Sedan uppfinningen för 25 år sedan, ljuspinnar har blivit en halloweenklammer. De är perfekta som säkerhetsljus eftersom de är bärbara, billigt och de avger ett spöklikt sken. Ljuspinnar är också extremt populära på rave -scenen (liksom ljusa halsband, lätta glasögon och lätt rep), och de gör en idealisk lampa för SCUBA -dykare och campare.
Även om det kan verka som övernaturlig magi, tekniken bakom ljuspinnar är faktiskt väldigt enkel. I den här artikeln, vi tittar inuti en ljuspinne för att ta reda på hur det avger ett så starkt ljus utan lampa och inget batteri.
Ljus är en form av energi, som kan avges genom en mängd olika processer. Dessa processer inkluderar:
Alla dessa processer fungerar på samma grundprincip:En yttre energikälla väcker atomer, får dem att släppa ljuspartiklar som kallas fotoner . När du bränner något, till exempel, värmeenergi gör att atomerna i materialet påskyndas. När atomerna går snabbare, de kolliderar med varandra med större kraft. Om atomerna är tillräckligt upphetsade, kollisionerna kommer att överföra energi till några av atomens elektroner. När detta händer, en elektron kommer tillfälligt att öka till en högre energinivå (längre bort från atomkärnan). När den så småningom faller tillbaka till sin ursprungliga nivå (närmare kärnan), den släpper ut en del av sin energi i form av ljusfotoner. (Se hur atomer fungerar och hur ljus fungerar för mer information.)
En ljuspinne gör samma grundläggande sak, men den använder a kemisk reaktion att excitera atomerna i ett material. Vi kommer att titta på denna reaktion i nästa avsnitt.
Ljuspinnar finns i en mängd olika färger. Ljusets färg bestäms av den kemiska sammansättningen av det fluorescerande färgämnet i pinnen. Vi såg att ljuspinnar använder energi från en kemisk reaktion för att avge ljus. Denna kemiska reaktion utlöses genom att blanda flera kemiska föreningar .
Föreningar är ämnen som består av atomer av olika grundämnen, sammanfogade i en styv struktur. När du kombinerar två eller flera föreningar, de olika atomerna kan ordna om sig till nya föreningar. Beroende på föreningarnas beskaffenhet, denna reaktion kommer att orsaka antingen en frigöring av energi eller en absorption av energi.
Reaktionen mellan de olika föreningarna i en ljusslinga orsakar en väsentlig frigöring av energi. Precis som i en glödlampa, atomer i materialen är upphetsade, vilket får elektroner att stiga till en högre energinivå och sedan återgå till sina normala nivåer. När elektronerna återgår till sina normala nivåer, de släpper ut energi som ljus. Denna process kallas kemiluminesens .
Den kemiska reaktionen i en ljuspinne involverar vanligtvis flera olika steg. En typisk kommersiell ljuspinne rymmer en väteperoxidlösning och en lösning innehållande en fenyloxalatester och a fluorescerande färgämne . Här är händelseförloppet när de två lösningarna kombineras:
Själva ljusstickan är bara ett hölje för de två lösningarna som är involverade i reaktionen - i huvudsak, det är ett portabelt kemi -experiment. Därefter får vi se hur böjning av ljuspinnen sätter igång detta experiment.
En ljuspinne består av en glasflaska, som innehåller en kemisk lösning, inrymd i en större injektionsflaska av plast, som innehåller en annan lösning. När du böjer plastflaskan, glasflaskan går sönder, de två lösningarna flyter ihop, och den resulterande kemiska reaktionen får ett fluorescerande färgämne att avge ljus. Vi såg precis att en ljuspinne är ett hölje för två kemiska lösningar, som avger ljus när de kombineras. Innan du aktiverar ljuspinnen, de två lösningarna förvaras i separata kammare. Fenyloxalatester- och färgämneslösningen fyller det mesta av själva plastpinnen. Väteperoxidlösningen, ringde aktivator , finns i en liten, ömtålig glasflaska i mitten av pinnen.
När du böjer plastpinnen, glasflaskan öppnas, och de två lösningarna flyter ihop. Kemikalierna reagerar omedelbart på varandra, och atomerna börjar avge ljus. Det speciella färgämnet som används i den kemiska lösningen ger ljuset en distinkt färg.
Beroende på vilka föreningar som används, den kemiska reaktionen kan pågå i några minuter eller i många timmar. Om du värmer lösningarna, den extra energin kommer att påskynda reaktionen, och pinnen kommer att lysa ljusare, men för en kortare tid. Om du kyler ljuspinnen, reaktionen kommer att sakta ner, och ljuset kommer att dämpa. Om du vill bevara din ljuspinne för nästa dag, lägg det i frysen - det stoppar inte processen, men det kommer att dra ut reaktionen avsevärt.
Uppvärmning av en ljuspinne kommer att påskynda den kemiska reaktionen, vilket får färgämnet att avge ett ljusare sken. Ljusstickan till vänster har aktiverats och förvarats i rumstemperatur. Ljusknappen till höger har aktiverats och placerats i skållande varmt vatten i en minut. Ljuspinnar är bara en tillämpning av ett viktigt naturfenomen - luminescens . Generellt, luminescens är alla utsläpp av ljus som inte orsakas av uppvärmning. Bland annat, luminescens används i tv -apparater, neonljus och glow-in-the-dark klistermärken. Det är också principen som tänder en eldfluga och får några stenar att lysa efter mörkret.
För att få veta mer om ljuspinnar, luminescens och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.
