Absorption de la lumière

Les chaudes journées d'été, les vêtements noirs se sentent comme des fours, non? Pourquoi? Ce n'est pas magique, c'est de la physique. Comprendre ce processus simple est la clé de beaucoup de choses.

L'absorption de la lumière, c'est lorsque la matière capture l'énergie lumineuse, la convertissant en d'autres formes comme la chaleur. Les objets plus sombres absorbent plus de longueurs d'onde légères, donc ils chauffent plus que des objets plus légers qui reflètent plus de lumière. Ce principe est fondamental dans de nombreuses applications scientifiques et technologiques.

Vous l'avez ressenti, vous l'avez vu, mais qu'est-ce qui se passe vraiment quand la lumière décide de rester dans un objet plutôt que de rebondir ou de passer? En tant que personne qui a passé plus de 15 ans à bricoler des LED et à plonger profondément dans la façon dont la lumière interagit avec les tissus biologiques ici à Reddot LED, je peux vous dire que la compréhension de l'absorption n'est pas seulement pour les physiciens dans les blouses de laboratoire. C'est le fondement de la façon dont notre dispositifs de thérapie rouge ¹ sont conçus pour fonctionner efficacement, et il explique une tonne de phénomènes quotidiens, de la raison pour laquelle le tableau de bord de votre voiture devient brûlant de la façon dont les plantes mangent du soleil pour le petit déjeuner. Alors, retirons le rideau sur ce processus fondamental.

Quelle est la signification de l'absorption de la lumière?

Confus par le jargon physique parfois? "L'absorption de la lumière" semble complexe, mais c'est une interaction de base en permanence. Le comprendre débloque de nombreux mystères de tous les jours.

L'absorption de la lumière signifie un matériau, un atome ou une molécule, "attrape effectivement" l'énergie lumineuse. Lorsque les photons (les minuscules particules de lumière) frappent, leur énergie peut être transférée aux atomes ou molécules, souvent des électrons excitants ou une vibration moléculaire croissante, que nous ressentons comme la chaleur. Ce n'est pas seulement la lumière disparaître; C'est l'énergie qui se transforme. ²

Un atome absorbe un photon, gagnant de l'énergie.

Lorsque nous parlons de l'absorption de la lumière, nous décrivons une manière fondamentale de la façon dont l'énergie lumineuse interagit avec la matière. Imaginez la lumière comme un flux de minuscules paquets d'énergie appelés photons. Lorsque ces photons frappent un matériau, quelques choses peuvent se produire: elles peuvent rebondir (réflexion), passer à travers (transmission), ou ils peuvent être "trempés" par le matériau – C'est l'absorption. ³

The Nitty-Gritty: Transfert d'énergie

À son cœur, l'absorption de la lumière est un processus de transfert d'énergie.

• Un photon porte une quantité spécifique d'énergie, qui dépend de sa longueur d'onde (ou de sa couleur).

• Pour que l'absorption se produise, l'énergie du photon entrant doit généralement faire correspondre une différence d'énergie dans les atomes ou les molécules du matériau. Cela pourrait être l'énergie nécessaire pour baisser un électron à un niveau d'énergie plus élevé ou pour faire vibrer ou tourner les molécules plus rapidement.

S'il n'y a pas de transition énergétique appropriée disponible dans le matériau qui correspond à l'énergie du photon, cette longueur d'onde particulière de la lumière est plus susceptible d'être réfléchie ou transmise. C'est pourquoi différents matériaux absorbent différentes couleurs de lumière, conduisant aux couleurs que nous voyons!

Qu'arrive-t-il à cette énergie absorbée?

Une fois absorbée, l'énergie lumineuse ne disparaît pas seulement. Il est converti en autres formes:

• Chaleur: Le plus souvent, l'énergie absorbée augmente l'énergie cinétique des atomes et des molécules, les faisant secouer davantage. Ce mouvement accru est ce que nous percevons comme de la chaleur. Ce t-shirt noir devient chaud car il est très bon pour absorber de nombreuses longueurs d'onde de lumière visible et convertir cette énergie en énergie thermique.

• Réactions chimiques: Dans certains cas, l'énergie lumineuse absorbée peut fournir l'énergie d'activation nécessaire pour lancer une réaction chimique. La photosynthèse est le premier exemple ici.

• Réémission de la lumière (fluorescence / phosphorescence): Parfois, un électron excité se repose rapidement à son état d'énergie inférieur et réémit un photon, souvent à une longueur d'onde plus longue (énergie inférieure). C'est la base de choses qui brillent dans l'obscurité ou sous la lumière UV.

La compréhension de ces résultats est cruciale, en particulier dans des domaines comme le nôtre à Reddot LED, où nous avons besoin de longueurs d'onde spécifiques pour être absorbés par les tissus cibles pour initier les réponses biologiques souhaitées, pas seulement pour générer une chaleur non spécifique.

Cette compréhension fondamentale nous aide à concevoir tout à partir de plus efficace panneaux de thérapie rouge Pour expliquer pourquoi certaines couleurs sont meilleures pour les vêtements d'été que d'autres!

Qu'est-ce que l'adsorption de la lumière?

Entendu le terme "adsorption" utilisé avec la lumière? Cela semble terriblement similaire à "l'absorption", mais ils sont en fait assez différents. La confusion de ces deux peut conduire à de vrais malentendus, surtout lorsque nous parlons de science matérielle ou même de applications lumineuses avancées.

"Adsorption of Light" n'est pas une terminologie standard pour l'absorption d'énergie lumineuse par un matériau. L'adsorption est un phénomène de surface où les atomes, ions ou molécules d'un gaz, d'un liquide ou d'un solide dissous adhèrent à une surface. Lumière absorption , en revanche, c'est quand l'énergie lumineuse elle-même est prise dans La majeure partie du matériau, convertissant à d'autres formes d'énergie.

Adsorption (surface) Vs. Absorption (vrac).

Il est facile de mélanger ces deux – "Adsorb" et "Absorb" ne sont qu'une lettre d'intervalle! Mais en termes scientifiques, ils décrivent des processus très différents. En tant que personne qui traite de la lumière pénétrer et est absorbé par Les tissus de la thérapie, il est important de réaliser cette distinction.

Adsorption vs. Absorption: une histoire de deux «sorption»

Décomposons-le. Pensez à "l'absorption" (avec un'b ') comme une éponge qui absorbe l'eau. L'eau (analogue à l'énergie lumineuse) va dans La majeure partie de l'éponge.
"Adsorption" (avec un 'D'), en revanche, ressemble plus à la dénigmentation de la poussière sur la surface d'une table. Les particules de poussière (analogues aux molécules) collent à l'extérieur mais ne font pas partie de la structure interne de la table. ⁴

La lumière peut-elle influencer les processus d'adsorption?

Oui, absolument! C'est là que cela peut devenir intéressant. Bien que la lumière elle-même ne soit généralement pas "adsorbée" dans la façon dont les molécules sont, la lumière absorption par un matériau peut influencer considérablement la capacité de ce matériel à adsorber autres substances.

• Photocatalyse: Un excellent exemple est la photocatalyse, comme avec le dioxyde de titane (TiO₂). Quand Tio₂ absorbe Lumière UV, elle devient sous tension et peut ensuite faciliter l'adsorption et la rupture ultérieure des polluants à sa surface. ⁵ Ici, l'absorption de la lumière entraîne l'activité de surface qui entraîne une adsorption et une réaction moléculaires.

Qu'en est-il de «l'adsorption des photons»?

Dans la physique quantique, vous pourriez parfois rencontrer du phrasé où les photons individuels sont décrits comme «adsorbés» par un atome lors d'un événement d'excitation. Il s'agit d'une description mécanique quantique du processus d'absorption au niveau des particules. Cependant, dans l'optique générale et la science des matériaux, lorsque nous parlons d'énergie lumineuse prise par un matériau, «l'absorption» (avec un «b») est le terme correct et standard. Il est crucial d'utiliser la bonne terminologie pour éviter la confusion, surtout si vous recherchez des produits ou des recherches spécialisés où ces distinctions sont importantes.

Donc, alors que "l'adsorption de la lumière" n'est pas la phrase incontournable pour l'absorption d'énergie de lumière, comprendre l'interaction entre la lumière absorption par les matériaux et leur adsorption D'autres molécules sont essentielles dans de nombreuses applications avancées, du nettoyage environnemental à la création de surfaces autonettoyantes.

Quels sont les exemples d'absorption de lumière?

Trouver des concepts de physique abstrait un peu difficile à cerner? Ne vous inquiétez pas, vous n'êtes pas seul! Les exemples du monde réel facilitent l'absorption de la lumière. La vérité est que ce processus se produit tout autour de vous, à chaque seconde.

Les exemples incluent une route d'asphalte noire devenant brûlante chaude sous le soleil, des plantes vertes utilisant la lumière du soleil pour la photosynthèse, vos propres yeux absorbant la lumière pour permettre la vision, ou des appareils spécialisés comme les panneaux solaires convertissant la lumière du soleil en électricité. Même notre Dispositifs de thérapie LED Reddot ⁶ compter sur une absorption spécifique par la peau.

Une fois que vous commencerez à le chercher, vous verrez une absorption de lumière partout. Ce n'est pas seulement un principe scientifique obscur; C'est une force motrice derrière le fonctionnement de notre monde.

Énergie solaire de la nature: Photosynthèse

C'est probablement l'exemple le plus vital d'absorption de la lumière sur Terre.

• Les plantes, les algues et certaines bactéries contiennent des pigments, la plus célèbre chlorophylle (ce qui rend les plantes vertes).

• La chlorophylle est exceptionnellement bonne à absorber la lumière dans les parties bleues et rouges du spectre ⁷ (et reflétant le vert, c'est pourquoi les plantes ont l'air verte).

• Cette énergie lumineuse absorbée est ensuite utilisée pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en glucose (sucre, c'est-à-dire la nourriture pour la plante) et à l'oxygène. C'est une conversion directe de l'énergie lumineuse en énergie chimique, tout cela grâce à l'absorption.

Chauffage de tous les jours: pourquoi les choses sombres deviennent chaudes

Vous connaissez celui-ci de l'expérience:

• Vêtements / objets sombres: Un t-shirt noir, une voiture de couleur foncée ou une route asphalte absorbe la plupart des longueurs d'onde de lumière visibles qui l'ont frappé. Cette énergie absorbée est principalement convertie en chaleur, ce qui rend l'objet chaud. ²

• Vêtements / objets légers: Un t-shirt blanc, en revanche, reflète les longueurs d'onde légères les plus visibles, absorbant très peu. Par conséquent, il reste beaucoup plus frais.

Le miracle de la vision

Votre capacité à lire cette phrase est grâce à l'absorption de la lumière!

• Vos yeux contiennent des cellules spécialisées dans la rétine appelés cellules photorécepteurs (tiges et cônes).

• Ces cellules contiennent des pigments sensibles à la lumière (comme la rhodopsine dans les tiges) qui absorbent les photons de lumière.

• Lorsque ces pigments absorbent la lumière, ils changent de forme, déclenchant une cascade chimique qui génère une impulsion nerveuse envoyée à votre cerveau, ce qui l'interprète ensuite sous forme de vision. ⁸ Différents pigments absorbent différentes longueurs d'onde, nous permettant de voir les couleurs.

Absorption de l'exploitation technologique

Les humains sont également devenus assez bons pour utiliser l'absorption de la lumière:

• Panneaux solaires (photovoltaïque): Les cellules solaires sont faites de matériaux semi-conducteurs (comme le silicium) conçus pour absorber la lumière du soleil. Lorsque les photons sont absorbés, ils peuvent se détacher des électrons, créant un courant électrique. ⁹

• Collectionneurs solaires: Ceux-ci utilisent souvent des surfaces noires pour absorber la lumière du soleil et la convertir directement en chaleur, qui peut ensuite être utilisée pour chauffer l'eau ou l'air.

• Luminothérapie (photobiomodulation): C'est notre pain et notre beurre à Reddot LED. Des appareils comme notre masques de thérapie rouge ou panneaux intégraux sont conçus pour émettre des longueurs d'onde spécifiques de lumière rouge ou proche infrarouge. Ces longueurs d'onde sont préférentiellement absorbées par certains composants de nos cellules (comme les mitochondries). Cette énergie lumineuse absorbée peut alors stimuler les processus cellulaires, favoriser la guérison, réduire l'inflammation et offrir d'autres avantages thérapeutiques. La clé est absorption ciblée – Améliorer la bonne lumière au bon endroit pour être absorbé efficacement.

Comprendre ces exemples montre à quel point l'absorption de la lumière fondamentale et polyvalente est vraiment.

Dans quel processus est absorbé par la lumière?

Alors nous savons quoi L'absorption de la lumière signifie, mais comment et où Ce transfert d'énergie crucial se produit-il réellement? La lumière est absorbée dans une multitude de processus, formant souvent la toute première étape qui rend tout le reste possible.

La lumière est absorbée dans les processus où son énergie est nécessaire pour entraîner un changement. Cela comprend la photosynthèse (les plantes convertissant la lumière en énergie chimique), la vision humaine (les cellules rétiniennes absorbant les photons pour créer des signaux), la récolte d'énergie solaire (photovoltaïque convertissant la lumière en électricité) et les applications thérapeutiques où des longueurs d'onde spécifiques sont absorbées par les tissus biologiques pour déclencher des réponses cellulaires.

L'absorption de la lumière n'est pas seulement un événement aléatoire; C'est souvent une première étape très spécifique et cruciale d'une réaction en chaîne. L'énergie de la lumière absorbée peut lancer des changements physiques, des réactions chimiques ou des réponses biologiques.

Le saut quantique: excitation électronique

Il s'agit du processus le plus fondamental au niveau atomique et moléculaire.

• Lorsqu'un photon avec la bonne quantité d'énergie (correspondant à un écart d'énergie spécifique dans un atome ou une molécule) est absorbé, il peut faire passer un électron d'un niveau d'énergie inférieur (état fondamental) à un niveau d'énergie plus élevé (état excité). ²

• Cet état excité est souvent temporaire. L'électron reviendra éventuellement à son état fondamental, libérant l'énergie absorbée de diverses manières (chaleur, émission de lumière ou en la transférant vers une autre molécule).

• Processus: Cette vision sous-tend (pigments rétiniens), certains types de cellules solaires, et est l'étape initiale de la façon dont les chromophores de notre peau absorbent la lumière pendant luminothérapie .

Jiggles moléculaires: conversion en chaleur

Comme mentionné précédemment, un résultat très courant de l'absorption de la lumière est la conversion de l'énergie lumineuse en énergie thermique.

• Les photons absorbés peuvent augmenter l'énergie vibrationnelle et rotationnelle des molécules dans un matériau.

• Cette augmentation du mouvement moléculaire se manifeste comme une augmentation de la température.

• Processus: C'est pourquoi les surfaces sombres deviennent chaudes au soleil, comment les fours à micro-ondes chauffent les aliments (bien que les micro-ondes aient une longueur d'onde plus longue que la lumière visible, le principe d'absorption conduisant à des vibrations moléculaires est similaire), et c'est un facteur dans l'effet de réchauffement de certaines luminarcées.

Changement chimique de conduite: photochimie

L'énergie lumineuse absorbée peut fournir l'énergie d'activation nécessaire pour que les réactions chimiques se produisent.

• Photosynthèse: La lumière absorbée par la chlorophylle entraîne les réactions chimiques qui convertissent le CO₂ et l'eau en glucose. ⁷

• Photodégradation: L'absorption de la lumière UV peut décomposer les plastiques et les colorants, les faisant s'estomper ou devenir cassants.

• Synthèse de la vitamine D: La lumière UV-B absorbée par notre peau convertit un produit chimique précurseur en vitamine D.

• Photomédicine: De nombreux traitements médicaux, notamment une thérapie photodynamique pour le cancer ou certaines conditions cutanées, s'appuient sur un médicament photosensibilisant qui, une fois administré, absorbe des longueurs d'onde spécifiques de lumière pour s'activer et exercer un effet thérapeutique (par exemple, détruire les cellules ciblées). Il s'agit d'une application sophistiquée de l'absorption de la lumière ciblée, un champ que nous avons à Reddot LED Watch avec un grand intérêt car il partage les principes avec nos propres technologies de photobiomodulation.

Comprendre ces processus variés souligne à quel point l'absorption de la lumière pivot est, agissant comme le déclencheur d'innombrables phénomènes qui façonnent notre monde et les technologies que nous utilisons.

Conclusion

Ainsi, l'absorption de la lumière n'est pas seulement un terme obscur pour les scientifiques; C'est un processus fondamental qui rend possible la vie, la vision et même vos sièges d'auto chauds. De la façon dont les plantes prospèrent à la façon dont les technologies avancées comme nos dispositifs LED Reddot offrent une thérapie ciblée, la compréhension nous le permet.

Références: