Chương 10 Chương 10 ÁNH SÁNG ÁNH SÁNG TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
Phản xạ hoặc là khúc xạ
Cường độ của nó bị giảm khi đi qua môi trường (bị hấp thụ, tán xạ ánh sáng hay phân cực).
Khi ánh sáng Khi ánh sáng đi qua môi đi qua môi trường vật trường vật chất, nó bị ảnh chất, nó bị ảnh hưởng theo ba hưởng theo ba cáchcách
Vận tốc truyền trong môi trường nhỏ hơn c (hiện tượng tán sắc).
10.1. SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG
L dx
I
Io
1. Hiện tượng hấp thụ ánh sáng
Hình 10.1
Chiếu chùm sáng đơn sắc song song có cường độ Io vuông góc vào một lớp môi trường có độ dày L. Nếu bỏ qua sự mất ánh sáng do phản xạ và 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 Sự hấp thụ ánh sáng là kết qủa của sự tương tác của
sóng điện từ (ánh sáng) với vật chất. sóng điện từ (ánh sáng) với vật chất.
Dưới tác dụng của điện trường của sóng ánh sáng Dưới tác dụng của điện trường của sóng ánh sáng có tần số (cid:0)(cid:0) , các electron của nguyên tử và phân tử dịch , các electron của nguyên tử và phân tử dịch có tần số chuyển đối với hạt nhân và thực hiện dao động điều hòa chuyển đối với hạt nhân và thực hiện dao động điều hòa với tần số (cid:0)(cid:0) . Electron dao động trở thành nguồn phát . Electron dao động trở thành nguồn phát với tần số sóng thứ cấp. sóng thứ cấp. Giao thoa của sóng tới và sóng thứ cấp nên trong môi 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 trường xuất hiện sóng có biên độ khác với biên độ của sóng tới. tới.
Cường độ của ánh sáng sau khi qua môi trường cũng Cường độ của ánh sáng sau khi qua môi trường cũng không phải toàn bộ năng lượng bị hấp thụ bởi thay đổi: không phải toàn bộ năng lượng bị hấp thụ bởi thay đổi: các nguyên tử và phân tử được giải phóng dưới dạng các nguyên tử và phân tử được giải phóng dưới dạng bức xạ mà có sự hao hụt do sự hấp thụ ánh sáng. . bức xạ mà có sự hao hụt do sự hấp thụ ánh sáng
Chia vật (hình 10.1) thành vô số các lớp mỏng có độ dày là dx
3. Định luật Bouguer về sự hấp thụ ánh sáng
.I.dx (10.1)
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 = dI = (cid:0)(cid:0) (cid:0)(cid:0) .I.dx
I
L
Lấy tích phân biểu thức Lấy tích phân biểu thức (10.1) từ x = 0 đến x = L (10.1) từ x = 0 đến x = L
dx.
dI I
I
0
0
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
(cid:0) L) I = I0 exp((cid:0)
là hệ số,
(cid:0) L)
Trong đó: (cid:0) đặc trưng cho độ giảm cường độ gọi là hệ số hấp thụ của môi trường, không phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng.
I = I0 exp((cid:0)
Cường độ ánh sáng truyền qua môi
trường hấp thụ giảm theo hàm số mũ.
Vật sẽ không có màu sắc
Một chất có hệ số hấp thụ nhỏ với mọi bức xạ khả kiến
Vật có màu đen
Vật hấp thụ hoàn toàn mọi ánh sáng thấy được
Màu sắc của các dung dịch màu và các kính lọc màu được giải thích bằng sự hấp thụ có chọn lựa.
Ví dụ kính lọc màu đỏ thì ít hấp thụ ánh sáng đỏ và màu da cam
4. Màu sắc của các vật 4. Màu sắc của các vật
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.
O
S
A
B
1. Sự tán xạ ánh sáng bởi các hạt nhỏ (TYNDALL):
a) Thí nghiệm a) Thí nghiệm Cho một chùm tia sáng song song đi qua một ống thủy tinh đựng nước tinh khiết (hình 10.2)
Hình 10.2
OB vuông góc với tia sáng sẽ không nhìn thấy chùm tia sáng trong ống.
Bây giờ nhỏ vài giọt sữa vào ống và lắc đều. Nhìn vào ống theo phương OB ta sẽ nhìn thấy 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 : Quy luật
Chùm tia tới là ánh sáng trắng, ánh sáng tán xạ theo
phương tạo với chùm tia tới một góc (cid:0) càng lớn sẽ ngã về màu xanh lam -> Ánh sáng bước sóng ngắn sẽ bị tán xạ mạnh nhất.
=
tán xạ làm với phương của chùm tia tới một góc 0 < (cid:0) < 900 , bị phân cực một phần và theo phương vuông góc: (cid:0) 900, bị phân cực thẳng hoàn toàn.
Sự phân bổ cường độ của ánh sáng tán xạ theo góc
tán xạ (cid:0)
được xác định theo công thức:
I(cid:0) = I(cid:0) /2 (1 + cos2 (cid:0) ) (10.3)
Nếu ánh sáng tới là ánh sáng tự nhiên thì ánh sáng
Đường cong
A
O
Phương tia tới
)
Phương quan sát
B
Hình 10.3
(hình 10.3) biểu diễn công thức (10.3) được gọi là giản đồ chỉ thị tán xạ. Nó có tính đối xứng đối với phương của tia tới và phương vuông góc với nó
(cid:0)
b) Lý thuyết tán xạ của Rayleigh
Biểu thức cho cường độ của ánh sáng tán xạ:
2
2
2
(cid:0)
(cid:0) 9
2
0
(cid:0) (cid:0) (cid:0)
(cid:0)
(cid:0)
I
I
1(
cos
)
0
2 2 vN 0 (cid:0) 4 2
(cid:0) (cid:0)
(cid:0) (cid:0)
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
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
: góc tán xạ.
(cid:0)
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
sắc của ánh sáng tán xạ có thể đoán nhận được kích thước của các hạt có mặt trong dung dịch nghiên cứu.
của ánh sáng tán xạ có thể xác định một cách định lượng những chất lơ lửng trong dung dịch, độ 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:
(cid:0)
I
1 4
(cid:0)
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
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.
1. Hiện tượng tán sắc ánh sáng:
2 thì độ tán sắc trung bình
1và (cid:0)
2. Độ tán sắc và đường cong tán sắc Nếu n1, n2 là chiết suất ứng với hai bước sóng là (cid:0) đối với miền phổ (cid:0) 1 và (cid:0) 2 :
n
n
2
1
(cid:0)
D
(cid:0)
2
1
(cid:0) (cid:0) (cid:0)
D
(cid:0)
dn d
(cid:0)
n
1.7
Thuỷ tinh
1.6
Thạch anh
1.5
Fluarit
1.4
(cid:0) (10(cid:0) 6m)
0.6
1.0
0.4
0.8
1.2
0.2
Hình 10.4
Hình 10.4 biểu diễn đường cong tán sắc của một số chất trong vùng bước sóng ánh sáng.
3. Tán sắc thường và tán sắc dị thường 3. Tán sắc thường và tán sắc dị thường
= + a
n
+ + ...
...
c 4
b l 2
+ l
@ + a
n
b l 2
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:
Độ tán sắc của chất ở miền tán sắc thường là một đại lượng âm:
D
b 2 (cid:0) 3
dn (cid:0) 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.
(cid:0) (cid:0) (cid:0)
Hiện tượng tán sắc dị thường.
4. Ứng dụng hiện tượng tán sắc 4. Ứng dụng hiện tượng tán sắc
Hiện tượng tán sắc ánh sáng
được ứng dụng trong các máy quang phổ lăng kính để phân tích thành phần quang phổ của nguồn sáng.
10.4. HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực 1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực
Ánh sáng tự nhiên
Quang trục OO1 của tinh thể O1
Ánh sáng phân cực thẳng
E
O
Bản tourmaline T
Phương truyền của ánh sáng
Hình 10.6: Ánh sáng phân cực thẳng
Hình 10.5: Ánh sáng tự nhiên
Nguồn sáng thông thường là kết quả
bức xạ của tập hợp vô số các nguyên tử chứa trong nguồn sáng đó.
Ánh sáng bức xạ của từng nguyên tử
tương đương với ánh sáng của bức xạ lưỡng cực.
Ánh sáng do lưỡng cực bức xạ là một
sóng ngang mà phương dao động vuông góc với phương truyền.
Ánh sáng phân cực.
Sự chuyển động hỗn loạn của các nguyên tử, nên phương dao động của ánh sáng bức xạ từ các nguồn sáng thông thường hướng theo mọi phương xung quanh phương truyền.
Ánh sáng tự nhiên
Hình 10.7: Ánh sáng tự nhiên đi qua hai bản tourmaline
Cho ánh sáng đi qua một tinh thể tourmaline, tinh thể này có tính chất chỉ cho qua ánh sáng có phương dao động nhất định song song với quang trục của tinh thể.
Kết quả là ta có ánh sáng mà phương dao động hoàn toàn xác định
Ánh sáng phân cực hoàn toàn hay gọi là Ánh sáng phân cực hoàn toàn hay gọi là phân cực thẳng phân cực thẳng
(c)
(b) (a) Hình 10.8
Mặt phẳng dao động
Tia sáng
Mặt phẳng phân cực
Hình 10.9: Mặt phẳng dao động và mặt phẳng phân cực
- Ánh sáng có véctơ cường độ điện trường dao động theo mọi phương vuông góc với tia sáng nhưng có phương dao động mạnh, có phương dao động yếu, được gọi là ánh sáng phân cực một phần
- Ánh sáng có véctơ cường độ điện trường chỉ dao động theo một phương xác định được gọi là ánh sáng phân cực thẳng hay ánh sáng phân cực toàn phần -Ánh sáng có véctơ cường độ điện trường dao động đều đặn theo mọi phương vuông góc với tia sáng gọi là ánh sáng tự nhiên
* Biểu diễn ánh sáng tự nhiên bằng cách vẽ rất nhiều véctơ cùng độ dài theo bán kính của đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với tia sáng.
* Đối với ánh sáng phân cực thẳng, biểu diễn chỉ bằng
một véctơ nằm trong mặt phẳng vuông góc tia sáng.
* Nếu chùm tia vừa là ánh sáng tự nhiên vừa là ánh sáng phân cực thẳng thì ta được chùm tia hỗn hợp là ánh sáng phân cực một phần, khi đó độ lớn của véctơ cường độ điện trường không đều theo các phương.
2. Biểu diễn 2. Biểu diễn
max
min
(cid:0) Độ phân cực P:
P
(cid:0)
I I
I I
max
min
(cid:0)
3. Định luật Malus
Cường độ ánh sáng đi qua bản tourmaline bằng: I = Io cos 2(cid:0)
Khi (cid:0)
= 0 : cos(cid:0)
= 1 (cid:0)
I = I0
Cường độ ánh sáng đi qua bản tourmaline bằng cường độ ánh sáng tới.
Khi (cid:0)
=(cid:0) /2: cos(cid:0)
= 0 (cid:0)
I = 0
Cường độ ánh sáng qua bản tourmaline bị triệt tiêu.
T
R
S
10.5. SỰ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG DO PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ
iB
iB
Không khí n1
I
rB
Thuỷ tinh n2
T1
Chiếu một chùm ánh sáng tự nhiên vào mặt phân cách của hai chất điện môi, một phần ánh sáng sẽ bị phản xạ, phần còn lại khúc xạ vào môi trường thứ hai.
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
Hình 10.11
Nhận xét:
Tia phản xạ và tia khúc xạ là Tia phản xạ và tia khúc xạ là
những tia phân cực một phần những tia phân cực một phần
Véctơ điện trường dao động ưu Véctơ điện trường dao động ưu
tiên theo một phương trong mặt tiên theo một phương trong mặt phẳng vuông góc với tia sáng. phẳng vuông góc với tia sáng.
Thay đổi từ từ độ nghiêng của
chùm tia tới với tấm thủy tinh, có một vị trí mà ở đó tia phản xạ IR bị bản T làm tắt hoàn toàn
Chứng tỏ tia IR là tia phân cực thẳng
tgiB = n 21
ớ ề ỏ Lúc đó góc t i i = i ệ B th a đi u ki n
ọ ọ c g i là góc c g i là góc
ự ự ượ đ Góc iGóc iBB đ ượ Brewster hay là góc Brewster hay là góc phân c c hoàn toàn. phân c c hoàn toàn.
10.6. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG DO LƯỠNG CHIẾT
1. Tính lưỡng chiết của các tinh thể
Mỗi tia sáng xuất phát từ một điểm rọi tới mặt
khối tinh thể đều bị khối tinh thể tách thành hai tia khúc xạ khác nhau.
Khối tinh thể băng lan phải có chiết suất khác
nhau đối với hai tia sáng truyền trong nó.
Tính lưỡng chiết của tinh thể băng lan.
78008(cid:0)
B1
D
101052(cid:0)
C1
A
C
A1
B
D1
Hình 10.13
Hình 10.12
Mỗi tinh thể băng lan đều có dạng của
một khối hình thoi sáu mặt (hình 10.13).
Đường chéo AA1 là quang trục của tinh
thể. Bất kỳ đường thẳng nào trong tinh thể song song với AA1 cũng gọi là quang trục của tinh thể.
2. Sự phân cực toàn phần của ánh sáng do lưỡng chiết: tia thường với tia bất thường
a) Định nghĩa của tia thường và tia bất thường
A
C1
Ánh sáng tự nhiên
I
R2
C
Tia e
α) Tia IR1 tuân theo đúng định luật khúc xạ ánh sáng, tiếp tục truyển thẳng qua tinh thể, nằm trong mặt phẳng tới.
R1
A1
Quang trục
Tia ló
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
Tia thường Tia thường
Hình 10. 14
Tia bất thường Tia bất thường
β) Tia IR2 không tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng, đi lệch khỏi phương truyền của tia tới, không nằm trong mặt phẳng tới.
Tia bất thường có
vectơ cường độ điện trường dao động trong mặt phẳng chính của nó (mặt phẳng chứa quang trục của tinh thể và tia bất thường).
Tia thường có véctơ cường độ điện trường dao động vuông góc với mặt phẳng đặc biệt gọi là mặt phẳng chính của tia đó (mặt phẳng chứa tia thường và quang trục của tinh thể).
b) Tính chất của tia thường và bất thường
Ự Ự Ạ Ạ 10.7. CÁC LO I KÍNH PHÂN C C 10.7. CÁC LO I KÍNH PHÂN C C
1. Polaroid
2. Lăng kính Nicol
Nhiều tinh thể lưỡng chiết có tính chất hấp thụ không đều đối với tia thường và tia bất thường.
Tính chất lưỡng sắc.
1. Polaroid
Bản polaroid là bản celluloid trên có phủ một Bản polaroid là bản celluloid trên có phủ một
lớp tinh thể rất nhỏ định hướng herapatit (tinh thể lớp tinh thể rất nhỏ định hướng herapatit (tinh thể sulfat – iod – kinin) có tính lưỡng sắc mạnh. sulfat – iod – kinin) có tính lưỡng sắc mạnh.
Những bản polaroid tương đối rẻ và đơn giản, nên Những bản polaroid tương đối rẻ và đơn giản, nên
chúng ta đã được sử dụng trong ngành vận tải ô tô để khắc chúng ta đã được sử dụng trong ngành vận tải ô tô để khắc phục hiện tượng lóa mắt của những người lái xe ô tô do ánh phục hiện tượng lóa mắt của những người lái xe ô tô do ánh sáng đèn pha ô tô chạy ngược chiều gây ra. sáng đèn pha ô tô chạy ngược chiều gây ra.
Lớp nhựa canada
A
C1
220
680
480
I
tia e
i
S
2. Lăng kính Nicol
i
760
900
C
A1
tia o
quang trục
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
Hình 10. 15
Nicol là một bản tinh thể băng lan được cắt theo mặt phẳng chéo góc rồi dán lại bằng một lớp nhựa thơm canađa.
Một tia sáng tự nhiên rọi tới nicol sẽ bị tách thành hai tia thường và bất thường.
* no> nc ->tia thường bị khúc xạ nhiều hơn tia bất thường
* no> nc -> người ta đã chọn hình dạng và kích thước của nicol sao cho tia thường đi tới lớp nhựa sẽ bị phản xạ toàn phần, dùng lớp nhựa sơn đen ở mặt bên CA1 để hấp thụ nó.
*ne < nc-> tia bất thường bao giờ cũng truyền qua được lớp nhựa, tiếp tục truyền trong băng lan rồi ló ra ngoài nicol theo phương song song tới tia tới.
Sau nicol, ta chỉ nhận được tia bất thường là tia sáng phân cực toàn phần có vectơ cường độ điện trường dao động trong tiết diện ứng với tia đó.
Sóng sáng có thể được biểu diễn bởi hai sóng phân cực thẳng vuông góc với nhau:
(cid:0)
10.8 ÁNH SÁNG PHÂN CỰC ELLIP VÀ PHÂN CỰC TRÒN
Ei
Cos
kz
t
(
)
)13.10(
x
0
(cid:0)
(cid:0)
(cid:0) (cid:0)
Ej
Cos
kz
t
(
)
)14.10(
tzE ),( x tzE ),( y
y
0
Sóng sáng tổng hợp sau bản, có vectơ E bằng:
(cid:0) (cid:0) (cid:0)
tzE ),(
)15.10(
tzE ),( x
tzE ),( y
(cid:0) (cid:0)
E
y
(cid:0)
(cid:0)
(cid:0)
(cid:0)
Ta có:
t
kz
t
cos(kz
)
cos
sin(
sin)
E
oy
E
y
x
j = -
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
cos
sin(kz
t) sin
(10.17)
E
E E
oy
ox
- - w j
x
w
sin (kz
t) = [ 1 (
2 1/2 ) ]
E E
0x
Từ (10.13) ta có:
Thay vào (10.17) ta được
y
2
x
cos
E E
oy
ox
� E � � E �
2 � � = � 1 � � � � �
2 � � � E � x sin � � �� � E � ox
E
E
2
- j - j
2
j = cos
sin
(10.18)
E
E E
E E
E
2 � � x � � � � ox
� � x � � � � ox
2 � � + y � � � � � � oy
� � y � � � � � � oy
- j
O
Đây là phương trình của đường ellip với các trục không song song với các trục tọa độ mà nghiêng một góc (cid:0)
(hình 10.16).
(cid:0)
Hình 10.16
a) Khi hiệu pha (cid:0)
giữa hai sóng phân cực phẳng có giá trị
không đổi tùy ý, mút của vectơ E của sóng sáng dịch chuyển theo một đường ellip xác định nào đó : ta có ánh sáng phân cực ellip.
p
j = (cid:0)
+
k
(2
1)
b) Khi hiệu pha giữa hai sóng
2
+
=
Phương trình (10.18) thành
1
E
2 E x 2 E ox
2 E y 2 oy
= 0)
Đây là phương trình của ellip có hai trục trùng với trục tọa độ hai bán trục E0x và Eoy (góc (cid:0)
ánh sáng phân cực tròn
* Nếu góc (cid:0)
= 45o
Xét các trường hợp đặc biệt sau:
c) Khi hiệu pha
(cid:0)
= (cid:0)
k (cid:0)
E
oy
m
E
)1(
E
y
x
phương trình (10.18) thành:
E
ox
Phương trình của một đoạn đường thẳng đi qua gốc tọa độ
ánh sáng phân cực thẳng.
(b)
(c)
(a)
(cid:0) (cid:0)
Hình 10.17
Bản thạch anh
A
S
L1
P
Hình 10.19
10.9. HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC QUAY VÀ ỨNG DỤNG
A Hình 10.18
Ánh sáng đơn sắc từ một nguồn sáng tự nhiên S đi qua kính phân cực P và kính phân tích A đặt vuông góc với nhau.
Ánh sáng không đi qua được kính phân tích A.
Nếu đặt giữa kính phân cực P và kính phân tích A một bản mặt song song làm bằng tinh thể thạch anh
Ánh sáng đi qua được kính phân tích A.
Muốn cho ánh sáng không đi qua được kính A thì ta
phải quay kính phân tích A một góc (cid:0)
Có mặt của bản mặt song song làm quay mặt
.
phẳng phân cực một góc (cid:0)
Hiện tượng phân cực quay là hiện tượng
làm quay mặt phẳng phân cực khi ánh sáng phân cực đi qua một cấu trúc tinh thể.
Hiện tượng phân cực quay
Góc quay (cid:0) của mặt phẳng phân cực tỉ lệ thuận với độ dày d của bản mặt song song:
(cid:0)
= (cid:0) d
Bên cạnh những tinh thể có tính chất phân cực quay còn có những chất lỏng tinh khiết, các dung dịch có tính chất như vậy.
Các chất có khả năng làm quay mặt phẳng
phân cực của ánh sáng tới gọi là những chất quang hoạt.
Còn khả năng làm quay mặt phẳng phân cực
thì gọi là tính quang hoạt.
Tính quang hoạt của dung dịch tỉ lệ thuận với
chiều dày của lớp dung dịch và nồng độ của nó.
Định luật Biot
(cid:0)
= [(cid:0)
] dC
O2
O1
P
A
R
S
Hình 10.21 Đường kế
Đường kế được bố trí như hình 10.21
O1
O
O(cid:0)
Kính phân cực có thể biến ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực thẳng nhưng phương dao động của ánh sáng phân cực sẽ theo hai phương OO’ và OO’’ (hình 10.20a).
O (a )
Nếu đặt kính phân tích vuông góc với
(b )
phương OO’ thì trường sáng bên trái sẽ bị tắt (hình 10.20b).
(c)
Nếu kính phân tích vuông góc với phương OO’ thì trường sáng bên phải sẽ tắt (hình 10.20c).
Trong trường hợp kính phân tích vuông
(cid:0) (cid:0)
(d ) Hình 10.20
góc với phương OO1 thì cả hai trường sáng đều mờ như nhau.
10.10. NHỮNG ĐẠI LƯỢNG VÀ ĐƠN VỊ ĐO ÁNH SÁNG
1. Quang thông
dS
O
Quang thông do một chùm sáng gửi tới diện tích dS là một đại lượng có trị số bằng phần năng lượng gây ra cảm giác sáng gửi tới dS trong một đơn vị thời gian
Hình 10.22
Gọi dQ là năng lượng ánh sáng thấy được gửi đến diện tích dS trong thời gian,quang thông dФ của nguồn gửi đến diện tích ta xét là:
F =
d
dQ t
Gọi Q là toàn bộ năng lượng của ánh
sáng thấy được do nguồn phát ra trong thời gian, quang thông Ф toàn phần của nguồn là:
F =
Q t
2. Độ sáng (cường độ sáng)
n
dSn
r
dW
O
dS
Hình 10.23
Góc khối nhìn thấy diện tích dS từ điểm O là phần không gian giới hạn bởi hình nón có đỉnh tại O và có các đường sinh tựa trên chu vi của dS
a) Góc khối:
2
dSn = dS.cos(cid:0)
.dS
d
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
cos 2r
d dS
1 r
n
(cid:0) (cid:0)
b) Độ sáng:
Độ sáng của nguồn theo một phương
nào đó là một đại lượng có giá trị bằng quang thông của nguồn gửi đi trong một đơn vị góc khối theo phương đó.
(cid:0)
I
Id
dI
I4
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
(cid:0) (cid:0)
d d
(cid:0)
c) Đơn vị của độ sáng:
Candela (viết tắt là cd)
Candela là độ sáng đo theo phương vuông góc với một diện tích nhỏ, có diện tích 1/600.000 m2, bức xạ như một vật bức xạ toàn phần, ở nhiệt độ đông đặc của platin dưới áp suất 101325 N/m2.
Độ trưng của nguồn khối là đại lượng vật lý về Độ trưng của nguồn khối là đại lượng vật lý về
trị số bằng quang thông toàn phần do một đơn vị trị số bằng quang thông toàn phần do một đơn vị diện tích của nguồn khối ấy phát ra. diện tích của nguồn khối ấy phát ra.
Nếu gọi d(cid:0) (cid:0)(cid:0) (cid:0) là quang thông toàn phần do phần là quang thông toàn phần do phần Nếu gọi d tử bề mặt dS của nguồn phát ra thì độ trưng của phần tử bề mặt dS của nguồn phát ra thì độ trưng của phần tử bề mặt đó là: tử bề mặt đó là:
3. Độ trưng
=
R
d dS
F
Đơn vị độ trưng: lumen
dSn
dS
O
M
j
A
dW
n
4. Độ chói
Hình 10.25
Gọi là góc hợp bởi phương AM và pháp tuyến An của phần tử diện tích dS, dSn là hình chiếu của dS lên mặt phẳng vuông góc với phương AM, ta có:
(cid:0) dSn = dS.cos(cid:0)
ộ ơ
ị ệ
ầ ờ
ặ
Quang thông toàn ph n r i m t S =
ủ
ố
ồ
ỏ ầ ờ Quang thông toàn ph n r i kh i m t đ n v di n ộ ư tích c a ngu n kh i = đ tr ng R
dS
ệ
Di n tích S
ị ệ
ơ
ố
ộ
ị ơ Quang thông trên đ n v di n tích trong đ n v góc kh i = đ chói B
Hình 10.26
Diện tích dS càng chói nếu như cường
dI là cường độ ánh sáng do diện tích dS phát ra theo phương AM.
độ sáng do nó phát ra ứng với một đơn vị diện tích của dSn càng nhiều.
dI ndS
B =
dI ndS
Độ chói của diện tích phát sáng dS theo phương AM là đại lượng vật lý về trị số bằng cường độ sang do nó phát ra theo phương đó trên một đơn vị diện tích của mặt nhìn thấy được dSn của nó.
càng lớn
B phụ thuộc góc (cid:0) do đó ta viết:
* Nếu B = const thì mặt phát sáng được gọi là nguồn Lambert.
Đối với nguồn Lambert, quang thông toàn phần do phần tử diện tích dS của nó phát ra bằng:
B = B((cid:0) )
d
BdS
(cid:0) (cid:0) (cid:0)
Đơn vị của độ chói:
Candela trên mét vuông (cd/m2 ) hay còn gọi là nít (nt)
Độ chói nhỏ nhất mắt người nhận biết
được khoảng 10(cid:0) 6 nt.
Dưới đây ta nêu một vài số liệu về
Mặt phát sáng
Độ chói (nit)
1000 1,5.104 (1,5(cid:0) 2).10 6 2500
Đèn néon Ngọn lửa đèn dầu hỏa Dây tóc kim loại của đèn điện Bề mặt mặt trăng nay rằm nhìn qua khí quyển Bề mặt mặt trời
1,5.109
độ chói của một số mặt phát sáng:
5. Độ rọi
a) Định nghĩa:
Độ rọi E của một mặt nào đó là một đại lượng có giá trị bằng quang thông gửi tới một đơn vị diện tích mặt đó.
(cid:0)
E
d dS
(cid:0)
n
a
r
b) Độ rọi gây bởi nguồn điểm:
O
dW
dS
Hình 10.27
IdS
(cid:0)
Quang thông gửi tới dS
d
Id
cos 2r
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
I
(cid:0) (cid:0)
E
Độ rọi của diện tích dS
d dS
cos 2r
Độ rọi của mặt được chiếu sáng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ mặt ấy đến nguồn.
(cid:0) (cid:0)
c) Đơn vị đo độ rọi:
lux (viết tắt là lx) là độ rọi của một mặt mà cứ 1m2 của mặt đó nhận đựoc một quang thông là 1 lumen.
Khi ta rọi ánh sáng đến một mặt nào đó, một phần ánh sáng tới bị mặt đó hấp thụ hoặc để truyền qua, phần còn lại bị mặt ấy phản xạ hoặc khuếch tán về mọi phía.
Mặt nhận được ánh sáng lại có thể được gọi là nguồn phát sáng.
d) Sự phát sáng của một mặt được rọi sáng
Nếu quang thông gởi tới mặt là dФ, vậy quang thông phản xạ hay khuếch tán trên mặt là:
k được gọi là hệ số phản xạ hay hệ số khuyếch tán
dФ’ = kdФ
=
E
E là độ rọi của bề mặt ta xét:
Gọi:
d dS
F
'
=
R’ là độ trưng của mặt bề đó:
R
'
d dS
R’ = kE
F
6. Hiệu suất sáng
Được định nghĩa bằng tỷ số quang thông phát ra bởi một nguồn sáng trên công suất vào.
Đơn vị là lm/W .
Nguồn sáng thông thường có thể chia ra làm ba loại:
b) Đèn hơi
a) Đèn nóng có dây tóc bằng tungsten
c) Đèn huỳnh quang
a) Đèn nóng sáng
a) Đèn nóng sáng có dây tóc bằng tungsten được đốt nóng đến nhiệt độ cao . Đèn loại này có hiệu suất tăng lên theo công suất vì công suất càng cao, nhiệt độ của dây tóc càng cao thì phần ánh sáng nhìn thấy trong toàn bộ bức xạ càng lớn.
Đèn hơi chứa một chất khí hoặc hơi gây bức xạ khi có dòng điện chạy qua. Màu của ánh sáng phát ra tùy thuộc vào bản chất của hơi. Đèn hơi có hiệu suất cao hơn đèn dây tóc.
b) Đèn hơi
Đèn huỳnh quang gồm một ống thủy
tinh chứa đầy hỗn hợp hơi thủy ngân và khí trơ như Argon . Khi có dòng điện chạy qua hỗn hợp, bức xạ tử ngoại được phát ra. Thành trong của ống được phủ một lớp phát quang phát ra ánh sáng nhìn thấy khi được kích thích bởi bức xạ tử ngoại. Đèn huỳnh quang tạo ra rất ít nhiệt nên có hiệu suất cao.
Đèn huỳnh quang
