Bài giảng Vật lý và lý sinh - Bài 5: Ánh sáng và tác dụng quang học trên cơ thể sống

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Vật lý và lý sinh" Bài 5: Ánh sáng và tác dụng quang học trên cơ thể sống, cung cấp cho người học những kiến thức như: thuyết sóng điện từ về bản chất của ánh sáng; thuyết lượng tử của planck; thuyết lượng tử ánh sáng của einstein; hấp thụ và phát xạ ánh sáng; tổng quan về laser; tác dụng ánh sáng lên cơ thể sống;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý và lý sinh - Bài 5: Ánh sáng và tác dụng quang học trên cơ thể sống

BÀI 5: ÁNH SÁNG VÀ TÁC DỤNG QUANG HỌC TRÊN CƠ THỂ SỐNG
ÁNH SÁNG VỚI SỰ SỐNG Muôn vật trên trái đất tồn tại, phát sinh, duy trì và phát triển là nhờ có ánh sáng mặt trời-nguồn năng lượng lượng chủ yếu để duy trì sự sống Ánh sáng mang lại những thông tin từ môi trường sống cho sinh vật và từ đó sinh vật tự thích nghi và tồn tại
1. THUYẾT SÓNG ĐIỆN TỪ VỀ BẢN CHẤT CỦA ÁNH SÁNG  Từ năm 1865, Maxwell đã kết luận rằng ánh sáng là sóng điện từ.  Theo thuyết sóng điện từ: Ánh sáng truyền đến một điểm được đặc trưng bằng 2 vectơ tại điểm đó: vectơ cường độ điện trường 𝑬 và vectơ cường độ từ trường 𝑯 . Hai vectơ này vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền ánh sáng, chúng có giá trị thay đổi theo thời gian. E E H H
M Giả sử trên trục toạ độ Oxyz tại O có ánh sáng truyền tới và ở đó 𝐸 và 𝐻 , thay đổi theo quy luật trên, ánh sáng truyền đi tiếp theo phương Ox, biều diễn sự biến thiên của 𝐸 trong (xOy), 𝐻 (xOz) Trong đó: E0 và H0 là biên độ dao động  là tần số góc  là pha ban đầu. Khi ánh sáng truyền đến điểm M nào đó cách O một khoảng x thì tại đó cường độ điện trường 𝐸 và 𝐻 cường độ từ trường thay đổi theo quy luật: Trong đó: f - tần số ánh sáng  = 2 f  - bước sóng ánh sáng
Khi ánh sáng truyền đến mắt ta chỉ có thành phần điện trường gây cảm giác sáng, còn thành phần từ trường không gây cảm giác sáng nên khi xét tương tác của ánh sáng với nguyên tử, phân tử vật chất ta chỉ cần quan tâm thành phần điện trường
2. THUYẾT LƯỢNG TỬ CỦA PLANCK  Năm 1900 M.Planck đã nêu thuyết lượng tử mới thay thế cho quan niệm cổ điển. Đó là thuyết lượng tử năng lượng của Planck.  Nội dung: a) Các nguyên tử, phân tử phát xạ hay hấp thụ năng lượng của bức xạ điện từ một cách gián đoạn: phần năng lượng phát xạ hay hấp thụ luôn là bội số nguyên của một năng lượng nhỏ xác định gọi là lượng tử năng lượng hay là quantum năng lượng.
2. THUYẾT LƯỢNG TỬ CỦA PLANCK b) Đối với một bức xạ điện từ đơn sắc tần số ν, bước sóng  lượng tử năng lượng tương ứng bằng: 𝑐 𝜀 =h = h  c) Công thức Planck:
3. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG CỦA EINSTEIN  Để khắc phục khó khăn của thuyết điện từ về bản chất ánh sáng khi vận dụng để giải thích các định luật quang điện, năm 1905 Einstein đã dựa vào thuyết lượng tử năng lượng của Planck để nêu lên một thuyết mới về bản chất ánh sáng  Nội dung thuyết như sau: a) Ánh sáng gồm những hạt rất nhỏ gọi là photon hay lượng tử ánh sáng. Mỗi photon mang một năng lượng xác định là: 𝜀 =h  là tần số của sóng ánh sáng ứng với photon đó, h =6,625.10-34 J.s
3. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG CỦA EINSTEIN b) Trong chân không photon truyền đi với một tốc độ xác định là c = 3.108 m/s. Mỗi photon truyền đi trong môi trường thì có lưỡng tính sóng hạt và có động lượng ℎ p = mc =  c) Cường độ của một chùm tia sáng sẽ tỉ lệ với số photon phát ra từ nguồn trong một đơn vị thời gian.
4. Hấp thụ và phát xạ ánh sáng Sự hấp thụ ánh sáng: điện tử nhận được năng lượng và nhảy lên mức năng lượng cao hơn. Những vật chất khác nhau hấp thụ ánh sáng khác nhau. Ánh sáng bị yếu đi sau khi xuyên qua lớp vật chất nghiên cứu Sự phát xạ ánh sáng: khi các e từ mức năng lượng cao trở về mức năng lượng thấp hơn và phát ra ánh sáng(photon), hoặc nhiệt (phonon)
- Sự hấp thụ ánh sáng của những vật chất khác nhau thì khác nhau. - Những chất hấp thụ ánh sáng ở miền nhìn thấy của phổ thì có mầu sắc (hồng cầu, diệp lục…), cón ánh sáng tới xuyên vào phân tử mà năng lượng của nó không phù hợp để chuyển điện tử (mức thấp lên mức cao) lượng tử ánh sáng không bị hấp thụ. - Vd: sắc tố đỏ của máu là hemoglobin có cưc đai hấp thụ ở miền xanh da trời hoặc lá cây của phổ ánh sáng ( gần như không hấp thụ tia đỏ nên cho tia đỏ đi qua)  máu có mầu đỏ - Lá cây xanh có 2 cực đại hấp thụ ở vùng đỏ và xanh da trời do đó có mầu xanh lục
Ứng dụng quang phổ hấp thụ phân tử: + Dùng để nghiên cứu thành phần và cấu trúc: các chất, các dung dịch, các dịch cơ thể… Ưu điểm: - Nhanh, nhạy, chính xác, không cần tách riêng các thành phần trong 1 hỗn hợp, không làm hỏng mẫu nghiên cứu - Phân tích định tính và định lượng tất cả các chất
5. Cơ chế hấp thụ và phát sáng
5. Cơ chế hấp thụ và phát sáng
5. Cơ chế hấp thụ và phát sáng
6. TỔNG QUAN VỀ LASER  Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (sự khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức).  là phát minh vĩ đại của thế kỷ XX bắt nguồn từ luận thuyết về hiện tượng phát xạ cưỡng bức của Albert Einstein năm 1917.  laser đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi trên hai lĩnh vực: - Chẩn đoán: dựa trên cơ sở nghiên cứu phổ huỳnh quang để đánh giá chức năng của các tổ chức khác nhau. - Điều trị: dựa trên hiệu ứng kích thích sinh học (laser công suất thấp), dựa trên hiệu ứng nhiệt trong phẫu thuật (laser công suất cao).