Hvorfor Wintergreen Lifesavers Spark in the Dark: Triboluminescens

Dette er en enkel og morsom triboluminescensdemonstrasjon for godteri

Andrew Magill / Flickr / CC by 2.0

I flere tiår har folk lekt i mørket med triboluminescens ved å bruke Lifesavers-godteri med vintergrøntsmak. Tanken er å bryte det harde, smultringformede godteriet i mørket. Vanligvis ser en person i et speil eller kikker inn i en partners munn mens han knuser godteriet for å se de resulterende blå gnistene.

Hvordan lage godterignist i mørket

• vintergrønne, harde godteri (f.eks. Wint-o-Green Lifesavers)
• tenner, hammer eller tang

Du kan bruke hvilken som helst av en rekke harde godterier for å se triboluminescens, men effekten fungerer best med vintergrønt-smak fordi vintergrønn oljefluorescens forbedrer lyset. Velg et hardt, hvitt godteri, da de fleste klare, harde godteri ikke fungerer bra.

For å se effekten:

• Tørk munnen med et papirhåndkle og knase godteriet med tennene. Bruk et speil for å se lys fra din egen munn, eller se noen andre tygge godteri i mørket.
• Plasser godteriet på et hardt underlag og knus det med en hammer. Du kan også knuse den under en gjennomsiktig plate av plast.
• Knus godteriet i kjevene på en tang

Du kan fange lyset ved hjelp av en mobiltelefon som fungerer godt i dårlig lys eller et kamera på et stativ med et høyt ISO-tall. Videoen er sannsynligvis enklere enn å ta et stillbilde.

Hvordan triboluminescens fungerer

Triboluminescens er lys produsert mens du slår eller gni to deler av et spesielt materiale sammen. Det er i utgangspunktet lett fra friksjon, da begrepet kommer fra gresk tribein , som betyr 'å gni', og det latinske prefikset tap , som betyr 'lys'. Generelt oppstår luminescens når energi tilføres atomer fra varme, friksjon, elektrisitet eller andre kilder. Elektronene i atomet absorberer denne energien. Når elektronene går tilbake til sin vanlige tilstand, frigjøres energien i form av lys.

Spekteret til lyset som produseres fra triboluminescensen av sukker (sukrose) er det samme som spekteret til lyn. Lyn stammer fra en strøm av elektroner som passerer gjennom luften, og stimulerer elektronene til nitrogenmolekyler (den primære komponenten i luft), som sender ut blått lys når de frigjør energien sin. Triboluminescens av sukker kan betraktes som lyn i svært liten skala. Når en sukkerkrystall er stresset, skilles de positive og negative ladningene i krystallen, og genererer et elektrisk potensial. Når nok ladning har samlet seg, hopper elektronene over et brudd i krystallen og kolliderer med spennende elektroner i nitrogenmolekylene. Det meste av lyset som sendes ut av nitrogenet i luften er ultrafiolett, men en liten del er i det synlige området. For de fleste virker emisjonen blåhvit, selv om noen mennesker ser en blågrønn farge (menneskets fargesyn i mørket er ikke særlig bra).

Utslippet fra vintergrønt godteri er mye lysere enn fra sukrose alene fordi vintergrøntsmak (metylsalisylat) er fluorescerende . Metylsalisylat absorberer ultrafiolett lys i samme spektrale område som lynutslippene som genereres av sukkeret. Metylsalisylatelektronene blir opphisset og sender ut blått lys. Mye mer av vintergrøntutslippet enn det opprinnelige sukkerutslippet er i det synlige området av spekteret, så vintergrønt lys virker lysere enn sukroselys.

Triboluminescens er relatert til piezoelektrisitet. Piezoelektriske materialer genererer en elektrisk spenning fra separasjonen av positive og negative ladninger når de klemmes eller strekkes. Piezoelektriske materialer har generelt en asymmetrisk (uregelmessig) form. Sukrosemolekyler og krystaller er asymmetriske. Et asymmetrisk molekyl endrer sin evne til å holde på elektroner når det klemmes eller strekkes, og endrer dermed dens elektriske ladningsfordeling. Asymmetriske, piezoelektriske materialer er mer sannsynlig å være triboluminescerende enn symmetriske stoffer. Imidlertid er omtrent en tredjedel av kjente triboluminescerende materialer ikke piezoelektriske og noen piezoelektriske materialer er ikke triboluminescerende. Derfor må en ekstra karakteristikk bestemme triboluminescens. Urenheter, uorden og defekter er også vanlige i triboluminescerende materialer. Disse uregelmessighetene, eller lokaliserte asymmetrier, gjør det også mulig for en elektrisk ladning å samle seg. De nøyaktige årsakene til at bestemte materialer viser triboluminescens kan være forskjellige for forskjellige materialer, men det er sannsynlig at krystallstruktur og urenheter er primære determinanter for hvorvidt et materiale er triboluminescerende eller ikke.

Wint-O-Green Lifesavers er ikke de eneste godteri som viser triboluminescens. Vanlige sukkerbiter vil fungere, og det samme vil omtrent alt ugjennomsiktig godteri laget med sukker (sukrose). Gjennomsiktig godteri eller godteri laget med kunstige søtningsmidler vil ikke fungere. De fleste klebebånd avgir også lys når de er revet bort. Amblygonitt, kalsitt, feltspat, fluoritt, lepidolitt, glimmer, pektolitt, kvarts og sfaleritt er alle mineraler som er kjent for å utvise triboluminescens når de blir slått, gnidd eller riper. Triboluminescens varierer mye fra en mineralprøve til en annen, slik at den kan være uobserverbar. Sphaleritt- og kvartsprøver som er gjennomskinnelige i stedet for gjennomsiktige, med små brudd i fjellet, er de mest pålitelige.

Måter å se triboluminescens på

Det er flere måter å observere på triboluminescens hjemme. Som jeg har nevnt, hvis du har livreddere med vintergrønn smak, gå inn i et veldig mørkt rom og knus godteriet med en tang eller en morter. Å tygge godteriet mens du ser deg selv i et speil vil fungere, men fuktigheten fra spytt vil redusere eller eliminere effekten. Å gni to sukkerbiter eller biter av kvarts eller rosenkvarts i mørket vil også fungere. Skraping kvarts med en stålstift kan også demonstrere effekten. Også, liming/unsticking mest lim bånd vil vise triboluminescens.

Bruk av triboluminescens

For det meste er triboluminescens en interessant effekt med få praktiske anvendelser. Imidlertid kan å forstå dens mekanismer bidra til å forklare andre typer luminescens, inkludert bioluminescens i bakterier og jordskjelvlys. Triboluminescerende belegg kan brukes i fjernmålingsapplikasjoner for å signalisere mekanisk feil. En referanse sier at forskning pågår for å bruke triboluminescerende blink for å registrere bilulykker og blåse opp kollisjonsputer.