ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ СВЕТА. ФОТОГРАФИЯ
Отдельные молекулы поглощают световую энергию порциями — квантами hv. В случае видимого и ультрафиолетового излучений эта энергия достаточна для расщепления многих молекул. В этом проявляется химическое действие света. Любое превращение молекул есть химический процесс. Часто после расщепления молекул светом начинается целая цепочка химических превращений. Выцветание тканей на солнце и образование загара — это примеры химического действия света. Важнейшие химические реакции под действием света происходят в зеленых листьях деревьев и траве, в иглах хвои и во многих микроорганизмах. В зеленом листе под действием солнца происходят необходимые для всей жизни на Земле процессы. Они дают нам пишу, они же дают нам кислород для дыхания. Листья поглощают из воздуха углекислый газ и расщепляют его молекулы на составные части: углерод и кислород. Происходит это, как установил русский биолог Климент Аркадьевич Тимирязев, в молекулах хлорофилла под действием красных лучей солнечного спектра. Пристраивая к углеродной цепочке атомы других элементов, извлекаемых корнями из земли, растения строят молекулы белков, жиров и углеводов. Все это происходит за счет энергии солнечных лучей. Причем здесь особенно важна не только сама энергия, а та форма, в которой она поступает. Фотосинтез (так называют этот процесс) может протекать только под действием света определенного спектрального состава. Механизм фотосинтеза еще не выяснен до конца. Когда это случится, для человечества, возможно, наступит новая эра. Белки и другие сложные органические вещества можно будет изготовлять на фабриках под голубым небосводом. Химическое действие света лежит в основе фотографии. Фотография. Чувствительный слой фотопластинки состоит из маленьких кристалликов бромида серебра (AgBr), вкрапленных в желатин. Попадание световых квантов в кристаллик приводит к отрыву электронов от отдельных ионов брома. Эти электроны захватываются ионами серебра, и в кристаллике образуется небольшое число нейтральных атомов серебра. Однако количество металлического серебра, выделившегося за счет этого процесса, мало. Действительно, можно заметить, что фотопластинка (или фотопленка) с течением времени на свету чернеет, но довольно незначительно. Это почернение вызвано образованием металлического серебра. Полученное на фотопластинке под действием света изображение объекта называют скрытым. При обработке пластинки первая операция состоит в проявлении. Пластинка погружается в раствор гидрохинона, метола или других веществ, под действием которых во всем кристаллике бромида серебра, подвергшегося воздействию света, происходит выделение металлического серебра. На пластинке получается негативное изображение объекта, в котором место светлых участков занимают темные и наоборот (рис. 244, а). Следующая операция — закрепление — состоит в том, что оставшиеся кристаллики бромида серебра растворяются и вымываются. Благодаря этому пластинка становится нечувствительной к свету. Для закрепления погружают пластинку в раствор гипосульфита. После промывания в воде негатив готов. Накладывая его на фотобумагу, т. е. на обычную бумагу с нанесенным на нее светочувствительным слоем, получают после освещения и аналогичной химической обработки позитивное изображение (рис. 244, б). На позитиве уже правильно (без обращения) передается распределение светлых и темных тонов. Фотография весьма точно и на долгое время способна зафиксировать события, неотвратимо уходящие все далее и далее в прошлое. Большое значение имеет фотография для науки. Такие быстрые процессы, как, например, молния, можно запечатлеть на фотографии и в дальнейшем детально изучить. Объекты, посылающие столь слабый свет, что они не различимы глазом, могут быть зафиксированы на фотопластинке при достаточно большой выдержке, т. е. длительном освещении пластинки. Именно поэтому такие очень удаленные от нас объекты, как галактики, изучаются по фотографиям. Современная техника позволяет фотографировать не только при видимом свете, но и в темноте при инфракрасных лучах. Фотография используется для записи звука в кино. 1. Нарисуйте график зависимости кинетической энергии фотоэлектронов от частоты света. Как с помощью такого графика определить постоянную Планка? 2. Найдите абсолютный показатель преломления среды, в которой свет с энергией фотона ?=4,4-10"19 Дж имеет длину волны А.=3,0-10~7 м. 3. Определите энергию фотона, соответствующую длине волны А.=5,0- 1(Г7 м. 4. Определите длину волны X света, которым освещается поверхность металла, если фотоэлектроны имеют кинетическую энергию Wk= =4,5-Ю-20 Дж, а работа выхода электрона из металла равна /4 = 7,6Х Х10"19 Дж. 5. Какова красная граница vmin фотоэффекта, если работа выхода электрона из металла Л=3,310~19 Дж? 6. Излучение с длиной волны А.=3,0-10~7 м падает на вещество, для которого красная граница фотоэффекта vmin=4,3• 1014 Гц. Чему равна кинетическая энергия фотоэлектронов? 7. Каков импульс фотона, если длина световой волны А,=5,0- Ю-7 м? 1. В начале XX века зародилась квантовая теория — теория движения и взаимодействия элементарных частиц и состоящих из них систем. 2. Для объяснения закономерностей теплового излучения М. Планк предположил, что атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями — квантами. Энергия каждой порции определяется формулой E=h\, где /г=6,63-Ю-34 Дж • с — постоянная Планка; v — частота света. 3. Поглощается электромагнитная энергия также отдельными порциями. Это подтверждается явлением фотоэффекта (вырывание электронов из вещества под действием света). Число вырванных электронов пропорционально интенсивности излучения, а кинетическая энергия электронов определяется только частотой света. Согласно представлениям Эйнштейна, поглощенная порция энергии hv идет на совершение работы выхода А по вырыванию электрона из металла и на сообщение ему кинетической энергии: Если частота света v