Bài giảng Chương 10: Ánh sáng trong các môi trường

Chia sẻ: Vuong Bang | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

167
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 10 cung cấp cho người học các kiến thức về sự hấp thụ ánh sáng, sự tán xạ ánh sáng, sự tán sắc ánh sáng, hiện tượng phân cực ánh sáng, sự phân cực ánh sáng do phản xạ và khúc xạ, phân cực ánh sáng do lưỡng chiết, các loại kính phân cực, ánh sáng phân cực Ellip và phân cực tròn, hiện tượng phân cực quay và ứng dụng, những đại lượng và đơn vị đo ánh sáng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Chương 10: Ánh sáng trong các môi trường

Chương Chương 1010 ÁNH ÁNH SÁNG SÁNG TRONG TRONG CÁC CÁC MÔI MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG Phản xạ hoặc là khúc xạ Khi ánh sáng đi qua môi Cường độ của nó bị giảm trường vật khi đi qua môi trường (bị hấp thụ, tán xạ ánh sáng chất, nó bị ảnh hay phân cực). hưởng theo ba Vận tốc truyền trong cách môi trường nhỏ hơn c (hiện tượng tán sắc).
10.1. 10.1. SỰ SỰ HẤP HẤP THỤ THỤ ÁNH ÁNH SÁNG SÁNG 1. Hiện tượng hấp thụ ánh sáng L Chiếu chùm sáng đơn dx sắc song song có cường độ Io vuông góc vào một lớp môi trường có độ dày L. Nếu bỏ qua sự mất Io I ánh sáng do phản xạ và Hình 10.1 tán xạ mà cường độ I của ánh sáng ra khỏi môi trường giảm Sự hấp thụ ánh sáng bởi môi trường.
2. Giải thích theo quan niệm cổ điển Sự hấp thụ ánh sáng là kết qủa của sự tương tác của sóng điện từ (ánh sáng) với vật chất. Dưới tác dụng của điện trường của sóng ánh sáng có tần số , các electron của nguyên tử và phân tử dịch chuyển đối với hạt nhân và thực hiện dao động điều hòa với tần số . Electron dao động trở thành nguồn phát sóng thứ cấp. Giao thoa của sóng tới và sóng thứ cấp nên trong môi trường xuất hiện sóng có biên độ khác với biên độ của sóng tới. Cường độ của ánh sáng sau khi qua môi trường cũng thay đổi: không phải toàn bộ năng lượng bị hấp thụ bởi các nguyên tử và phân tử được giải phóng dưới dạng bức xạ mà có sự hao hụt do sự hấp thụ ánh sáng.
3. Định luật Bouguer về sự hấp thụ ánh sáng Chia vật (hình 10.1) thành vô số các lớp mỏng có độ dày là dx Độ giảm cường độ dI trong lớp mỏng có độ dày dx của chất hấp thụ tỉ lệ với độ dày dx và với cường độ của ánh sáng tới: dI = .I.dx (10.1) Lấy tích phân biểu thức I L (10.1) từ x = 0 đến x = L dI .dx I0 I 0 I = I0 exp( L)
Trong đó: là hệ số, đặc trưng cho độ giảm cường độ gọi là I = I0 exp( L) hệ số hấp thụ của môi trường, không phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng. Cường độ ánh sáng truyền qua môi trường hấp thụ giảm theo hàm số mũ.
4. Màu sắc của các vật Một chất có hệ số hấp thụ nhỏ với mọi bức xạ khả kiến Vật sẽ không có màu sắc Vật hấp thụ hoàn toàn mọi Vật có màu đen ánh sáng thấy được Màu sắc của các dung dịch màu và các kính lọc màu Ví dụ kính lọc màu đỏ được giải thích bằng sự hấp thì ít hấp thụ ánh sáng thụ có chọn lựa. đỏ và màu da cam
10.2. SỰ TÁN XẠ ÁNH SÁNG Trong thực tế không có môi trường nào hoàn toàn đồng chất, mà có độ chênh lệch của mật độ, nhiệt độ Ánh sáng không những truyền thẳng mà còn theo các phương khác, tức là bị tán xạ.
1. Sự tán xạ ánh sáng bởi các hạt nhỏ (TYNDALL): a) Thí nghiệm S O A Cho một chùm tia sáng song song đi qua một ống thủy tinh đựng nước tinh khiết (hình 10.2) B Hình 10.2 OB vuông góc với tia sáng sẽ không nhìn thấy Bây giờ nhỏ vài giọt sữa chùm tia sáng trong vào ống và lắc đều. Nhìn vào ống theo phương OB ta sẽ nhìn thấy ống. ánh sáng trong ống. Vậy chất lỏng trong ống bây giờ là một môi trường vẫn đục, tán xạ ánh sáng đi qua nó.
Quy luật : Chùm tia tới là ánh sáng trắng, ánh sáng tán xạ theo phương tạo với chùm tia tới một góc càng lớn sẽ ngã về màu xanh lam -> Ánh sáng bước sóng ngắn sẽ bị tán xạ mạnh nhất. Nếu ánh sáng tới là ánh sáng tự nhiên thì ánh sáng tán xạ làm với phương của chùm tia tới một góc 0 < < 900 , bị phân cực một phần và theo phương vuông góc: = 900, bị phân cực thẳng hoàn toàn. Sự phân bổ cường độ của ánh sáng tán xạ theo góc tán xạ được xác định theo công thức: I = I /2 (1 + cos2 ) (10.3)
Đường cong (hình 10.3) biểu diễn công thức A (10.3) được gọi là O Phương tia tới ) giản đồ chỉ thị tán xạ. Nó có tính đối B Phương quan sát xứng đối với Hình 10.3 phương của tia tới và phương vuông góc với nó
b) Lý thuyết tán xạ của Rayleigh Biểu thức cho cường độ của ánh sáng tán xạ: 2 2 2 2 2 9 N v I I0 0 2 4 0 (1 cos 2 ) r 0 V: thể tích của một hạt, N: số hạt có trong 1.0 cm3 r: khoảng cách từ hạt tán xạ đến điểm quan sát : góc tán xạ.
Hiện tượng tán xạ Tyndall luôn luôn xảy ra trong dung dịch có các hạt lơ lửng, đặc biệt là dung dịch keo trong bầu khí quyển, trong nhiều đồ uống v.v... Đo cường độ Nghiên cứu màu của ánh sáng tán xạ sắc của ánh sáng tán xạ có thể xác định một có thể đoán nhận được cách định lượng kích thước của các hạt những chất lơ lửng có mặt trong dung dịch trong dung dịch, độ nghiên cứu. trong suốt của khí quyển v.v...
2. Sự tán xạ phân tử Hiện tượng tán xạ còn quan sát được cả trong các môi trường tinh khiết Hiện tượng tán xạ xảy ra do chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên môi trường Tán xạ phân tử
Nguyên nhân là sự thăng giáng mật độ phân tử trong môi trường. Do chuyển động nhiệt của các phân tử nên chúng phân bổ không đều trong môi trường. Sự thăng giáng mật độ phân tử kéo theo sự thăng giáng khối lượng riêng Làm cho chiết suất của môi trường chịu sự thăng giáng Gây nên hiện tượng tán xạ phân tử
Tán xạ phân tử cũng tuân theo định luật Rayleigh: 1 I 4 Cường độ của ánh sáng tán xạ phân tử tỉ lệ nghịch với lũy thừa bậc bốn của bước sóng.
10.3. SỰ TÁN SẮC ÁNH SÁNG 1. Hiện tượng tán sắc ánh sáng: Năm 1672, Newton đã nghiên cứu thực nghiệm thấy rằng một chùm ánh sáng trắng đi qua lăng kính thủy tinh bị phân tích thành một dải nhiều màu trên màn quan sát đặt sau lăng kính. Các màu xếp theo thứ tự: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
2. Độ tán sắc và đường cong tán sắc Nếu n1, n2 là chiết suất ứng với hai bước sóng là 1và 2 thì độ tán sắc trung bình đối với miền phổ 1 và 2 : n 2 n1 D 2 1 dn D d
n Hình 10.4 biểu 1.7 diễn đường Thuỷ tinh cong tán sắc 1.6 Thạch anh của một số chất 1.5 Fluarit trong vùng 1.4 bước sóng ánh 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 (10 6m) sáng. Hình 10.4
3. Tán sắc thường và tán sắc dị thường Đối với những chất ít hấp thụ ánh sáng thì sự phụ thuộc của chiết suất vào bước sóng gần như tuân theo công thức Cauchy: b c n = a + 2 + 4 + ... + ... λ λ b n≅a+ 2 λ
Độ tán sắc của chất ở miền tán sắc thường là một đại lượng âm: dn 2b D 3 d Đối với các chất có sự hấp thụ ánh sáng đáng kể, thì ở vùng phổ hấp thụ ta thấy: Chiết suất tăng khi bước sóng tăng và biến thiên theo bước sóng nhanh hơn theo công thức Cauchy. Hiện tượng tán sắc dị thường.