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Titolo: Esperimenti con la fosforescenza

Salve.
Prendiamo una madonnina fosforescente ed illuminiamola successivamente con
luce di diversi colori.
Sotto una lampada molto forte le facciamo prima arrivare luce filtrata fa
una lastra di vetro colorata che lascia passare solo il rosso.
Scegliamo il rosso perchè pensiamo che, siccome la madonnina emette sul
verdino, la fosforescenza sia attivata da colori spostati verso il
violetto, e ci aspettiamo che col rosso la fosforescenza non abbia luogo.
Infatti, spenta la luce, notiamo con soddisfazione che la madonnina non
emette.
Ma ci vuole la controprova.
Proviamo con un filtro verde.
Dopo aver spento la luce, con un po' di disappunto vediamo che la
madonnina non emette, neanche un poco.
Proviamo con un filtro blu, molto scuro: finalmente emette, come se
l'avessimo esposta direttamente alla intensa luce bianca della lampadina.
Emette anche se irraggiata attraverso un filtro viola.
Pensiamo: sono le radiazioni ad alta frequenza del visibile a determinare
il fenomeno.
Ma non è però del tutto vero: cioè, è vero in parte, perchè non sono solo
quelle.
Seghiamo la madonnina in due, per conservare, non si sa mai, un campione
vergine di riferimento.
Un pezzo lo mettiamo a cuocere in un tegamino di acciaio, a fuoco lento,
dopo esserci assicurati che esso si sia completamente "scaricato", che
cioè non emetta più luce, e dopo aver spento la luce del cucinino.
Dopo non molti secondi, nell'oscurità della cucina, vediamo accendersi al
centro del fondo del tegamino una luce verdina, dove il pezzo di materiale
fosforescente si sta riscaldando.
Quindi anche radiazioni di molto minore frequenza, come sono quelle del
calore, possono "caricare" la madonnina? Il colore verdino chiaro sembra
il medesino.
Mentre la cotturta procede, però, osserviamo con stupore che il verdino
dell'emissione si attenua, la luce diventa sempre più debole: saggiando
con una forchetta nell'oscurità, ci rendiamo conto che il pezzo di madonna
s'è rammollito, e sta fondendo.
Dopo nemmeno un minuto non si vede più nulla: l'emissione cessa.
Ci viene spontaneo pensare a quello che avviene nella fusione di
unmetallo, durante la quale la temperatura non sale: però qui addirittura,
per conservare l'analogia con l'emissionee di calore, scende allo zero
assoluto: troppa grazia, e non possiamo pensare che sia dovuta alla
madonna.
Confusi, e siccome non succede nulla di nuovo, siamo al buio e non
vorremmo che la madonna (che abbiamo già trattato così male) andasse anche
a fuoco, o si riducesse ad un gruno di carbone, spegnamo il fornello.
Stiamo per accendere la luce della cucina quando ci viene un'idea e non lo
facciamo.
Ipotizziamo che l'emissione ad opera del calore avvenga solo entro una
determianta fascia di temperatura: essa sia stata abbondantemente superata
e quindi la madonnino per questo non emette più.
Abbiamo spento il fuoco, la temperatura del pezzo sta scendendo, e quindi,
senza interferire aggiungendo luce, attendiamo che, raggiunto, a ritroso, 
l'estremo superiore dell'ipotetica fascia, la madonna ritorni ad emettere.
Aspettiamo, ma non succede nulla.
La punzecchiamo con la forchetta, dopo un po: è ridiventata dura.
E fredda.
Incapaci di pensare che la soluzione del giallo consista nel fatto che
l'abbiamo uccisa, anche perchè in un giallo l'omicidio è il problema e non
la soluzione, diventiamo preda della logica più pedante: può darsi che una
rivisitazione a ritroso delle temperature non sia la stessa cosa rispetto
alla sperimentazione dei loro effetti all'andata.
Lo dobbiamo verificare, anche se ci viene da sorridere pensando
all'ingenuità di chi ritiene che rimescolando il caffè troppo zuccherato
nell'altro verso la zolletta si riformi.
Riaccendiamo quindi, al buio, il fuoco sotto il tegamino, prevedendo che
dopo un po' ricomincerà l'emissione verdina.
Invece nulla: la madonna rifonde ma non irradia.
Spegnamo il fuoco.
Attendiamo che il tutto si raffreddi, sempre al buio, e poi portiamo il
tegamino col suo contenuto (una pastella biancastra ovoidale, indurita,
dello spessore di qualche millimetro, come appuriamo accendendo la luce)
soitto la grossa lampadina vicino alla macchina da scrivere.
Non più di qualche secondo di esposizione: spegnere la luce ed aspettare
che la madonnina (o quel che ne è restato), che si è illuminata, si
scarichi.
Poi di nuovo in cucina, al buio, rimetterla nel tegame a riscaldare ed
aspettare.
Ecco di nuovo la luce verdina.
Evidentemente il calore non ha ricaricato al madonna, ha solo fatto in
modo che si scaricase completamente: le basse frequenze non hanno lo
stesso effetto delle alte.
Quado si carica il corpo fosforescente con l'opportuna frequenza,
evidentemente si attivano in esso  dei fotoni, i quali in parte escono per
conto loro, nel giro di qualche minuto (a seconda del volume del corpo),
in parte restano immagazzinati. Quando l'emissine "spontanea" cessa,
riscaldando il corpo si provoca l'emissione (la "liberazione") anche di
questi ultimi..
Alla fine non ce ne sono più, "in eccesso": il corpo ne è stato
completamente svuotato, e bisogna ricaricarlo con alte frequenze, se si
vuoel che le onde di calore siano in grado di "produrre fosforescenza".
(Luciano Buggio - 1993)
C'è  la teoria per spiegare questi fenomeni?
Ciao.
Luciano Buggio
http://www.scuoladifisica.it
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Ciao,
l'esperimento che descrivi e' dal punto di vista didattico veramente
stimolante, alla portata di qualsiasi insegnante di fisica anche
privo di laboratorio, e penso che meriterebbe senz'altro un
approfondimento teorico che io non non sono in grado di fare.
Lascio solo qualche spunto, e spero che qualche collega voglia
studiare meglio il fenomeno:
a) riscaldando la madonnina nel tegame evidentemente si accelera il
processo di decadimento dei livelli eccitati instabili verso il
livello fondamentale;
b) forse la cottura eccita certi "sottolivelli" molecolari
vibrazionali del livello eccitato instabile che hanno maggiore
probabilita' di decadere allo stato fondamentale piuttosto che
tornare nel livello eccitato instabile raggiunto precedentemente;
c) per capire se lo scaricamento accelerato della madonnina si
ottiene con meccanismi collisionali (l'agitazione termica, la
vibrazione del reticolo) e non con l'assorbimento di infrarossi, si
potrebbe mettere in locale buio la madonnina intatta e fredda in un
recipiente di acqua ghiacciata, e quindi esporla ad emissione
infrarossa (stufa), per vedere se negli strati superficiali si
ottiene l'effetto di luminescenza visto nell'intero oggetto durante
la cottura (bisognerebbe pero' verificare anche se l'acqua assorbe
gli infrarossi, e quanto gli infrarossi penetrano nel materiale
della madonnina).
Se il tuo articolo fosse scritto in modo piu' rigoroso, avesse una
descrizione teorica esaustiva e fosse accompagnato da un
approfondimento sul possibile uso nell'insegnamento della Fisica
nelle scuole superiori, non lo vedrei male sull'American Journal of Physics.
Mario Leigheb

 vibrazione del reticolo) e non con l'assorbimento di infrarossi ...(cut) 
Scusa l'ingenuità, ma se riscaldo con infrarossi, non ottengo comunque
agitazione molecolare?


 agitazione molecolare?
a) l'assorbimento di un fotone infrarosso puo' provocare il salto di
livello di un elettrone in qualche orbitale molecolare senza
aumentare la temperatura dell'oggetto, e si avra' una certa sezione
d'urto. Oppure (b) l'agitazione termica puo' provocare urti tra le
molecole, i quali provocano il salto di livello con una diversa
sezione d'urto. Oppure gli infrarossi possono provocare un aumento
di temperatura la quale provoca il salto di livello ... ecc. come
nel caso (a).
Io scarterei la teoria dell'assorbimento infrarosso per i motivi
detti sopra.
Per discriminare quale sia il processo reale, bisognerebbe
irraggiare la madonnina di infrarossi mantenendo bassa la
temperatura dell'oggetto attraverso l'immersione in un bagno termostatato.
Se il coefficiente di diffusione del calore e' abbastanza elevato,
gli infrarossi non riescono ad aumentare la temperatura
dell'oggetto, e quindi se si osserva luminescenza si tratta degli
infrarossi assorbiti con salti di livello molecolare, se non si
osserva luminescenza allora la soluzione sono le collisioni. Pero'
non ho idea se l'acqua assorbe o no gli infrarossi.
Ciao
Mario