Наука Гарри Поттера. Завораживающие знания, лежащие в основе магии, гаджетов, зелий и многого другого

При температуре около 525 °C, называемой точкой Дрейпера, большинство твердых материалов начинают видимо светиться. Пиковая частота электромагнитного излучения для данной температура приходится на инфракрасную область, но часть захватывает красный конец видимого спектра, и мы можем зарегистрировать излучение как тусклое красное свечение. Вот почему, когда лампочка накаливания приглушена до низкого уровня освещенности (и температуры), видно, что нить светится красным. Повышение температуры увеличивает интенсивность испускаемого света (он становится ярче), а также пиковую частоту излучения. Это приводит к изменению цвета с красного на оранжевый, желтый, а затем белый при самых высоких температурах, отсюда и термин «раскаленный добела» для описания экстремального нагрева.

При тех температурах, которым она подвергается, вольфрамовая нить лампочки накаливания быстро сгорела бы в присутствии кислорода. Вот почему нити располагаются в колбе, которая его не содержит. Изначально это достигалось путем создания вакуума внутри колбы, но позже было обнаружено, что заполнение ее инертным газом, таким как аргон, может замедлить испарение нити, позволяя ей работать при еще более высоких температурах.

Кончик палочки можно нагревать до тех пор, пока он не начнет излучать видимый свет, но нахождение в среде с кислородом означает практически неизбежное возникновение пожара. Это усугубляется фактом, что оболочка палочки сделана из дерева, гораздо менее жаростойкого, чем тугоплавкий вольфрам, используемый в большинстве ламп накаливания. Однако у каждой палочки также есть сердцевина из какого-либо магического вещества, такого как волосы из хвоста единорога, сердечная нить дракона или перо феникса. Возможно, эти волшебные материалы обладают качествами, намного превосходящими возможности вольфрама.

Люмос Солем!

В фильме «Гарри Поттер и Философский камень» Гермиона использует заклинание Люмос Солем для создания яркого луча света, имитирующего солнечный. А можно ли воспроизвести волшебной палочкой настоящий солнечный свет?

Звезды полагаются на перманентно идущий термоядерный синтез, чтобы обеспечить энергию для производства фотонов. При огромном давлении и температуре в ядре звезд атомы сплавляются вместе, высвобождают энергию, которая постепенно достигает поверхностного слоя, называемого фотосферой. Атомы в фотосфере поглощают энергию, а затем снова выплескивают ее, в основном в форме видимого света.

Слои под фотосферой также плотны и имеют низкий коэффициент отражения, поэтому звезду и можно рассматривать практически как абсолютно черное тело и классический источник света накаливания. И хотя лампочка не может обеспечить точное соответствие солнечному свету, она использует тот же принцип генерации излучения. Так может, для воссоздания эффекта Люмос просто встроить маленькую лампочку в кончик палочки?

Что ж, маленькие лампочки накаливания впервые стали применяться в фонариках примерно в 1900 году. Они питались электричеством от батарей и имели серьезные ограничения, как по долговечности, так и по яркости свечения. В настоящее время лампы накаливания могут быть изготовлены длиной всего 6 миллиметров и мощностью 0,3 Вт. Если разместить такую на конце волшебной палочки и снабдить подходящим источником питания, то вполне можно излучать белый свет, подобный Люмос.

Более эффективным вариантом было бы использовать светоизлучающие диоды (светодиоды). В отличие от ламп накаливания, они функционируют за счет электролюминесценции и выделяют не так много тепловой энергии. В результате для получения света той же мощности им требуется меньше питания, и, соответственно, их можно сделать еще меньше по размерам.

Люмос Максима!

В фильме «Узник Азкабана» Гарри Поттер использует заклинание Люмос Максима, чтобы палочка излучала наибольшее количество света, которое в принципе способна произвести. По сути, это превращает палочку в прожектор.

Однако чем мощнее свет, тем больше фотонов должно высвобождаться каждую секунду. Тогда нам пришлось бы увеличить площадь поверхности, которая испускает фотоны, то есть заставить палочку излучать свет на половину своей длины, а не только кончиком.

Или, в случае накаливания, мы могли бы увеличить количество испускаемых фотонов, повысив температуру. Но это сместило бы частоту пикового излучения, а значит, изменился бы и цвет. Исключая таким образом возможность, что палочка является раскаленным добела источником накаливания, мы остаемся с более холодным люминесцентным источником света.

Если свет от палочки является результатом люминесценции, то в зависимости от конкретного метода потребуются разные способы увеличения скорости реакций, вызывающих образование света. Это может быть сделано путем повышения температуры, увеличения подаваемого напряжения или повышения интенсивности любого другого процесса, лежащего в основе производства света.