Bản chất về các loại sóng ánh sáng

Quang phổ, Tia hồng ngoại, tia tử ngoại, Tia ronghen, Thang sóng điện từ… là những loại tia thường gặp trong những bài toán về sóng ánh sáng. Vậy, ta cần biết chi tiết bản chất về các loại sóng ánh sáng thì mới dễ ràng trong việc giải các bài toán đó.

1. Bản chất về các loại sóng ánh sáng: Quang phổ

1.1 Máy quang phổ lăng kính.

1. a) Khái niệm:là dụng cụ dùng để phân tích một chùm ánh sáng phức tạp thành các thành phần đơn sắc khác nhau.
2. b) Cấu tạo:Theo cách đơn giản nhất, một máy quang phổ lăng kính gồm có 3 bộ phận chính.

– Ống chuẩn trực có tác dụng biến chùm ánh sáng đi vào khe hẹp F thành chùm tia song song nhờ một thấu kính hội tụ.

– Hệ tán sắc gồm một hoặc hai lăng kính có tác dụng làm tán sắc chùm ánh sáng vừa ra khỏi ống chuẩn trực.

– Ống ngắm hoặc buồng tối (buồng ảnh) là nơi ta đặt mắt vào để quan sát quang phổ của nguồn sáng cần nghiên cứu hoặc để thu ảnh quang phổ của nguồn sáng cần nghiên cứu.

1. c) Hoạt động:

Chiếu vào khe F của ống chuẩn trực C một chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn sáng J. Giả sử nguồn J phát ra hai bức xạ đơn sắc đỏ và tím.

– Ánh sáng phát ra từ nguồn J sẽ được thấu kính L₁ biến thành chùm tia song song (người ta bố trí cho khe hẹp F nằm ngay trên tiêu diện vật của thấu kính hội tụ L₁)

– Khi chùm sáng song song này đi vào lăng kính thì chúng bị tách ra thành hai chùm sáng song song, một chùm màu đỏ và một chùm màu tím lệch theo hai phương khác nhau.

– Nhờ thấu kính hội tụ L₂ mà trên màn M của buồng tối ta thu được hai vạch quang phổ: Vạch S₁ là vạch màu đỏ; vạch S₂ là vạch màu tím.

1.2 Các loại quang phổ.

1.2.1 Quang phổ liên tục:

– Định nghĩa: là một dải có màu từ đỏ đến tím nối liền nhau một cách liên tục.

– Nguồn phát: Do các chất rắn, lỏng hoặc khí có áp suất lớn phát ra khi bị nung nóng.

– Đặc điểm:

+ Quang phổ liên tục của các chất khác nhau ở cùng một nhiệt độ thì giống nhau và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của chúng.

+ Nhiệt độ càng cao, quang phổ liên tục càng mở rộng dần về phía tím.

– Ứng dụng: xác định nhiệt độ của các vật phát sáng, đặc biệt là các vật ở xa.

1.2.2 Quang phổ vạch phát xạ:

– Định nghĩa: là hệ thống những vạch sáng riêng rẽ, ngăn cách nhau bằng những khoảng tối.

– Nguồn phát: do các chất khí ở áp suất thấp phát ra khi bị kích thích bằng nhiệt hay bằng điện.

– Đặc điểm: quang phổ vạch của các nguyên tố khác nhau thì rất khác nhau về số lượng các vạch, về vị trí và độ sáng tỉ đối giữa các vạch. Mỗi nguyên tố hóa học có một quang phổ vạch đặc trưng của nguyên tố đó.

– Ứng dụng: để nhận biết sự có mặt của các nguyên tố trong hỗn hợp hay hợp chất.

1.2.3 Quang phổ vạch hấp thụ:

– Định nghĩa: là hệ thống những vạch tối trên nền quang phổ liên tục. Thực chất là quang phổ liên tục bị thiếu một số vạch màu do bị chất khí (hay hơi kim loại) hấp thụ.

– Nguồn phát: chiếu ánh sáng trắng qua một chất hơi bị nung nóng (nhiệt độ chất hơi thấp hơn nhiệt độ nguồn sáng trắng)

–  Đặc điểm: các vạch tối xuất hiện đúng vị trí các vạch màu của quang phổ vạch phát xạ của chất hơi đó.

– Ứng dụng: xác định thành phần của hợp chất

-PS: Quang phổ của ánh sáng Mặt Trời mà ta thu được trên Trái Đất là quang phổ vạch hấp thụ.

Hình sau đây giúp ta có cái nhìn tổng quát về sự khác nhau giữa các loại quang phổ.

2. Bản chất về các loại sóng ánh sáng: Tia hồng ngoại và tia tử ngoại

2.1 Tia hồng ngoại:

– Định nghĩa: là những bức xạ không nhìn thấy có bước sóng từ 0,76  đến vài mm (lớn hơn bước sóng của ánh sáng đỏ và nhỏ hơn bước sóng của sóng vô tuyến cực ngắn).

– Bản chất: là sóng điện từ.

– Nguồn phát:

+ Các vật có nhiệt độ lớn hơn 0⁰K đều phát ra tia hồng ngoại.

+ Môi trường xung quanh có nhiệt độ cao hơn 0⁰K nên cũng phát ra tia hồng ngoại. Thành thử để phân biệt tia hồng ngoại do vật phát ra thì vật phải có nhiệt độ cao hơn môi trường.

+ Vật có nhiệt độ càng thấp thì càng ít phát ra tia có bước sóng ngắn mà chỉ phát ra các tia có bước sóng dài.

+ Cơ thể con người có nhiệt độ bình thường là 37^oC nên là một nguồn phát ra tia hồng ngoại với bước sóng khoảng 9 .

+ Mặt trời là một nguồn phát tia hồng ngoại mạnh.

Mắt người không nhìn thấy được tia hồng ngoại, vì thế để có thể xem các vật phát ra tia hồng ngoại như thế nào người ta phải dùng đến kính ảnh (hay phim ảnh) hồng ngoại hoặc các cảm biến hồng ngoại.

– Tác dụng:

+ Tác dụng nhiệt.

+ Có khả năng gây ra một số phản ứng hóa học.

+ Tác dụng lên kính ảnh hồng ngoại.

+ Có thể biến điệu được như sóng điện từ cao tần nên được ứng dụng trong các bộ điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại.

+ Sưởi ấm da cho máu lưu thông.

+ sấy khô.

2.2 Tia tử ngoại:

– Định nghĩa: là những bức xạ không nhìn thấy, có bước sóng từ vài nanomet đến 0,38  (bước sóng nhỏ hơn bước sóng ánh sáng tím).

– Bản chất: sóng điện từ.

– Nguồn phát: Những vật được nung nóng trên 2000⁰C đều phát ra tia tử ngoại.

– Tác dụng:

+ Bị nước và thủy tinh hấp thụ rất mạnh nhưng lại hầu như trong suốt đối với thạch anh.

+ tác dụng mạnh lên kính ảnh.

+ làm một số chất hóa học phát quang.

+ làm ion hóa không khí.

+ gây ra phản ứng quang hóa, quang hợp và một số tác dụng sinh học khác.

+ dùng để phát hiện vết nứt nhỏ, vết xướt trên bề mặt sản phẩm tiện.

+ chữa bệnh còi xương.

+ diệt khuẩn, nấm mốc, hủy diệt tế bào da, …

+ dùng trong phân tích quang phổ.

– Chú ý: Khi một vật phát ra được tia tử ngoại thì nó đồng thời cũng phát ra tia hồng ngoại và ánh sáng thấy được.

3. Bản chất về các loại sóng ánh sáng: Tia ronghen

– Định nghĩa: là sóng điện từ có bước sóng nằm trong khoảng 10^-11 m đến 10^-8 m.

– Tính chất:

+ đâm xuyên mạnh, khả năng đâm xuyên tỉ lệ nghịch với khối lượng riêng của vật cản.

+ tác dụng mạnh lên kính ảnh.

+ làm phát quang một số chất, ion hóa chất khí.

+ tác dụng sinh lí, hủy diệt tế bào.

+ có đầy đủ tính chất như sóng điện từ.

– Ứng dụng: 

+ chiếu, chụp điện.

+ dò tìm khuyết tật trong sản phẩm đúc.

+ chữa bệnh ung thư nông.

+ nghiên cứu mạng tinh thể.

4. Bản chất về các loại sóng ánh sáng: Thang sóng điện từ