Wlight -absorpsjon

Varme sommerdager, mørke klær føles som ovner, ikke sant? Hvorfor? Det er ikke magi, det er fysikk. Å forstå denne enkle prosessen er nøkkelen til mange ting.

Lysabsorpsjon er når materie fanger lysenergi, og konverterer den til andre former som varme. Mørkere objekter absorberer mer lysbølgelengder, og derfor varmer de opp mer enn lettere gjenstander som gjenspeiler mer lys. Dette prinsippet er grunnleggende i mange vitenskapelige og teknologiske anvendelser.

Du har følt det, du har sett det, men hva som virkelig skjer når Light bestemmer seg for å holde seg rundt i et objekt i stedet for å sprette av eller gå gjennom? Som noen som har brukt over 15 år på å tulle med lysdioder og dykke dypt inn i hvordan lys interagerer med biologiske vev her på Reddot LED, kan jeg fortelle deg at å forstå absorpsjon ikke bare for fysikere i laboratoriefrakker. Det er grunngrunnen til hvordan vår Red Light Therapy Devices ¹ er designet for å fungere effektivt, og det forklarer massevis av hverdagslige fenomener, fra hvorfor bilens dashbord blir brennende varmt til hvordan planter spiser solskinn til frokost. Så la oss trekke tilbake gardinen på denne grunnleggende prosessen.

Hva er betydningen av lysabsorpsjon?

Forvirret av fysikksjargong noen ganger? "Lysabsorpsjon" høres kompleks ut, men det er en grunnleggende interaksjon som skjer konstant. Å forstå det låser opp mange hverdags mysterier.

Lysabsorpsjon betyr et materiale, et atom eller et molekyl, effektivt "fanger" lysenergi. Når fotoner (de bittesmå lyspartiklene) streikesaker, kan energien deres overføres til atomer eller molekyler, ofte spennende elektroner eller øker molekylær vibrasjon, som vi føler som varme. Det er ikke bare lys som forsvinner; Det er energitransformerende. ²

Et atom absorberer et foton som får energi.

Når vi snakker om lysabsorpsjon, beskriver vi en grunnleggende måte lysenergi samhandler med materie. Se for deg lys som en strøm av bittesmå energipakker som kalles fotoner. Når disse fotonene treffer et materiale, kan noen få ting skje: de kan sprette av (refleksjon), passere rett gjennom (overføring), eller de kan "gjennomvåt" av materialet – Det er absorpsjon. ³

The Nitty-Gritty: Energy Transfer

I kjernen er lysabsorpsjon en energioverføringsprosess.

• Et foton har en spesifikk mengde energi, som avhenger av dens bølgelengde (eller farge).

• For at absorpsjonen skal skje, trenger energien til det innkommende fotonet generelt å samsvare med en energiforskjell i atomene eller molekylene til materialet. Dette kan være energien som trengs for å støte et elektron til et høyere energinivå eller for å få molekyler til å vibrere eller rotere raskere.

Hvis det ikke er noen passende energiovergang tilgjengelig i materialet som samsvarer med fotonens energi, er den spesielle bølgelengden til lys mer sannsynlig å bli reflektert eller overført. Dette er grunnen til at forskjellige materialer absorberer forskjellige farger på lys, noe som fører til fargene vi ser!

Hva skjer med den absorberte energien?

Når den er absorbert, forsvinner ikke lysenergien bare. Det er konvertert til andre former:

• Varme: Oftest øker den absorberte energien den kinetiske energien til atomer og molekyler, noe som får dem til å vende seg rundt mer. Denne økte bevegelsen er det vi oppfatter som varme. Den svarte t-skjorten blir varm fordi den er veldig god til å absorbere mange bølgelengder av synlig lys og konvertere den energien til termisk energi.

• Kjemiske reaksjoner: I noen tilfeller kan den absorberte lysenergien gi den aktiveringsenergien som er nødvendig for å starte en kjemisk reaksjon. Fotosyntese er det viktigste eksemplet her.

• Re-emisjon av lys (fluorescens/fosforescence): Noen ganger vil et eksitert elektron raskt falle tilbake til sin lavere energitilstand og emit et foton på nytt, ofte med en lengre bølgelengde (lavere energi). Dette er grunnlaget for ting som lyser i mørket eller under UV -lys.

Å forstå disse resultatene er avgjørende, spesielt innen felt som vårt ved Reddot LED, der vi trenger spesifikke bølgelengder for å bli absorbert av målvev for å sette i gang ønsket biologiske responser, ikke bare for å generere uspesifikk varme.

Denne grunnleggende forståelsen hjelper oss med å designe alt fra mer effektivt Rødlysbehandlingspaneler Å forklare hvorfor noen farger er bedre for sommerklær enn andre!

Hva er adsorpsjon av lys?

Hørte begrepet "adsorpsjon" brukt med lys? Det høres veldig ut som "absorpsjon", men de er faktisk ganske forskjellige. Å forvirre disse to kan føre til noen reelle misforståelser, spesielt når vi snakker om materialvitenskap eller til og med noen avanserte lysapplikasjoner.

"Adsorpsjon av lys" er ikke standard terminologi for opptak av lys energi ved et materiale. Adsorpsjon er et overflatefenomen der atomer, ioner eller molekyler fra en gass, væske eller oppløst fast fester til en overflate. Lys absorpsjon derimot er når selve lysenergien tas inn i Hovedtyngden av materialet, konvertering til andre energiformer.

Adsorpsjon (overflate) Vs. Absorpsjon (bulk).

Det er lett å blande disse to opp – "Adsorb" og "Absorb" er bare ett bokstav fra hverandre! Men i vitenskapelige termer beskriver de veldig forskjellige prosesser. Som noen som takler hvor lys trenger inn og er absorbert av Vev for terapi, å få denne skillet riktig er viktig.

Adsorpsjon Vs. Absorpsjon: En historie om to 'sorpsjoner'

La oss bryte det ned. Tenk på "absorpsjon" (med A'B ') som en svamp som bløtlegger vann. Vannet (analogt med lys energi) går inn i hoveddelen av svampen.
"Adsorpsjon" (med en 'D') derimot, er mer som støvlinje på overflaten av et bord. Støvpartiklene (analoge med molekyler) holder seg til utsiden, men blir ikke en del av tabellens indre struktur. ⁴

Kan lys påvirke adsorpsjonsprosesser?

Ja, absolutt! Det er her det kan bli interessant. Mens lys i seg selv ikke typisk "adsorberes" på den måten molekyler er, er lys, lys absorpsjon med et materiale kan dramatisk påvirke det materialets evne til å adsorb andre stoffer.

• Fotokatalyse: Et flott eksempel er fotokatalyse, som med titandioksid (TiO₂). Når tio₂ absorberes UV -lys, det blir energisk og kan deretter lette adsorpsjonen og påfølgende nedbrytning av miljøgifter på overflaten. ⁵ Her driver lysabsorpsjon overflateaktiviteten som fører til molekylær adsorpsjon og reaksjon.

Hva med "fotonadsorpsjon"?

I kvantefysikk kan du av og til møte frasering der individuelle fotoner beskrives som "adsorbert" av et atom under en eksitasjonshendelse. Dette er en kvantemekanisk beskrivelse av absorpsjonsprosessen på partikkelnivå. Imidlertid, generelt optikk og materialvitenskap, når vi snakker om lysenergi som blir tatt opp av et materiale, er "absorpsjon" (med en 'b') riktig og standardbetegnelse. Det er avgjørende å bruke riktig terminologi for å unngå forvirring, spesielt hvis du ser på spesialiserte produkter eller forskning der disse distinksjonene betyr noe.

Så selv om "adsorpsjon av lys" er ikke den setningen for lys energiopptak, og forstå samspillet mellom lys absorpsjon av materialer og deres adsorpsjon Av andre molekyler er nøkkelen i mange avanserte applikasjoner, fra miljøopprydding til å lage selvrensende overflater.

Hva er eksempler på absorberende lys?

Finne abstrakte fysikkbegreper litt vanskelig å finne ned? Ikke bekymre deg, du er ikke alene! Eksempler i den virkelige verden gjør lysabsorpsjon mye enklere å forstå. Sannheten er at denne prosessen skjer rundt deg, hvert eneste sekund.

Eksempler inkluderer en svart asfaltvei som blir brennende varm under solen, grønne planter som bruker sollys for fotosyntese, dine egne øyne som absorberer lys for å muliggjøre syn, eller spesialiserte enheter som solcellepaneler som konverterer sollys til strøm. Til og med vår Reddot LED -terapienheter ⁶ stole på spesifikk absorpsjon av hud.

Når du begynner å lete etter det, vil du se lysabsorpsjon overalt. Det er ikke bare noe uklar vitenskapelig prinsipp; Det er en pådriver bak hvordan vår verden fungerer.

Naturens solenergi: fotosyntese

Dette er sannsynligvis det viktigste eksemplet på lysabsorpsjon på jorden.

• Planter, alger og noen bakterier inneholder pigmenter, mest kjent klorofyll (som gjør planter grønne).

• Klorofyll er usedvanlig god på absorberende lys i de blå og røde delene av spekteret ⁷ (og reflektere grønt, og det er grunnen til at planter ser grønne ut).

• Denne absorberte lysenergien brukes deretter til å omdanne karbondioksid og vann til glukose (sukker, dvs. mat til planten) og oksygen. Det er en direkte konvertering av lysenergi til kjemisk energi, alt takket være absorpsjon.

Hverdagsoppvarming: Hvorfor mørke ting blir varmt

Du kjenner denne fra erfaring:

• Mørke klær/gjenstander: En svart t-skjorte, en mørkfarget bil eller en asfaltvei absorberer de fleste av de synlige lysbølgelengdene som treffer den. Denne absorberte energien blir først og fremst omdannet til varme, noe som gjør at objektet føles varmt. ²

• Lette klær/gjenstander: En hvit t-skjorte, derimot, reflekterer mest synlige lysbølgelengder, og absorberer veldig lite. Derfor forblir det mye kjøligere.

Miraklet av synet

Din evne til å lese denne setningen er takket være lysabsorpsjon!

• Øynene dine inneholder spesialiserte celler i netthinnen som kalles fotoreseptorceller (stenger og kjegler).

• Disse cellene inneholder lysfølsomme pigmenter (som rhodopsin i stenger) som absorberer lysfotoner.

• Når disse pigmentene absorberer lys, endrer de form og utløser en kjemisk kaskade som genererer en nerveimpuls sendt til hjernen din, som deretter tolker den som syn. ⁸ Ulike pigmenter absorberer forskjellige bølgelengder, slik at vi kan se farger.

Teknologi som utnytter absorpsjon

Mennesker har blitt ganske flinke til å bruke lysabsorpsjon også:

• Solcellepaneler (Photovoltaics): Solceller er laget av halvledermaterialer (som silisium) designet for å absorbere sollys. Når fotoner blir absorbert, kan de slå elektroner løs og skape en elektrisk strøm. ⁹

• Soltermiske samlere: Disse bruker ofte svarte overflater for å absorbere sollys og konvertere det direkte til varme, som deretter kan brukes til å varme opp vann eller luft.

• Lysterapi (Photobiomodulation): Dette er vårt brød og smør på Reddot LED. Enheter som vår Rødlysterapi masker eller fullkroppspaneler er designet for å avgi spesifikke bølgelengder av rødt eller nær infrarødt lys. Disse bølgelengdene blir fortrinnsvis absorbert av visse komponenter i cellene våre (som mitokondrier). Denne absorberte lysenergien kan da stimulere cellulære prosesser, fremme helbredelse, redusere betennelse og tilby andre terapeutiske fordeler. Nøkkelen er Målrettet absorpsjon – Å få riktig lys til riktig sted å bli absorbert effektivt.

Å forstå disse eksemplene viser hvor grunnleggende og allsidig lysabsorpsjon egentlig er.

I hvilken prosess absorberes lys?

Så vi vet hva lysabsorpsjon betyr, men hvordan og hvor Skjer denne avgjørende energioverføringen faktisk? Lys blir absorbert i en hel rekke prosesser, og danner ofte det aller første trinnet som gjør alt annet mulig.

Lys absorberes i prosesser der energien er nødvendig for å drive en endring. Dette inkluderer fotosyntese (planter som konverterer lys til kjemisk energi), menneskesyn (retinalceller som absorberer fotoner for å lage signaler), høsting av solenergi (fotovoltaikk som konverterer lys til elektrisitet) og terapeutiske anvendelser der spesifikke bølgelengder blir absorbert av biologiske vev for å utløse cellulære responser.

Lysabsorpsjon er ikke bare en tilfeldig hendelse; Det er ofte et veldig spesifikt og avgjørende første trinn i en kjedereaksjon. Energien fra absorbert lys kan starte fysiske endringer, kjemiske reaksjoner eller biologiske responser.

Kvantespranget: elektroneksitasjon

Dette er den mest grunnleggende prosessen på atom- og molekylært nivå.

• Når et foton med riktig mengde energi (samsvarer med et spesifikt energigap i et atom eller molekyl) tas opp, kan det føre til at et elektron hopper fra et lavere energinivå (grunntilstand) til et høyere energinivå (spent tilstand). ²

• Denne begeistrede tilstanden er ofte midlertidig. Elektronet vil etter hvert vende tilbake til grunntilstanden, og frigjør den absorberte energien på forskjellige måter (varme, lysutslipp eller ved å overføre den til et annet molekyl).

• Prosesser: Dette underbygger synet (netthinnepigmenter), noen typer solceller, og er det første trinnet i hvordan kromoforer i huden vår absorberer lys under Lysterapi .

Molecular Jiggles: Konvertering til varme

Som nevnt tidligere, er et veldig vanlig resultat av lysabsorpsjon konvertering av lysenergi til termisk energi.

• Absorberte fotoner kan øke vibrasjons- og rotasjonsenergien til molekyler i et materiale.

• Denne økte molekylære bevegelsen manifesterer seg som en temperaturøkning.

• Prosesser: Dette er grunnen til at mørke overflater blir varme i solen, hvordan mikrobølgeovner varmes mat (selv om mikrobølger er lengre bølgelengde enn synlig lys, er prinsippet om absorpsjon som fører til molekylær vibrasjon likt), og det er en faktor i den oppvarmingseffekten av noen lysterapi.

Kjør kjemisk endring: Fotokjemi

Absorbert lysenergi kan gi den aktiveringsenergien som trengs for at kjemiske reaksjoner skal oppstå.

• Fotosyntese: Lys absorbert av klorofyll driver de kjemiske reaksjonene som omdanner CO₂ og vann til glukose. ⁷

• Fotodegradering: UV -lysabsorpsjon kan bryte ned plast og fargestoffer, noe som får dem til å visne eller bli sprø.

• Vitamin D -syntese: UV-B-lys absorbert av huden vår konverterer et forløperkjemikalie til vitamin D.

• Fotomedisin: Mange medisinske behandlinger, inkludert fotodynamisk terapi for kreft eller visse hudtilstander, er avhengige av et fotosensibiliserende medikament som, når den er administrert, absorberer spesifikke bølgelengder for lys for å bli aktivert og utøver en terapeutisk effekt (f.eks. Å ødelegge målrettede celler). Dette er en sofistikert anvendelse av målrettet lysabsorpsjon, et felt vi på Reddot ledet Watch med stor interesse da det deler prinsipper med våre egne fotobiomodulasjonsteknologier.

Å forstå disse varierte prosessene understreker hvor sentralt lysabsorpsjon er, og fungerer som utløseren for utallige fenomener som former vår verden og teknologiene vi bruker.

Konklusjon

Så lysabsorpsjon er ikke bare noen obskure betegnelser for forskere; Det er en grunnleggende prosess som gjør liv, syn og til og med dine varme bilseter mulig. Fra hvordan planter trives til hvor avansert tech som RedDot LED -enheter leverer målrettet terapi, og forståelse av den styrker oss.

Referanser: