Физические опыты с ультрафиолетовым фонариком с учебными целями и для практической пользы

Использованный в последующих опытах ультрафиолетовый фонарик — очень небольшой по габаритам и, соответственно, не очень мощный (заявлены 3 Вт).

Длина волны — 395 нм, что ещё не достаточно для загара, но уже опасно для зрения, если направлять излучение прямо на глаза. Просьба никогда этого не делать!

Оптическая система фонарика — на основе линзы с возможностью фокусировки путём перемещения объектива на расстояние примерно в 1 см. Возможность фокусировки очень полезна для работы с объектами разных размеров: чем мельче объект, тем более концентрированный луч на него можно направить.

Описание, характеристики, краткий тест ультрафиолетового фонаря

Характеристик у ультрафиолетового фонарика немного:

В задней части фонарика расположен обычный механический выключатель с оранжевой кнопкой:

На фонарике есть скоба для его крепления, например, на одежде; но она слишком тугая — пользоваться не удобно.

Со стороны отрицательно полюса элемент питания подпружинивается, а со стороны положительного — нет, но это не критично для бытовых применений.

Батарейка в отсеке располагается с заметными зазорами, и при резких движениях слегка болтается (но контакт не теряется).

Питаться фонарик может от любого элемента питания типоразмера 14500 (батарейка формата AA 1.5 В или литиевый аккумулятор 14500 3.7 В).

Факт, что напряжения 1.5 В достаточно для работы фонарика, говорит о том, что его светодиодный драйвер основан на повышающем DC-DC преобразователе (УФ-светодиоды начинают светиться от напряжения 3 В).

Но яркость свечения от литиевого аккумулятора (номинал 3.7 В) намного выше, чем от пальчиковой батарейки.

Потребление фонаря при напряжении питания 1.5 В составило 0.6 А; при напряжении 3.7 В — 0.75 А.

Ультрафиолетовый светодиод в фонаре — крупный, квадратный, и с собственной маленькой линзочкой:

Линзочка на светодиоде концентрирует излучение в направлении главной линзы и не позволяет ему рассеиваться без пользы.

Теперь переходим собственно к физическим опытам.

Физические опыты с ультрафиолетовым фонарём (научные и практические)

Проверка подлинности купюр

Ещё относительно недавно на каждой кассе в магазинах и банках стояли приборы для проверки банкнот в ультрафиолетовом свете; но в последнее время в большинстве случаев их заменили на маленькие детекторы, через которые кассиры прокатывают купюры. Эти детекторы определяют подлинность купюр по иным признакам.

Тем не менее, ЦБ РФ не только не отказался от внедрения признаков подлинности, видимых в УФ-свете, но и усовершенствует их; что говорит об актуальности такого способа проверки.

На следующем фото — новая и старая купюры 5000 рублей в свете тестируемого ультрафиолетового фонаря:

Рисунок в ультрафиолете новой банкноты (верхней на фото) значительно обогащён по сравнению со старой. Центробанк грозится в ближайшем будущем выпустить ещё более новую купюру 5000 рублей.

На купюрах малых номиналов обычно в ультрафиолете светятся только нитевидные включения.

Проверка качества солнцезащитных кремов

Солнцезащитные кремы — довольно дорогие, и у мошенников есть соблазн продавать поддельные изделия.

Защитные свойства крема можно проверить буквально на себе в буквальном смысле; но, если крем окажется поддельным, то результат может оказаться плачевным. Справедливости ради надо сказать, что приличные магазины (даже сетевые дискаунтеры) подделками не торгуют, а вот в каких-то мелких лавках такой риск есть.

Для проверки мажем солнцезащитный крем на два пальца ладони (можно и не на два, но не на всю ладонь), а остальные оставляем «как есть» после чего освещаем ультрафиолетовым фонариком и смотрим на ладонь. Если намазанные пальцы выглядят тёмными, значит, крем действует.

Затем можно продолжить эксперимент: поболтать ладонью несколько минут в воде, имитируя купание в море, и снова посветить УФ-фонариком. Результаты до полоскания в воде и после представлены на следующих фото:

Защитные свойства крема снизились, но полностью не пропали. Тем не менее, надо иметь в виду, что водостойкость солнцезащитных кремов может быть преувеличена даже для «честной» продукции.

Проверка очков на защиту от ультрафиолета

Эта проверка может пригодиться как для контроля защитных свойств очков, в которых таковая декларирована; так и для проверки защитных свойств очков, в которых её наличие неизвестно.

Проверить наличие такой защиты можно элементарно с помощью ультрафиолетового фонарика: достаточно просто направить луч фонарика на очки на просвет. Очки с защитой не должны его пропустить.

На следующем фото — две пары очков. На фото — очевидно, какие из них имеют защиту от ультрафиолета, а какие — нет:

Свечение люминофоров в ультрафиолете

Вещества, светящиеся под воздействием ультрафиолета, встречаются довольно часто и в природе, и в технике.

В технике такие вещества сейчас применяются в обязательном порядке в осветительных светодиодах: они придают излучению светодиодов необходимый цветовой оттенок, который по умолчанию у них «густой холодный».

На следующем фото — свечение светодиодных лент под воздействием ультрафиолета:

На фото одна из лент светится, а вторая (верхняя) — нет. Вероятнее всего, в состав её люминофора включена добавка, поглощающая верхнюю часть спектра (глубокий синий и начало ультрафиолета); что правильно с точки зрения защиты пользователей от излишков синего излучения (которое медики не одобряют, равно как и ультрафиолет).

Аналогичную картину можем наблюдать для светодиодных COB-ламп:

Люминофоры в древности активно применялись в качестве внутреннего покрытия кинескопов и электронно-вакуумных индикаторов (электронные часы, цифровые индикаторы, указатели уровня чего-либо и т. п.).

Кинескопы уже больше не выпускаются, а электронно-вакуумные индикаторы благополучно дожили до наших дней.

На следующем фото — свечение электронно-вакуумного индикатора для электронных часов под воздействием ультрафиолета:

Свечение одежды и бытовых предметов

Ещё в прошлом веке ультрафиолетовые лампы применялись для создания спецэффектов на дискотеках.

Под воздействием ультрафиолета светились некоторые части интерьера и одежды посетителей заведения. Для этой цели применялись мощные лампы, не сравнимые с нашим фонариком.

Но промоделировать, как это выглядит, можно и с тестируемым фонариком.

Вот как выглядит домашний гардероб в ультрафиолетовом свете:

Некоторые предметы одежды выглядят неестественно-яркими: видимо, в составе их красителей (или отбеливателей) содержатся флуоресцентные вещества.

Интересен эксперимент со светодиодными лампочками.

При обычном свете цокольная часть выглядит светлее купола, а в ультрафиолетовом — наоборот:

Некоторые (но не все) виды пластика ярко светятся под воздействием ультрафиолета. Обычно цвет свечения совпадает с цветом предмета, но так бывает не всегда. Например, на следующем фото в ультрафиолете ручка лопаточки для сковороды светится голубым светом, хотя в обычном свете она просто прозрачная; также светятся голубым светом белые элементы на ручке ближней зубной щётки:

Обнаружение загрязнений

В ультрафиолетовом свете становятся значительно более заметными загрязнения на поверхностях, особенно — на гладких и блестящих (посуда, кафельная плитка в ванной и на кухне и т. п.).

Фотографии приводить не буду, я сам испугался этого зрелища. :)

Осмотр зубов

Хотя стоматологи так подбирают цвет материала пломбы, что она практически не отличима по оттенку от «родных» зубов, ультрафиолет позволит Вам вспомнить, где у Вас зубы ещё целёхонькие, а где уже «украшены» одной или несколькими пломбами (а где они вообще уже целиком не «родные»):

Отверждение ультрафиолетового клея

Протестированный фонарик подойдёт также и для отверждения ультрафиолетового клея, но при соблюдении двух условий: клей (по инструкции к нему) не должен требовать для отверждения фонарика с длиной волны 365 нм (тогда нужен другой фонарик); а склеиваемая поверхность не должна быть слишком большой (для таких случаев требуется значительно более высокая мощность УФ-излучения).

Заключение

Только что, уважаемые читатели, мы провели лабораторную работу по физике по теме «Флуоресценция». Под флуоресценцией обычно понимают свечение веществ под воздействием светового излучения с более короткой длиной волны.

Флуоресценция — это частный случай люминесценции, под которой понимают вообще любое свечение веществ без нагревания. Люминесценция возможна не только под воздействием ультрафиолета, но и множества других воздействий: рентгеновского излучения, бомбардировки пучком электронов (так работали кинескопы), под воздействием переменного электрического поля и множества других воздействий.

При наблюдении свечения предметов и веществ под воздействием ультрафиолета надо обратить внимание, что это — именно свечение, а не отражение света; что определяется по почти полному отсутствию характерных бликов от источника света, появляющихся при отражении света.

Протестированный недорогой ультрафиолетовый фонарик позволяет провести ряд физических опытов, которые не только расширяют кругозор детей и взрослых, но и имеют практическую пользу.

Купить такой ультрафиолетовый фонарь можно на Алиэкспресс, цена на дату обзора — около $5 (батарея в комплект не входит). Цена может меняться, проверяйте!

Всем спасибо за внимание!

Дополнительно: мой обзор универсального фонаря (для дома и для улицы) средней мощности с обычным светом.