Lý thuyết về sóng ánh sáng đầy đủ và chi tiết

Trong bài này, chúng ta sẽ ôn lại những lý thuyết trọng tâm của chương sóng ánh sáng.

I.Sự tán sắc ánh sáng

1. Lý thuyết về sự tán sắc ánh sáng

Định nghĩa: Tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng phức tạp tạo thành các chùm sáng đơn sắc.

Giải thích hiện tượng: Do bản chất ánh sáng trắng là tập hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau. Mà chiết suất của lăng kính đối với mỗi ánh sáng đơn sắc khác nhau nên góc lệch sau lăng kính là khác nhau đối với mỗi ánh sáng đơn sắc.

2. Ánh sáng đơn sắc

Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không thể bị tán sắc.

Tần số của ánh sáng đơn sắc không đổi.

Công thức tính bước sóng của ánh sáng đơn sắc: λ=vf.

Bước sóng của ánh sáng đơn sắc trong chân không: λo= c/f => λ=λo/n (Trong đó: c: vận tốc ánh sáng trong chân không; v: vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường có chiết suất n; chiết suất n tăng dần đối với ánh sáng đơn sắc từ đỏ tới tím).

3. Ứng dụng của tán sắc ánh sáng

Được dùng trong các máy quang phổ để phân tích một chùm sáng đa sắc, do các vật sáng phát ra, thành các thành phần đơn sắc.

Nhiều hiện tượng tự nhiên, chẳng hạn như cầu vồng, chính là sự tán sắc ánh sáng của các tia sáng mặt trời đã bị khúc xạ và phản xạ trong các giọt nước.

II. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng và giao thoa ánh sáng

1. Nhiễu xạ ánh sáng:

Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng truyền sai lệch với sự truyền thẳng của ánh sáng khi đi qua lỗ nhỏ hoặc gặp vật cản. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.

2. Giao thoa ánh sáng:

Hai chùm sáng kết hợp là hai chùm sáng phát ra ánh sáng có cùng tần số và cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian.

Khi hai chùm sáng kết hợp gặp nhau chúng sẽ giao thoa: Những chỗ 2 sóng gặp nhau mà cùng pha với nhau, chúng chồng lên nhau và tạo ra các vân sáng. Những chỗ hai sóng gặp nhau mà ngược pha, chúng triệt tiêu nhau tạo thành các vân tối.

Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.

3. Bước sóng của các ánh sáng đơn sắc

Sóng ánh sáng

III. Quang phổ

1. Máy quang phổ lăng kính

Là dụng cụ phân tích chùm sáng nhiều thành phần thành những thành phần đơn sắc khác nhau.

Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Gồm 3 bộ phận chính:

Ống chuẩn trực: Bộ phận tạo ra chùm sáng song song.

Hệ tán sắc: Phân tích chùm tia song song thành nhiều chùm tia đơn sắc song song.

Buồng ảnh: Quan sát hay chụp ảnh quang phổ.

Sóng ánh sáng

2. Quang phổ liên tục

Quang phổ liên tục là một dải màu liên tục từ đỏ đến tím.

Quang phổ liên tục do các chất rắn, lỏng ,khí có áp suất lớn phát ra khi bị nung nóng.

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

3. Quang phổ vạch phát xạ

Quang phổ vạch phát xạ là một hệ thống những vạch sáng riêng lẻ, ngăn cách nhau bởi những khoảng tối.

Quang phổ vạch phát xạ do các chất khí hay hơi ở áp suất thấp phát ra khi bị kích thích bằng điện hay bằng nhiệt.

Quang phổ vạch của các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về số lượng vạch, 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. Ví dụ, quang phổ vạch đặc trưng của Hidro ở vùng ánh sáng nhìn thấy bao gồm: đỏ, lam, chàm, tím.

4. Quang phổ hấp thụ

Quang phổ hấp thụ là các vạch tối trên nền của quang phổ liên tục.

Quang phổ hấp thụ của chất lỏng và chất rắn chứa các đám vạch, mỗi đám gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp nhau một cách liên tục.

Quang phổ hấp thụ của chất khí chỉ chứa các vạch hấp thụ và là đặc trưng cho chất khí đó.

Quang phổ của ánh sáng mặt trời mà ta thu tại mặt đất là quang phổ vạch hấp thụ của khí quyển trái đất.

IV. Tia hồng ngoại – Tia tử ngoại

1. Tia hồng ngoại:

Bản chất: Sóng điện từ

Bước sóng: 7,6.10^-7 m -> 10^-3 m

Nguồn phát: Vật nhiệt độ cao hơn môi trường (> 0K). Ví dụ: Bóng đèn dây tóc, bếp ga, bếp than, điốt hồng ngoại.

Tính chất:

  • Tác dụng nhiệt.
  • Gây ra một số phản ứng hóa học.
  • Gây ra hiện tượng quang điện trong của chất bán dẫn.

Ứng dụng:

  • Sưởi ấm, sấy khô.
  • Làm bộ phận điều khiển từ xa.
  • Chụp ảnh hồng ngoại.
  • Được ứng dụng trong quân sự.

2. Tia tử ngoại

Bản chất: sóng điện từ

Bước sóng: 3,8. 10^-7 m -> 10^-8 m

Nguồn phát: Vật có nhiệt độ cao hơn 2000 độ C. Ví dụ: đèn huỳnh quang, đèn thủy ngân, màn hình TV.

Tính chất:

  • Gây ra hiện tượng quang điện trong, ngoài.
  • Làm phát quang một số chất, làm ion hóa chất khí, có tác dụng sinh lí, hủy hoại tế bào, diệt khuẩn.
  • Bị nước và thủy tinh hấp thụ.

Ứng dụng:

  • Tiệt trùng thực phẩm, dụng cụ y tế.
  • Tìm vết nứt trên bề mặt sản phẩm, chữa bệnh còi xương.