ميله هاي نوري چگونه کار مي کنند؟
نويسنده: جعفر صادق خورشيدي بنام
علي خورشيدي بنام
علي خورشيدي بنام
ميله هاي نوري از بدو اختراعشان( در حدود 25 سال پيش) وسيله اي عمده براي جشن ها محسوب مي شوند. آنها علاوه بر ايمن بودن، به خاطر ارزاني و قابل حمل بودن و درخشش شان بسيار ايده آل هستند. اين چراغ ها در مراسم و جشن ها نيز به عنوان طناب هاي نوراني و عينک هاي نوراني و گردن بندهاي نوراني کاربرد دارند و چراغ هاي ايده آلي براي غواص ها و نيز چادر و کمپ محسوب مي شوند.
با آن که ممکن است در وهله نخست آنها مانند جادويي فوق العاده به نظر آيند، اما فناوري پشت سر آنها بسيار ساده است.
در اين نوشتار، ما نگاهي به داخل يک ميله نوري خواهيم انداخت و خواهيم ديد که آنها چگونه چنين نور قوي اي، بدون هيچ گونه لامپ و يا باتري ايجاد مي کنند.
نور شکلي از انرژي است که توسط فرايندهاي مختلفي مي تواند ايجاد شود. اين فرايندها متشکل از انواع زير است:
1- تشعشع: تابش نور به علت حرارت( لامپ هاي معمولي يا چراغ هاي گازي)
2- خواص فلورسانس و فسفرسانس: تابش نور در پاسخ به انرژي تابشي( مانند لامپ هاي مهتابي( فلورسنت) يا در تلويزيون لامپي)
3- توليد ليزر: پخش نور متمرکز با استفاده از تابش برانگيخته شده.
تمامي موارد فوق، در اساس يکي هستند. يک منبع انرژي خارجي سبب تحريک اتم ها شده و باعث آزاد کردن ذرات نور( که فوتون نام دارند)، توسط آنها مي شوند.
براي مثال وقتي شما چيزي را مي سوزانيد، انرژي گرمايي سبب زياد شدن سرعت حرکت اتم هاي متشکله آن مي شود. با افزايش سرعت حرکت اتم ها، برخورد ميان آنها با نيروي بيشتري انجام مي شود. اگر اتم ها به اندازه کافي تحريک شوند، اين برخوردها باعث انتقال انرژي به بعضي الکترون هاي اتم ها مي شود. اين انرژي سبب حرکت الکترون ها به يک سطح انرژي بالاتر مي شود. ( از هسته اتم دورتر مي شوند).
اين حرکت موقتي بوده و الکترون به جايگاه اصلي خود بر مي گردد و سبب آزاد شدن مقداري انرژي به صورت فوتون هاي نور مي شود.
يک ميله نوراني نيز بر همين اساس کار مي کند، اما از واکنش شيميايي براي تحريک اتم هاي يک ماده استفاده مي شود.
گفتيم که در ميله نوراني براي ايجاد نور از واکنش شيميايي استفاده مي شود. اين واکنش شيميايي توسط مخلوط چندين ماده شيميايي ترتيب داده مي شود. اين مخلوط ها موادي هستند که از اتم هاي مواد مختلف ساخته مي شوند که با هم در يک محفظه سخت قرار مي گيرند. هنگامي که شما دو يا چند تا از اين مخلوط ها را با هم ترکيب کنيد، اتم هاي مختلف براي ايجاد ماده جديدتر، آرايش خود را تغيير مي دهند. وابسته به طبيعت اين مخلوط ها، آنها سبب آزاد شدن انرژي و يا جذب انرژي خواهند شد.
ميله هاي نوراني در رنگ هاي مختلف ديده مي شوند. رنگ نور توسط مواد شيميايي سازنده رنگينه فلورسنت داخل ميله نوراني تعيين مي شود.
واکنش مابين اجزاي مختلف در يک ميله نوري سبب آزاد شدن انرژي شود. درست مانند لامپ هاي رشته اي ملتهب، اتم هاي مواد، تحريک شده و سبب حرکت الکترون ها به محل سابق خود انرژي را به صورت نور آزاد مي کند. به اين فرايند، نورتابي شيميايي( Chemiluminescence) مي گويند.
واکنش شيميايي در داخل يک ميله نوري معمولاً چندين مرحله دارد. يک ميله نوري معمولي پر از محلول پر اکسيد هيدروژن( Hydrogen Peroxide) بوده و يک محلول ديگر متشکل از فنيل اکسالات استر ( Phenyl Oxalate Ester) و يک رنگ فلورسنت است.
در اينجا مراحل مختلف ترکيب در اين دو محلول به ترتيب آمده است:
1. پروکسيد هيدروژن باعث اکسيد شدن فنيل اکسالات استر شده و سبب توليد ماده اي به نام فنل( Phenol) و ماده ناپايدار پراکسي اسيد استر ( Peroxyacid Ester) مي شود.
2. ماده ناپايدار پراکسي اسيد استر شکسته شده و سبب توليد فنل اضافي و ترکيب پراکسي زنجيره اي ( Cyclic Peroxy) مي شود.
3. ترکيب پراکسي زنجيره اي به کربن دي اکسيد تبديل مي شود.
4. اين تبديل سبب وارد شدن انرژي به رنگ فلورسنت مي شود.
5. الکترون هاي اتم هاي متشکله رنگ به سبب اين انرژي، به يک سطح انرژي بالاتر رفته و سپس بازگشت آنها به جايگاه قبلي خود باعث آزاد شدن انرژي به صورت نور مي شود.
از محفظه ميله نوري فقط به عنوان يک محل براي ترکيب و واکنش اين مواد استفاده مي شود.
فعال ساز
ديديم که محفظه ميله نوري تنها محلي است که دو محلول شيميايي در آن نگه داشته مي شوند که هنگام ترکيب شدن از خود نور توليد کنند.
قبل از اين که شما ميله نوري را فعال سازيد، اين دو ماده در محل جدا از هم نگه داري مي شوند. فنيل اکسالات استر و رنگ تقريباً کل ميله نوري را پر کرده اند. محلول هيدروژن پراکسيد که فعال ساز ناميده مي شود، در يک محفظه کوچک شيشه اي آمپول مانند در وسط ميله نوري قرار دارد.
وقتي که شما ميله پلاستيکي را خم مي کنيد، حباب شيشه اي شکسته شده و دو محلول با هم ترکيب مي شوند. مواد شيميايي فوراً شروع به فعل و انفعالات کرده و اتم ها شروع به پخش نور مي کنند. رنگ ويژه اي که در محلول شيميايي استفاده شده، به نور ايجاد شده، رنگ مشخص مي دهد. بسته به نوع مواد ترکيبي، فعل و انفعالات از چند دقيقه تا ساعت ها ممکن است ادامه يابد. اگر شما محلول را گرم کنيد، انرژي اضافي سبب افزايش سرعت واکنش شده و ميله نوراني درخشان تر خواهد شد، اما زمان روشنايي کوتاه تر مي شود. اگر شما ميله نوري را سرد کنيد، سرعت واکنش کند خواهد شد و نور تيره تر خواهد شد، اما سبب افزايش زمان روشنايي خواهد شد.
اگر شما بخواهيد آن را براي روز بعد نگه داريد، بايستي داخل فريزر قرار دهيد. با اين کار، واکنش متوقف نخواهد شد؛ اما سرعت آن به طور قابل ملاحظه اي کاهش خواهد يافت.
ميله هاي نوري تنها يکي از کاربردهاي يک اتفاق طبيعي مهم است که به آن تابندگي يا لومينسانس ( Luminescence) مي گويند. تابندگي به هر نوع پخش نوري که علتش گرما نباشد، گفته مي شود. از اين خاصيت در تلويزيون، لامپ هاي نئون و اشياي درخشان در تاريکي( Glow In The Dark) استفاده مي شود. اين پديده همچنين اساس توليد نور در حشره يا کرم شب تاب است.
منبع:دانشمند، شماره 562.
با آن که ممکن است در وهله نخست آنها مانند جادويي فوق العاده به نظر آيند، اما فناوري پشت سر آنها بسيار ساده است.
در اين نوشتار، ما نگاهي به داخل يک ميله نوري خواهيم انداخت و خواهيم ديد که آنها چگونه چنين نور قوي اي، بدون هيچ گونه لامپ و يا باتري ايجاد مي کنند.
نور شکلي از انرژي است که توسط فرايندهاي مختلفي مي تواند ايجاد شود. اين فرايندها متشکل از انواع زير است:
1- تشعشع: تابش نور به علت حرارت( لامپ هاي معمولي يا چراغ هاي گازي)
2- خواص فلورسانس و فسفرسانس: تابش نور در پاسخ به انرژي تابشي( مانند لامپ هاي مهتابي( فلورسنت) يا در تلويزيون لامپي)
3- توليد ليزر: پخش نور متمرکز با استفاده از تابش برانگيخته شده.
تمامي موارد فوق، در اساس يکي هستند. يک منبع انرژي خارجي سبب تحريک اتم ها شده و باعث آزاد کردن ذرات نور( که فوتون نام دارند)، توسط آنها مي شوند.
براي مثال وقتي شما چيزي را مي سوزانيد، انرژي گرمايي سبب زياد شدن سرعت حرکت اتم هاي متشکله آن مي شود. با افزايش سرعت حرکت اتم ها، برخورد ميان آنها با نيروي بيشتري انجام مي شود. اگر اتم ها به اندازه کافي تحريک شوند، اين برخوردها باعث انتقال انرژي به بعضي الکترون هاي اتم ها مي شود. اين انرژي سبب حرکت الکترون ها به يک سطح انرژي بالاتر مي شود. ( از هسته اتم دورتر مي شوند).
اين حرکت موقتي بوده و الکترون به جايگاه اصلي خود بر مي گردد و سبب آزاد شدن مقداري انرژي به صورت فوتون هاي نور مي شود.
يک ميله نوراني نيز بر همين اساس کار مي کند، اما از واکنش شيميايي براي تحريک اتم هاي يک ماده استفاده مي شود.
گفتيم که در ميله نوراني براي ايجاد نور از واکنش شيميايي استفاده مي شود. اين واکنش شيميايي توسط مخلوط چندين ماده شيميايي ترتيب داده مي شود. اين مخلوط ها موادي هستند که از اتم هاي مواد مختلف ساخته مي شوند که با هم در يک محفظه سخت قرار مي گيرند. هنگامي که شما دو يا چند تا از اين مخلوط ها را با هم ترکيب کنيد، اتم هاي مختلف براي ايجاد ماده جديدتر، آرايش خود را تغيير مي دهند. وابسته به طبيعت اين مخلوط ها، آنها سبب آزاد شدن انرژي و يا جذب انرژي خواهند شد.
ميله هاي نوراني در رنگ هاي مختلف ديده مي شوند. رنگ نور توسط مواد شيميايي سازنده رنگينه فلورسنت داخل ميله نوراني تعيين مي شود.
واکنش مابين اجزاي مختلف در يک ميله نوري سبب آزاد شدن انرژي شود. درست مانند لامپ هاي رشته اي ملتهب، اتم هاي مواد، تحريک شده و سبب حرکت الکترون ها به محل سابق خود انرژي را به صورت نور آزاد مي کند. به اين فرايند، نورتابي شيميايي( Chemiluminescence) مي گويند.
واکنش شيميايي در داخل يک ميله نوري معمولاً چندين مرحله دارد. يک ميله نوري معمولي پر از محلول پر اکسيد هيدروژن( Hydrogen Peroxide) بوده و يک محلول ديگر متشکل از فنيل اکسالات استر ( Phenyl Oxalate Ester) و يک رنگ فلورسنت است.
در اينجا مراحل مختلف ترکيب در اين دو محلول به ترتيب آمده است:
1. پروکسيد هيدروژن باعث اکسيد شدن فنيل اکسالات استر شده و سبب توليد ماده اي به نام فنل( Phenol) و ماده ناپايدار پراکسي اسيد استر ( Peroxyacid Ester) مي شود.
2. ماده ناپايدار پراکسي اسيد استر شکسته شده و سبب توليد فنل اضافي و ترکيب پراکسي زنجيره اي ( Cyclic Peroxy) مي شود.
3. ترکيب پراکسي زنجيره اي به کربن دي اکسيد تبديل مي شود.
4. اين تبديل سبب وارد شدن انرژي به رنگ فلورسنت مي شود.
5. الکترون هاي اتم هاي متشکله رنگ به سبب اين انرژي، به يک سطح انرژي بالاتر رفته و سپس بازگشت آنها به جايگاه قبلي خود باعث آزاد شدن انرژي به صورت نور مي شود.
از محفظه ميله نوري فقط به عنوان يک محل براي ترکيب و واکنش اين مواد استفاده مي شود.
فعال ساز
ديديم که محفظه ميله نوري تنها محلي است که دو محلول شيميايي در آن نگه داشته مي شوند که هنگام ترکيب شدن از خود نور توليد کنند.
قبل از اين که شما ميله نوري را فعال سازيد، اين دو ماده در محل جدا از هم نگه داري مي شوند. فنيل اکسالات استر و رنگ تقريباً کل ميله نوري را پر کرده اند. محلول هيدروژن پراکسيد که فعال ساز ناميده مي شود، در يک محفظه کوچک شيشه اي آمپول مانند در وسط ميله نوري قرار دارد.
وقتي که شما ميله پلاستيکي را خم مي کنيد، حباب شيشه اي شکسته شده و دو محلول با هم ترکيب مي شوند. مواد شيميايي فوراً شروع به فعل و انفعالات کرده و اتم ها شروع به پخش نور مي کنند. رنگ ويژه اي که در محلول شيميايي استفاده شده، به نور ايجاد شده، رنگ مشخص مي دهد. بسته به نوع مواد ترکيبي، فعل و انفعالات از چند دقيقه تا ساعت ها ممکن است ادامه يابد. اگر شما محلول را گرم کنيد، انرژي اضافي سبب افزايش سرعت واکنش شده و ميله نوراني درخشان تر خواهد شد، اما زمان روشنايي کوتاه تر مي شود. اگر شما ميله نوري را سرد کنيد، سرعت واکنش کند خواهد شد و نور تيره تر خواهد شد، اما سبب افزايش زمان روشنايي خواهد شد.
اگر شما بخواهيد آن را براي روز بعد نگه داريد، بايستي داخل فريزر قرار دهيد. با اين کار، واکنش متوقف نخواهد شد؛ اما سرعت آن به طور قابل ملاحظه اي کاهش خواهد يافت.
ميله هاي نوري تنها يکي از کاربردهاي يک اتفاق طبيعي مهم است که به آن تابندگي يا لومينسانس ( Luminescence) مي گويند. تابندگي به هر نوع پخش نوري که علتش گرما نباشد، گفته مي شود. از اين خاصيت در تلويزيون، لامپ هاي نئون و اشياي درخشان در تاريکي( Glow In The Dark) استفاده مي شود. اين پديده همچنين اساس توليد نور در حشره يا کرم شب تاب است.
منبع:دانشمند، شماره 562.
/ج
