Depuis leur invention il y a 25 ans, les bâtons lumineux sont devenus un incontournable d'Halloween. Ils sont parfaits comme feux de sécurité car ils sont portables, bon marché et ils émettent une lueur fantomatique. Les bâtons lumineux sont également extrêmement populaires sur la scène rave (tout comme les colliers lumineux, verres légers et corde légère), et ils font une lampe idéale pour les plongeurs et les campeurs.
Bien que cela puisse sembler être de la magie surnaturelle, la technologie derrière les bâtons lumineux est en fait très simple. Dans cet article, nous allons regarder à l'intérieur d'un bâton lumineux pour découvrir comment il émet une lumière aussi forte sans ampoule ni batterie.
La lumière est une forme d'énergie, qui peuvent être émis par divers processus. Ces processus comprennent :
Tous ces processus fonctionnent sur le même principe de base :une source d'énergie extérieure excite les atomes, les obligeant à libérer des particules de lumière appelées photons . Quand tu brûles quelque chose, par exemple, l'énergie thermique fait accélérer les atomes qui composent le matériau. Quand les atomes accélèrent, ils se heurtent avec plus de force. Si les atomes sont suffisamment excités, les collisions transféreront de l'énergie à certains des électrons de l'atome. Quand cela arrive, un électron sera temporairement stimulé à un niveau d'énergie plus élevé (plus éloigné du noyau de l'atome). Quand il retombe finalement à son niveau d'origine (plus proche du noyau), il libère une partie de son énergie sous forme de photons lumineux. (Voir Comment fonctionnent les atomes et Comment fonctionne la lumière pour plus d'informations.)
Un bâton lumineux fait la même chose de base, mais il utilise un réaction chimique exciter les atomes d'un matériau. Nous verrons cette réaction dans la section suivante.
Les bâtons lumineux sont disponibles dans une variété de couleurs. La couleur de la lumière est déterminée par la composition chimique du colorant fluorescent dans le bâton. Nous avons vu que les bâtons lumineux utilisent l'énergie d'une réaction chimique pour émettre de la lumière. Cette réaction chimique est déclenchée par le mélange de plusieurs composants chimiques .
Composés sont des substances constituées d'atomes de différents éléments, collés ensemble dans une structure rigide. Lorsque vous combinez deux ou plusieurs composés, les divers atomes peuvent se réarranger pour former de nouveaux composés. Selon la nature des composés, cette réaction provoquera soit une libération d'énergie, soit une absorption d'énergie.
La réaction entre les différents composés dans un bâton lumineux provoque une libération d'énergie substantielle. Tout comme dans une ampoule à incandescence, les atomes des matériaux sont excités, provoquant l'élévation des électrons à un niveau d'énergie plus élevé, puis leur retour à leur niveau normal. Lorsque les électrons reviennent à leur niveau normal, ils libèrent de l'énergie sous forme de lumière. Ce processus est appelé chimiluminescence .
La réaction chimique dans un bâton lumineux implique généralement plusieurs étapes différentes. Un bâton lumineux commercial typique contient une solution de peroxyde d'hydrogène et une solution contenant un ester d'oxalate de phényle et un un colorant fluorescent . Voici la séquence des événements lorsque les deux solutions sont combinées :
Le bâton lumineux lui-même n'est qu'un logement pour les deux solutions impliquées dans la réaction - essentiellement, c'est une expérience de chimie portable. Ensuite, nous verrons comment la flexion du bâton lumineux met cette expérience en mouvement.
Un bâton lumineux se compose d'un flacon en verre, contenant une solution chimique, logé dans un flacon en plastique plus grand, contenant une autre solution. Lorsque vous pliez le flacon en plastique, la fiole de verre se brise, les deux solutions se conjuguent, et la réaction chimique résultante fait qu'un colorant fluorescent émet de la lumière. Nous venons de voir qu'un bâton lumineux est un logement pour deux solutions chimiques, qui émettent de la lumière lorsqu'ils sont combinés. Avant d'activer le bâton lumineux, les deux solutions sont conservées dans des chambres séparées. La solution d'ester d'oxalate de phényle et de colorant remplit la majeure partie du bâton de plastique lui-même. La solution de peroxyde d'hydrogène, appelé le activateur , est contenu dans un petit, flacon en verre fragile au milieu du bâton.
Lorsque vous pliez le bâton en plastique, le flacon en verre s'ouvre, et les deux solutions s'enchaînent. Les produits chimiques réagissent immédiatement les uns aux autres, et les atomes commencent à émettre de la lumière. Le colorant particulier utilisé dans la solution chimique donne à la lumière une couleur distinctive.
Selon les composés utilisés, la réaction chimique peut durer quelques minutes ou plusieurs heures. Si vous chauffez les solutions, l'énergie supplémentaire accélérera la réaction, et le bâton brillera plus fort, mais pour une durée plus courte. Si vous refroidissez le bâton lumineux, la réaction va ralentir, et la lumière diminuera. Si vous souhaitez conserver votre bâton lumineux pour le lendemain, mettez-le au congélateur - cela n'arrêtera pas le processus, mais cela prolongera considérablement la réaction.
Chauffer un bâton lumineux accélérera la réaction chimique, provoquant l'émission d'une lueur plus brillante par le colorant. Le bâton lumineux de gauche a été activé et maintenu à température ambiante. Le bâton lumineux de droite a été activé et placé dans de l'eau bouillante pendant une minute. Les bâtons lumineux ne sont qu'une application d'un phénomène naturel important -- luminescence . En général, la luminescence est toute émission de lumière qui n'est pas causée par le chauffage. Entre autres, la luminescence est utilisée dans les téléviseurs, néons et autocollants phosphorescents. C'est aussi le principe qui allume une luciole et fait briller certains rochers après la tombée de la nuit.
Pour en savoir plus sur les bâtons lumineux, luminescence et sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.
