science >> Wetenschap >  >> anders

Hoe lichtsticks werken

Sinds hun uitvinding 25 jaar geleden, lichte sticks zijn een Halloween-nietje geworden. Ze zijn perfect als veiligheidsverlichting omdat ze draagbaar zijn, goedkoop en ze stralen een spookachtige gloed uit. Lichtstokjes zijn ook enorm populair in de ravescene (net als lichte kettingen, lichte bril en licht touw), en ze vormen een ideale lamp voor SCUBA-duikers en kampeerders.

Hoewel het misschien lijkt op bovennatuurlijke magie, de techniek achter light sticks is eigenlijk heel simpel. In dit artikel, we zullen in een lichtstaaf kijken om erachter te komen hoe het zo'n sterk licht afgeeft zonder lamp en zonder batterij.

Licht is een vorm van energie, die via verschillende processen kan worden uitgestoten. Deze processen omvatten:

  • Gloeilamp - De emissie van licht door warmte (zoals bij een gewone gloeilamp of een gaslantaarn)
  • Fluorescentie en fosforescentie - De emissie van licht als reactie op stralingsenergie (zoals in een fluorescentielamp of een televisie)
  • Laser generatie - De geconcentreerde emissie van licht met behulp van gestimuleerde emissie (zie Hoe lasers werken voor details).

Al deze processen werken volgens hetzelfde basisprincipe:een externe energiebron wekt atomen op, waardoor ze lichtdeeltjes vrijgeven, genaamd fotonen . Als je iets verbrandt, bijvoorbeeld, warmte-energie zorgt ervoor dat de atomen waaruit het materiaal bestaat versnellen. Als de atomen versnellen, ze botsen met meer kracht op elkaar. Als de atomen voldoende opgewonden zijn, de botsingen zullen energie overdragen aan een deel van de elektronen van het atoom. Wanneer dit gebeurt, een elektron wordt tijdelijk opgevoerd naar een hoger energieniveau (verder weg van de atoomkern). Wanneer het uiteindelijk terugvalt naar zijn oorspronkelijke niveau (dichter bij de kern), het geeft een deel van zijn energie af in de vorm van lichtfotonen. (Zie Hoe atomen werken en hoe licht werkt voor meer informatie.)

Een lichtstok doet hetzelfde basisding, maar het gebruikt een chemische reactie om de atomen in een materiaal te prikkelen. We zullen deze reactie in de volgende sectie bekijken.

De chemische reactie

Light sticks zijn er in verschillende kleuren. De kleur van het licht wordt bepaald door de chemische samenstelling van de fluorescerende kleurstof in de stick.

We zagen dat lichtstaafjes energie van een chemische reactie gebruiken om licht uit te stralen. Deze chemische reactie wordt veroorzaakt door het mengen van meerdere chemische bestanddelen .

verbindingen zijn stoffen die zijn opgebouwd uit atomen van verschillende elementen, samengebonden in een stevige structuur. Wanneer u twee of meer verbindingen combineert, de verschillende atomen kunnen zichzelf herschikken om nieuwe verbindingen te vormen. Afhankelijk van de aard van de verbindingen, deze reactie zal ofwel een afgifte van energie of een absorptie van energie veroorzaken.

Door de reactie tussen de verschillende verbindingen in een light stick komt er veel energie vrij. Net als bij een gloeilamp, atomen in de materialen worden opgewonden, waardoor elektronen naar een hoger energieniveau stijgen en vervolgens terugkeren naar hun normale niveau. Wanneer de elektronen terugkeren naar hun normale niveau, ze geven energie af als licht. Dit proces heet chemoluminescentie .

De chemische reactie in een lichtstaafje omvat meestal verschillende stappen. Een typische commerciële lichtstaaf bevat een waterstofperoxide-oplossing en een oplossing die een fenyloxalaatester en a . bevat fluorescerende kleurstof . Hier is de volgorde van gebeurtenissen wanneer de twee oplossingen worden gecombineerd:

  1. Het waterstofperoxide oxideert de fenyloxalaatester, wat resulteert in een chemische stof genaamd fenol en een onstabiele peroxyzuurester.
  2. De onstabiele peroxyzuurester ontleedt, wat resulteert in extra fenol en een cyclische peroxyverbinding.
  3. De cyclische peroxyverbinding ontleedt tot koolstofdioxide.
  4. Deze ontleding geeft energie vrij aan de kleurstof.
  5. De elektronen in de kleurstofatomen springen naar een hoger niveau, val dan terug naar beneden, energie vrijgeven in de vorm van licht.

De lichtstaaf zelf is slechts een behuizing voor de twee oplossingen die bij de reactie betrokken zijn -- in wezen, het is een draagbaar scheikunde-experiment. Vervolgens zullen we zien hoe het buigen van de lichtstaaf dit experiment in gang zet.

De activator

Een lichtstaafje bestaat uit een glazen flacon, met één chemische oplossing, gehuisvest in een grotere plastic flacon, met daarin een andere oplossing. Wanneer u de plastic flacon buigt, het glazen flesje breekt, de twee oplossingen vloeien samen, en de resulterende chemische reactie zorgt ervoor dat een fluorescerende kleurstof licht uitstraalt.

We zagen net dat een lichtstaafje een behuizing is voor twee chemische oplossingen, die licht geven wanneer ze worden gecombineerd. Voordat u de lichtstick activeert, de twee oplossingen worden in aparte kamers bewaard. De fenyloxalaatester en kleurstofoplossing vult het grootste deel van de plastic stick zelf. De waterstofperoxide-oplossing, genaamd de activator , zit in een kleine breekbare glazen flacon in het midden van de stick.

Als je de plastic stok buigt, het glazen flesje klikt open, en de twee oplossingen vloeien samen. De chemicaliën reageren onmiddellijk op elkaar, en de atomen beginnen licht uit te zenden. De specifieke kleurstof die in de chemische oplossing wordt gebruikt, geeft het licht een onderscheidende kleur.

Afhankelijk van welke verbindingen worden gebruikt, de chemische reactie kan enkele minuten of vele uren aanhouden. Als je de oplossingen verwarmt, de extra energie zal de reactie versnellen, en de stok zal helderder gloeien, maar voor een kortere tijd. Als je de lichtstaaf afkoelt, de reactie zal vertragen, en het licht zal dimmen. Als je je lichtstick wilt bewaren voor de volgende dag, leg het in de vriezer -- het stopt het proces niet, maar het zal de reactie aanzienlijk slepen.

Het verwarmen van een lichtstaafje zal de chemische reactie versnellen, waardoor de kleurstof een helderdere gloed uitstraalt. De lichtstick aan de linkerkant is geactiveerd en op kamertemperatuur gehouden. De lichtstaaf aan de rechterkant is geactiveerd en gedurende één minuut in kokend heet water geplaatst.

Light sticks zijn slechts één toepassing van een belangrijk natuurverschijnsel -- luminescentie . In het algemeen, luminescentie is elke emissie van licht die niet wordt veroorzaakt door verwarming. Onder andere, luminescentie wordt gebruikt in televisies, neonlichten en glow-in-the-dark stickers. Het is ook het principe dat een vuurvlieg doet oplichten en sommige rotsen in het donker laat gloeien.

Voor meer informatie over light sticks, luminescentie en aanverwante onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe licht werkt
  • Hoe zwarte lichten werken
  • Hoe TL-lampen werken
  • Hoe televisie werkt
  • Hoe atomen werken
  • Hoe Halloween werkt
  • Wat is het verschil tussen een TL-lamp en een neonlamp?
  • Zijn TL-lampen echt zuiniger dan gewone gloeilampen?
  • Hoe werken glow-in-the-dark dingen?
  • Hoe werkt een fluorescerende starter?
  • Waarom vonken Wint-O-Green Life Savers in het donker?
  • Hoe werkt een halogeenlamp?

Meer geweldige links

  • Wat laat Glow Sticks gloeien?
  • De startpagina van Chemiluminescentie
  • Wat is dat spul?:Light Sticks
  • Vuurvliegjes en lichtstokjes

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Science Fair-projecten op handversmettingsmiddelen of vloeibare zeep voor het doden van bacteriën
  2. Wat gebruiken chloroplasten om glucose te maken?
  3. Is hangry een echte emotie?
  4. Projectideeën om het menselijke spijsverteringsstelsel te laten zien op de middelbare school voor studenten
  5. Zijn getrouwde mensen gelukkiger dan alleenstaanden?
  6. Wat zijn de kenmerken die alle bacteriën gemeen hebben?
  7. Twin Monkeys voor het eerst gekloond als Dolly the Sheep
  8. Kankerwetenschappers ruiken de genen achter Durians Famous Stink
  9. Wat is landbouwbiotechnologie?

Wetenschap