Оптика — Задание 19 ОГЭ по физике №00039954

Что дано

Газоразрядная лампа с парами ртути: при прохождении тока она даёт ультрафиолетовое (УФ) излучение. Рядом — фосфоресцирующее вещество, которое само светится в видимой области. Вопрос: способен ли ультрафиолет «завести» это послесвечение.

Идея

Свет — это поток квантов (порций энергии), их ещё называют фотонами. Энергия одного кванта считается по формуле Планка:

$$E=h\nu$$

где $\nu$ — частота излучения, $h$ — постоянная Планка. Чем выше частота, тем «увесистее» квант.

Свечение вещества (люминесценция) устроено так: квант падающего излучения поглощается атомом и переводит его в возбуждённое состояние — на более высокий энергетический уровень. Через некоторое время атом возвращается обратно и отдаёт энергию в виде собственного кванта света. Чтобы всё это началось, энергия падающего кванта должна быть не меньше той, что нужна для возбуждения.

Разбираем

Сравним ультрафиолет и видимый свет. Ультрафиолет лежит за фиолетовой границей видимого диапазона: его длина волны меньше, а частота — больше, чем у любого видимого света. По формуле $E=h\nu$ это значит, что УФ-квант несёт бо́льшую энергию, чем квант того видимого света, который испускает фосфоресцирующее вещество.

Значит, энергии УФ-кванта с запасом хватает, чтобы возбудить атом вещества. Атом поглощает «дорогой» ультрафиолетовый квант, часть энергии тратится на нагрев (переходит во внутреннюю энергию вещества), а остаток излучается как более «дешёвый» видимый квант. Поэтому свечение всегда получается более длинноволновым, чем возбуждающее излучение, — обратное было бы нарушением закона сохранения энергии.

Вывод

Да, ультрафиолетовое излучение ртутной лампы способно вызвать послесвечение такого вещества в видимой области. На этом и построены люминесцентные лампы: невидимый ультрафиолет разряда превращается слоем люминофора на стенках колбы в привычный видимый свет.