesá o odpovídající množství energie.

Historický význam

Zvláštní význam absorpce světla jako zvláště důležitého zdroje energie v zemském ekosystému se odráží v historii vývoje fyziky. V roce 1864 byly téměř všechny jevy o magnetismu, elektřině a světle pozorované až do tohoto bodu standardizovány teorií klasické elektrodynamiky a v roce 1888 se Heinrichovi Hertzovi podařilo experimentálně potvrdit předpovědi této teorie v klíčových bodech.

Max Planck je zlepšení k Wilhelm Wien energetické distribuční práva černého tělesa záření, který se proslavil po vyhlášení v roce 1900 jako Planck zákona radiace se však ukázalo diskontinuitu. Zatímco se přední tehdejší fyzici pokusili vysvětlit pomocnou veličinu Planckova kvanta akce zavedenou Planckem v klasickém kontextu, Albert Einstein navrhl fotonovou hypotézu v roce 1905 , podle které toto kvantum akce ( ) představuje fyzickou realitu světelné částice energie ( = frekvence světla ve vlnovém obrazu). ${\ displaystyle h}$${\ displaystyle E = h \ nu}$${\ displaystyle \ nu}$

Einsteinovi se nejen podařilo vysvětlit klasicky nepopsatelný fotoefekt uzavřeným kvantovým přístupem. Kromě toho o několik let později použil termodynamickou energetickou bilanci pro emise a absorpci světla hmotou na základě zjištění Ludwiga Boltzmanna . V něm Einstein ukázal, že klasické znázornění interakce světla a hmoty je neúplné. Dříve známé interakce absorpce a spontánní emise vedou v této energetické bilanci k obsazení energetických hladin hmoty interagujících se světlem, které se podle Boltzmanna v přírodě nevyskytuje. Einstein uznal potřebu přijmout dosud neznámý proces stimulované emise , který vytváří termodynamickou rovnováhu pro interakci světla s hmotou v Boltzmannově smyslu. Specifikoval dříve známou emisi světla jako spontánní emisi. Z tohoto pohledu na Einsteina následoval o desetiletí později vývoj burl a laseru .

Einsteinův příspěvek v kontextu základního výzkumu je však důležitější než tento technologický aspekt. Úplné a důsledné vysvětlení absorpce světla jako kvantového efektu Einsteinem představovalo skutečný začátek kvantové fyziky .

Příklady

Fyzika :

• Emisní spektra hvězd vykazují charakteristické nedostatky. Joseph von Fraunhofer našel, změřil a katalogizoval mnoho takových Fraunhoferových čar pro naše sluneční světlo. Fyzici, kteří pracovali později, to dokázali vysvětlit charakteristickou absorpcí světla určitých atomů ve fotosféře .
• Tmavá těla absorbují více světla než světla, takže se na slunci rychleji zahřívají.

Technika :

• Většina barevných pigmentů získává svůj vzhled hlavně absorbováním světla doplňkových barev.
• V fotoelektrického jevu ze solárních článků , jsou jednotlivé absorpční procesy světelných kvant v polovodiči zajistit separaci elektrický náboj a představuje zdroj energie .
• Stejný efekt se používá elektronicky ve fotodiodách k měření jasu nebo k přepnutí spínače při dopadu světla.
• Sluneční kolektory absorbují světlo a ohřívají tak zásobník, ze kterého lze později čerpat užitečné teplo .
• Žluté brýle absorbují modré složky světla, které jsou silněji rozptýleny oparem.

Biologie :

• Během fotosyntézy energie absorbovaného fotonu vzrušuje molekulu chlorofylu a spouští tak reakci, na jejímž konci se vytvoří chemicky převážně stabilní nosič energie.
• Rhodopsin , vizuální pigment, absorbuje viditelné světlo a využívá energii pro chemické reakce, které vedou k akčnímu potenciálu v sousední nervové buňce.
• Plazi se sluní a využívají energii absorbovaného světla k dosažení nejpříznivější teploty pro ně.

Chemie :

• Některá barviva vykazují odlišnou kyselost ve vodném roztoku změnou barvy nebo barvy .
• Některé bobule a švestky vypadají červeně, když jsou nezralé (a kyselé), ztrácejí kyselinu, když dozrávají, a stávají se modré nebo černé (a sladké).
• Chemickým štěpením vody vytvářejí vhodné organické molekuly (další) dvojné vazby, přičemž absorpční pásy stále více přecházejí z UV do modré a dále do viditelné oblasti ( bathochromní účinek !).
• Maillardova reakce: škrob, cukr a bílkoviny se při zahřátí v kuchyni při horkém vaření stávají stále více nažloutlé až hnědé a černé.
• Syntetická barviva obsahují chromofory , jejichž absorpce je ve viditelné oblasti spektra.

Individuální důkazy

1. ^ Reinhard Baltes, Werner Matissek: Lebensmittelchemie , 8. vydání: ISBN 3662471116 .

literatura

• Peter W. Atkins: Fyzikální chemie . VCH, 1987/88, ISBN 3-527-25913-9 , s. 305.
• Georg Wittke: chemie barviv . 3. vydání, Diesterweg, Frankfurt nad Mohanem 1992, ISBN 3-425-05368-X .
• HGO Becker: Úvod do fotochemie . Deutscher Verlag der Wissenschaften, 1991, ISBN 3-326-00604-7 .
• Paul A. Tipler, Gene Mosca: Fyzika pro vědce a inženýry . 2. vydání, 2004, ISBN 3-8274-1164-5 , str. 994-996.