Kāpēc Wintergreen Lifesavers Spark in the Dark: Triboluminescence

Šī ir vienkārša un jautra konfekšu triboluminiscences demonstrācija

Endrjū Magils / Flickr / CC ar 2.0

Jau vairākus gadu desmitus cilvēki ir spēlējuši tumsā ar triboluminiscenci, izmantojot konfektes Lifesavers ar ziemzaļu garšu. Ideja ir tumsā salauzt cieto, virtuļa formas konfekti. Parasti cilvēks raugās spogulī vai ielūkojas partnera mutē, kraukšķinot konfekti, lai ieraudzītu radušās zilās dzirksteles.

Kā izveidot konfekšu dzirksteli tumsā

• ziemas zaļās cietās konfektes (piemēram, Wint-o-Green Lifesavers)
• zobi, āmurs vai knaibles

Lai redzētu triboluminiscenci, varat izmantot jebkuru no daudzajām cietajām konfektēm, taču efekts vislabāk darbojas ar konfektēm ar ziemas zaļumu aromātu, jo ziemas zaļās eļļas fluorescence uzlabo gaismu. Izvēlieties cietas, baltas konfektes, jo lielākā daļa caurspīdīgo cieto konfekšu nedarbojas labi.

Lai redzētu efektu:

• Nosusiniet muti ar papīra dvieli un sasmalciniet konfektes ar zobiem. Izmantojiet spoguli, lai redzētu gaismu no savas mutes, vai arī vērojiet, kā kāds cits tumsā košļā konfektes.
• Novietojiet konfekti uz cietas virsmas un sasmalciniet to ar āmuru. Varat arī to sasmalcināt zem caurspīdīgas plastmasas plāksnes.
• Sasmalciniet konfektes knaibles žokļos

Varat tvert gaismu, izmantojot mobilo tālruni, kas labi darbojas vājā apgaismojumā, vai kameru uz statīva, izmantojot augstu ISO ciparu. Videoklips, iespējams, ir vienkāršāks nekā uzņemt nekustīgu kadru.

Kā darbojas triboluminiscence

Triboluminiscence ir gaisma, kas rodas, sasitot vai berzējot kopā divus īpaša materiāla gabalus. Tas būtībā ir viegls no berzes, jo termins nāk no grieķu valodas cilts , kas nozīmē 'berzēt' un latīņu prefiksu zaudējums , kas nozīmē 'gaisma'. Parasti luminiscence rodas, kad enerģija tiek ievadīta atomos no siltuma, berzes, elektrības vai citiem avotiem. Atomā esošie elektroni absorbē šo enerģiju. Kad elektroni atgriežas ierastajā stāvoklī, enerģija tiek atbrīvota gaismas veidā.

Cukura (saharozes) triboluminiscences radītās gaismas spektrs ir tāds pats kā zibens spektrs. Zibens rodas no elektronu plūsmas, kas iet caur gaisu, rosinot slāpekļa molekulu (gaisa primārās sastāvdaļas) elektronus, kas, atbrīvojot savu enerģiju, izstaro zilu gaismu. Cukura triboluminiscenci var uzskatīt par zibeni ļoti mazā mērogā. Kad cukura kristāls ir noslogots, kristāla pozitīvais un negatīvais lādiņš tiek atdalīts, radot elektrisko potenciālu. Kad ir uzkrājies pietiekami daudz lādiņu, elektroni lec pāri kristāla lūzumam, saduroties ar aizraujošiem elektroniem slāpekļa molekulās. Lielākā daļa gaismas, ko izstaro gaisā esošais slāpeklis, ir ultravioletais, bet neliela daļa atrodas redzamajā zonā. Lielākajai daļai cilvēku emisija šķiet zilgani balta, lai gan daži cilvēki izšķir zili zaļu krāsu (cilvēka krāsu redze tumsā nav ļoti laba).

Ziemas zaļo konfekšu emisija ir daudz spilgtāka nekā tikai saharozei, jo ziemas zaļo garša (metilsalicilāts) ir fluorescējošs . Metilsalicilāts absorbē ultravioleto gaismu tajā pašā spektra apgabalā kā cukura radītās zibens emisijas. Metilsalicilāta elektroni tiek satraukti un izstaro zilu gaismu. Daudz vairāk ziemas zaļās emisijas nekā sākotnējā cukura emisija atrodas redzamajā spektra apgabalā, tāpēc ziemai zaļā gaisma šķiet spilgtāka nekā saharozes gaisma.

Triboluminiscence ir saistīta ar pjezoelektriskumu. Pjezoelektriskie materiāli rada elektrisko spriegumu no pozitīvo un negatīvo lādiņu atdalīšanas, kad tie tiek saspiesti vai izstiepti. Pjezoelektriskajiem materiāliem parasti ir asimetriska (neregulāra) forma. Saharozes molekulas un kristāli ir asimetriskas. Asimetriska molekula maina savu spēju noturēt elektronus, kad to saspiež vai izstiepj, tādējādi mainot tās elektriskā lādiņa sadalījumu. Asimetriski pjezoelektriskie materiāli, visticamāk, ir triboluminiscējoši nekā simetriskas vielas. Tomēr aptuveni trešdaļa zināmo triboluminiscējošu materiālu nav pjezoelektriski, un daži pjezoelektriskie materiāli nav triboluminiscējoši. Tāpēc triboluminiscence jānosaka ar papildu raksturlielumu. Piemaisījumi, traucējumi un defekti ir izplatīti arī triboluminiscējošiem materiāliem. Šie nelīdzenumi vai lokalizētas asimetrijas arī ļauj savākt elektrisko lādiņu. Precīzi iemesli, kāpēc konkrētiem materiāliem ir triboluminiscence, dažādiem materiāliem var būt atšķirīgi, taču ir iespējams, ka kristāla struktūra un piemaisījumi ir galvenie faktori, kas nosaka, vai materiāls ir vai nav triboluminiscējoša.

Wint-O-Green Lifesavers nav vienīgās konfektes, kurām ir triboluminiscence. Derēs parastie cukura kubiņi, tāpat kā gandrīz jebkura necaurspīdīga konfekte, kas pagatavota ar cukuru (saharozi). Caurspīdīgas konfektes vai konfektes, kas izgatavotas, izmantojot mākslīgos saldinātājus, nederēs. Lielākā daļa līmlentu arī izstaro gaismu, kad tās ir noplēsušas. Ambligonīts, kalcīts, laukšpats, fluorīts, lepidolīts, vizla, pektolīts, kvarcs un sfalerīts ir visi minerāli, par kuriem zināms, ka tiem ir triboluminiscence, kad tos sasit, berzē vai skrāpē. Triboluminiscence dažādos minerālu paraugos ir ļoti atšķirīga, tāpēc tā var būt nenovērojama. Visuzticamākie ir sfalerīta un kvarca paraugi, kas ir caurspīdīgi, nevis caurspīdīgi, ar maziem lūzumiem visā klintī.

Veidi, kā redzēt triboluminiscenci

Ir vairāki veidi, kā novērot triboluminiscence mājās. Kā jau minēju, ja jums pa rokai ir Lifesavers ar ziemzaļu garšu, nokļūstiet ļoti tumšā telpā un sasmalciniet konfektes ar knaiblēm vai javu un piestu. Konfektes košļāšana, vērojot sevi spogulī, derēs, bet siekalu mitrums mazinās vai izslēgs efektu. Derēs arī divu cukura kubiņu vai kvarca vai rozā kvarca gabaliņu berzēšana tumsā. Kasīšanās kvarca ar tērauda tapu var arī parādīt efektu. Kā arī pielīmēt/atlīmēt lielāko daļu līmes lentes parādīs triboluminiscenci.

Triboluminiscences izmantošana

Lielākoties triboluminiscence ir interesants efekts ar dažiem praktiskiem pielietojumiem. Tomēr izpratne par tās mehānismiem var palīdzēt izskaidrot citus luminiscences veidus, tostarp bioluminiscence baktērijās un zemestrīču gaismās. Triboluminiscējošus pārklājumus var izmantot attālās uzrādes lietojumos, lai signalizētu par mehāniskām kļūmēm. Viena atsauce norāda, ka tiek veikti pētījumi, lai izmantotu triboluminiscējošas zibspuldzes, lai uztvertu automašīnu avārijas un piepūstu gaisa spilvenus.