Характеристики светового излучения

Физико-химические основы фотобиологических процессов

Биофизика фотобиологических процессов изучает закономерно­сти и механизмы действия оптического излучения на биологиче­ские системы. Под оптическим понимают ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения.

Фотобиологические процессы весьма разнообразны: фотосинтез, зрение, фоторецепторные реакции, деструктивно-модифицирую­щее действие оптического излучения и др. Во всех фотобиологиче­ских процессах свет индуцирует фотохимические реакции: энергия света необходима для активации молекул и осуществления хими­ческих превращений биомолекул.

Свет - электромагнитное излучение. Нередко, под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие области спектра — ультрафиолетовый свет, инфракрасный свет, радиоволны. Длины волн видимого света лежат в диапазоне от 380 до 780 нанометров (от фиолетового до красного).

Свет может рассматриваться либо как электромагнитная волна, скорость распространения в вакууме которой постоянна, либо как поток фотонов — частиц, обладающих определённой энергией и нулевой массой.

Скорость света в вакууме с = 299 792 458 м/с.

Световое излучение характеризуется длиной волны λ (нм, мкм), частотой ν (с^-1) и энергией квантов света (фотонов) E (Дж), причём:

Е = h∙ν = h∙с/λ, где h - постоянная Планка (6,626∙10^-34 Дж/с), с - скорость света.

В фотохимических экспериментах часто используют энергию не для одного кванта света, а для одного моля фотонов (число фотонов равно числу Авогадро N_A = 6,02∙10²³). Эта величина названа эйнштейном (Дж/моль). Рассчитывается по формуле: Е = h∙ν∙N_A.

Поток излучения Ф (Вт или Эйнштейн/с) - равен энергии переносимой через некоторую поверхность S за единицу времени.

Интенсивность света I (Вт/м² или Эйнштейн/с∙м²) - плотность потока излучения, падающего на поверхность перпендикулярную потоку света: I=Ф/S.

Доза излучения Д (Дж/м² или Эйнштейн/м²) равна произведению интенсивности на длительность облучения: Д = I/t.

Фотон - материальная, электрически нейтральная частица, квант электромагнитного поля (переносчик электромагнитного взаимодействия).

С точки зрения квантовой теории свет фотон - это частица. Дж. Максвелл доказал, что действительно свет оказывает давление на препятствия. Квантовая теория света объясняет световое давление как результат передачи фотонами своего импульса атомам или молекулам вещества. Но свет обладает способностью к дифракции (огибание светом небольшого препятствия) и интерференции (перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких сходных световых волн). Эти явления характерны для волны.

Таким образом, свет обладает двумя свойствами:

1. При распространении он проявляет волновые свойства.

2. При взаимодействии с веществом проявляет корпускулярные свойства. Его свойства не сводятся ни к волнам, ни к частицам.

Чем короче длина волны, тем ярче выражены квантовые свойства света и менее - волновые.

Дата добавления: 2014-01-05