Năng lượng bức xạ và thành phần quang phổ của bức xạ quang. Hai mặt của một đồng xu

Tự nhiên sống không thể tồn tại nếu không có ánh sáng, vì bức xạ mặt trời chiếu đến bề mặt Trái đất thực tế là nguồn năng lượng duy nhất để duy trì sự cân bằng nhiệt của hành tinh, tạo ra các chất hữu cơ bởi các sinh vật quang dưỡng của sinh quyển, điều này cuối cùng đảm bảo sự hình thành của một môi trường có thể thỏa mãn nhu cầu sống còn của mọi sinh vật.
Chế độ ánh sáng của bất kỳ môi trường sống nào phụ thuộc vào vĩ độ địa lý, độ cao trên mực nước biển, trạng thái của khí quyển, thảm thực vật, mùa và thời gian trong ngày, hoạt động của mặt trời, v.v. Do đó, sự đa dạng về điều kiện ánh sáng trên hành tinh của chúng ta là vô cùng lớn: từ những khu vực được chiếu sáng cao như cao nguyên, sa mạc, thảo nguyên, đến ánh sáng hoàng hôn ở độ sâu nước và hang động.

Tác dụng sinh học của ánh sáng mặt trời phụ thuộc vào thành phần quang phổ, thời lượng, cường độ, tính chu kỳ hàng ngày và theo mùa của nó.

Bức xạ mặt trời là bức xạ điện từ ở dải sóng rộng, tạo thành phổ liên tục từ 290 đến 3.000 nm. Tia cực tím (UFL) ngắn hơn 290 nm, có hại cho sinh vật sống, bị tầng ôzôn hấp thụ và không đến được Trái đất. Trái đất được tiếp cận chủ yếu bằng tia hồng ngoại (khoảng 50% tổng bức xạ) và tia nhìn thấy (45%) của quang phổ. Phần của UFL, có bước sóng 290-380 nm, chiếm 5% năng lượng bức xạ. UVL sóng dài, có năng lượng photon cao, được phân biệt bằng hoạt tính hóa học cao. Với liều lượng nhỏ, chúng có tác dụng diệt khuẩn mạnh, thúc đẩy quá trình tổng hợp một số vitamin và sắc tố trong thực vật, động vật và người - vitamin D; Ngoài ra, chúng còn gây cháy nắng ở người, đây là một phản ứng bảo vệ da. Tia hồng ngoại có bước sóng lớn hơn 710 nm có tác dụng nhiệt.

Về mặt sinh thái, vùng quan trọng nhất là vùng nhìn thấy của quang phổ (390-710 nm), hay bức xạ hoạt động quang hợp (PAR), được hấp thụ bởi các sắc tố lục lạp và do đó có tầm quan trọng quyết định đối với đời sống thực vật. Cây xanh cần ánh sáng nhìn thấy cho sự hình thành chất diệp lục, hình thành cấu trúc của lục lạp; nó điều chỉnh hoạt động của bộ máy khí khổng, ảnh hưởng đến trao đổi khí và thoát hơi nước, kích thích sinh tổng hợp protein và axit nucleic, và làm tăng hoạt động của một số enzym cảm quang. Ánh sáng còn ảnh hưởng đến sự phân chia và kéo dài của tế bào, quá trình sinh trưởng và phát triển của cây, quyết định thời điểm ra hoa và đậu quả, có tác dụng tạo hình.
Ánh sáng có tần số bức xạ khác nhau (và màu sắc khác nhau trong dải nhìn thấy) ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của thực vật và quang hợp theo những cách khác nhau. Nói chung, thực vật hấp thụ màu xanh lam và đỏ, trong khi màu xanh lá cây phản xạ hoặc truyền đi. Kết quả là, ánh sáng xanh được lá sử dụng ít hiệu quả nhất. Đó là lý do tại sao lá của cây hầu hết có màu xanh. Sự phụ thuộc của quá trình hấp thụ và đồng hóa năng lượng của thực vật vào bước sóng của bức xạ ánh sáng được gọi là phổ năng lượng của bức xạ hoạt động quang hợp (bức xạ). Về bản chất, bức xạ hoạt động quang hợp là dòng năng lượng của một phổ nhất định, thường là công suất bức xạ

Năng lượng ánh sáng mà thực vật hấp thụ được dành cho quá trình quang hợp, tạo quang, tổng hợp chất diệp lục, và một phần năng lượng được sử dụng để sưởi ấm và chiếu xạ lại. Hoạt động của các quá trình này phụ thuộc vào bước sóng theo những cách khác nhau. Bằng cách thay đổi các thành phần bức xạ của các phần màu xanh lam, xanh lục và đỏ của quang phổ, có thể ảnh hưởng đến sự nảy mầm, tăng trưởng hoặc ức chế các quá trình sinh học và giai đoạn quang hợp khác nhau. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng bức xạ PAR không chỉ ảnh hưởng đến thực vật, mà còn làm chậm đáng kể sự phát triển của nấm và vi khuẩn gây bệnh trên thực vật được chiếu xạ.

Tất cả các loài thực vật đều cảm nhận các bước sóng khác nhau trong phổ PAR một cách khác nhau. Điều này là do sự hấp thụ khác nhau của các loại sắc tố khác nhau trong lá. Các sắc tố chính của lá là diệp lục a và b hấp thụ ánh sáng xanh và đỏ, carotenoit hấp thụ ánh sáng lam. Việc tổng hợp dữ liệu hấp thụ ánh sáng của lá các loại cây trồng khác nhau cho phép các chuyên gia của Phòng thiết kế tối ưu tính toán đường cong hấp thụ quang phổ hiệu quả của lá xanh "trung bình" và quang phổ của các loại cây nông nghiệp chính (cà chua, dưa chuột, ớt).

Hãy nhớ rằng: một ngày mùa hè đầy nắng - và đột nhiên một đám mây xuất hiện trên bầu trời, trời bắt đầu mưa, dường như "không nhận thấy" rằng mặt trời vẫn tiếp tục chiếu sáng. Mưa như vậy được dân gian gọi là mưa mù mịt. Mưa vẫn chưa dứt, và một cầu vồng nhiều màu đã chiếu sáng trên bầu trời (Hình 13.1). Tại sao cô ấy lại xuất hiện?

Chia nhỏ ánh sáng mặt trời thành một quang phổ.

Ngay cả trong thời cổ đại, người ta đã nhận thấy rằng tia nắng khi đi qua lăng kính thủy tinh sẽ trở nên nhiều màu. Người ta tin rằng lý do của hiện tượng này là đặc tính của lăng kính đối với ánh sáng màu. Điều này có thực sự như vậy không, nhà khoa học xuất sắc người Anh Isaac Newton (1643-1727) đã phát hiện ra vào năm 1665 bằng cách tiến hành một loạt các thí nghiệm.

Cơm. 13.1. Ví dụ, có thể quan sát thấy cầu vồng trong vòi phun nước hoặc thác nước.

Để có được một chùm ánh sáng mặt trời hẹp, Newton đã tạo một lỗ tròn nhỏ trên cửa chớp. Khi ông lắp một lăng kính thủy tinh trước lỗ, một dải nhiều màu xuất hiện trên bức tường đối diện, mà nhà khoa học gọi là quang phổ. Trên dải (như trong cầu vồng), Newton chỉ ra bảy màu: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím (Hình 13.2, a).

Sau đó, sử dụng một màn chắn có lỗ, nhà khoa học tách chùm ánh sáng hẹp một màu (đơn sắc) ra khỏi chùm tia đa màu rộng và hướng chúng lại lăng kính. Những chùm tia như vậy đã bị lăng kính làm lệch hướng, nhưng không còn bị phân hủy thành quang phổ (Hình 13.2, b). Trong trường hợp này, chùm tia sáng tím bị lệch nhiều hơn các chùm khác, và chùm ánh sáng đỏ bị lệch ít hơn các chùm khác.

Kết quả của các thí nghiệm cho phép Newton rút ra các kết luận sau:

1) chùm ánh sáng trắng (ánh sáng mặt trời) bao gồm các ánh sáng có màu sắc khác nhau;

2) lăng kính không "tô màu" ánh sáng trắng, nhưng phân tách nó (trải nó thành một quang phổ) do sự khúc xạ khác nhau của các chùm ánh sáng có màu sắc khác nhau.

cơm. 13.2. Sơ đồ các thí nghiệm của I. Newton để xác định thành phần quang phổ của ánh sáng

So sánh hình 13.1 và 13.2: màu sắc của cầu vồng là màu của quang phổ. Và điều này không có gì đáng ngạc nhiên, vì thực tế cầu vồng là một quang phổ khổng lồ của ánh sáng mặt trời. Một trong những lý do giải thích cho sự xuất hiện của cầu vồng là do nhiều giọt nước nhỏ khúc xạ ánh sáng mặt trời trắng.

Tìm hiểu về sự phân tán của ánh sáng

Đặc biệt, thí nghiệm của Newton đã chứng minh rằng khi bị khúc xạ trong lăng kính thủy tinh, chùm sáng tím luôn bị lệch nhiều hơn chùm sáng đỏ. Điều này có nghĩa là đối với chùm ánh sáng có màu sắc khác nhau, chiết suất của thủy tinh là khác nhau. Đó là lý do tại sao một chùm ánh sáng trắng bị phân hủy thành một quang phổ.

Hiện tượng phân hủy ánh sáng thành quang phổ, do sự phụ thuộc của chiết suất của môi trường vào màu sắc của chùm sáng được gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Đối với hầu hết các môi trường trong suốt, ánh sáng tím có chiết suất cao nhất và ánh sáng đỏ có chiết suất thấp nhất.

Chùm ánh sáng màu nào - tím hoặc đỏ - truyền trong thuỷ tinh với tốc độ lớn hơn? Gợi ý: Cần nhớ chiết suất của một môi trường phụ thuộc vào tốc độ ánh sáng trong môi trường đó như thế nào.

Chúng tôi đặc trưng cho màu sắc

Trong quang phổ của ánh sáng mặt trời, bảy màu được phân biệt theo truyền thống và có thể phân biệt được nhiều màu hơn. Nhưng bạn sẽ không bao giờ có thể làm nổi bật, ví dụ như màu nâu hoặc màu hoa cà. Những màu này là hỗn hợp - chúng được hình thành do sự chồng chất (trộn lẫn) của các màu quang phổ (tinh khiết) theo các tỷ lệ khác nhau. Một số màu quang phổ khi xếp chồng lên nhau sẽ tạo thành màu trắng. Những cặp màu quang phổ như vậy được gọi là bổ sung (Hình 13.3).

Đối với thị giác của con người, ba màu quang phổ chính - đỏ, xanh lục và xanh lam - có tầm quan trọng đặc biệt: khi chồng lên nhau, những màu này cho nhiều màu sắc và sắc thái khác nhau.

Hình ảnh màu trên màn hình máy tính, TV, điện thoại dựa trên sự chồng chất của ba màu quang phổ cơ bản theo các tỷ lệ khác nhau (Hình 13.4).

Cơm. 13,5. Các cơ thể khác nhau phản xạ, khúc xạ và hấp thụ ánh sáng mặt trời theo những cách khác nhau, và nhờ đó chúng ta nhìn thấy thế giới xung quanh với nhiều màu sắc khác nhau.

Tìm hiểu lý do tại sao thế giới đầy màu sắc

Biết rằng ánh sáng trắng là tổng hợp, có thể giải thích tại sao thế giới xung quanh chúng ta, chỉ được chiếu sáng bởi một nguồn ánh sáng trắng - Mặt trời, chúng ta nhìn thấy là có nhiều màu (Hình 13.5).

Vì vậy, bề mặt của một tờ giấy văn phòng phản xạ tốt các tia sáng của tất cả các màu, vì vậy một tờ giấy được chiếu sáng bằng ánh sáng trắng dường như có màu trắng đối với chúng ta. Một chiếc ba lô màu xanh lam, được chiếu sáng bởi cùng một ánh sáng trắng, chủ yếu phản xạ các tia màu xanh lam, đồng thời hấp thụ phần còn lại.

Bạn nghĩ cánh hoa hướng dương phản chiếu màu gì? lá cây?

Ánh sáng xanh hướng vào cánh hoa hồng đỏ sẽ bị chúng hấp thụ gần như hoàn toàn, vì cánh hoa phản xạ chủ yếu tia đỏ, trong khi phần còn lại hấp thụ. Do đó, một bông hồng được chiếu sáng bằng ánh sáng xanh sẽ xuất hiện gần như màu đen đối với chúng ta. Nếu tuyết trắng được chiếu sáng bằng ánh sáng xanh lam, nó sẽ có màu xanh lam đối với chúng ta, bởi vì tuyết trắng phản chiếu các tia sáng của tất cả các màu (kể cả màu xanh lam). Nhưng bộ lông đen của mèo hấp thụ tốt tất cả các tia, vì vậy mèo sẽ có màu đen khi được chiếu sáng bởi bất kỳ ánh sáng nào (Hình 13.6).

Ghi chú! Vì màu sắc của vật thể phụ thuộc vào đặc tính của ánh sáng tới, nên trong bóng tối, khái niệm về màu sắc là vô nghĩa.

Cơm. 13,6. Màu sắc của vật thể phụ thuộc cả vào đặc tính quang học của bề mặt vật thể đó và đặc tính của ánh sáng tới.

Tổng hợp

Chùm ánh sáng trắng gồm các ánh sáng có màu sắc khác nhau. Có bảy màu quang phổ: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.

Chiết suất của ánh sáng, và do đó là tốc độ truyền của ánh sáng trong môi trường, phụ thuộc vào màu của chùm sáng. nếu Sự phụ thuộc của chiết suất của môi trường vào màu sắc của chùm sáng được gọi là sự tán sắc của ánh sáng. Chúng ta nhìn thế giới xung quanh với nhiều màu sắc khác nhau do các cơ thể khác nhau phản xạ, khúc xạ và hấp thụ ánh sáng theo những cách khác nhau.

câu hỏi kiểm tra

1. Mô tả các thí nghiệm của I. Newton để xác định thành phần quang phổ của ánh sáng.

2. Kể tên bảy màu quang phổ. 3. Chùm ánh sáng khúc xạ trong vật chất có màu nào nhiều hơn các chùm sáng khác? ít hơn những người khác? nếu 4. Xác định sự phân tán của ánh sáng. Hiện tượng tự nhiên nào gắn liền với sự phân tán? 5. Những màu nào được gọi là bổ sung? 6. Kể tên ba màu cơ bản của quang phổ. Tại sao chúng được gọi như vậy? 7. Tại sao chúng ta nhìn thế giới xung quanh bằng nhiều màu sắc khác nhau?

Bài tập số 13

1. Chữ đen trên giấy trắng khi nhìn qua tấm kính màu xanh lục sẽ như thế nào? Màu của tờ giấy sẽ như thế nào?

2. Ánh sáng truyền qua thủy tinh xanh có những màu nào? hấp thụ bởi nó?

3. Qua kính màu nào có thể không nhìn thấy dòng chữ viết bằng mực tím trên giấy trắng?

4. Chùm ánh sáng có màu đỏ, cam, lam truyền trong nước. Chùm tia nào truyền nhanh nhất?

5. Sử dụng các nguồn thông tin bổ sung và tìm hiểu lý do tại sao bầu trời có màu xanh lam; Tại sao mặt trời thường có màu đỏ vào lúc hoàng hôn?

Nhiệm vụ thử nghiệm

"Người sáng tạo cầu vồng" Đổ đầy nước vào một chiếc bình nông và đặt nó vào một bức tường sáng. Đặt một gương phẳng nghiêng một góc trên đáy bình (xem hình vẽ). Hướng một chùm ánh sáng vào gương - "tia nắng" sẽ xuất hiện trên tường. Kiểm tra nó và giải thích hiện tượng quan sát được.

Vật lý và công nghệ ở Ukraine

Đại học Quốc gia Kyiv. Taras Shevchenko (KNU) được thành lập vào tháng 11 năm 1833 với tên gọi Đại học Hoàng gia St. Vladimir. Hiệu trưởng đầu tiên của trường đại học là nhà khoa học bách khoa kiệt xuất Mikhail Aleksandrovich Maksimovich.

Tên của các nhà khoa học nổi tiếng - nhà toán học, vật lý, điều khiển học, nhà thiên văn học - gắn liền với KNU: D. A. Grave, M. F. Kravchuk, G. V. Pfeiffer, N. N. Bogolyubov, V. M. Glushkov, A. V. Skorokhod, I. I. Gikhman, B. V. Gnedenko, V. S. , N. N. Schiller, I. I. Kosonogov, A. G. Sitenko, V. E. Lashkarev, R F. Vogel, M. F. Khandrikov, S. K. Vsekhsvyatsky.

Các trường khoa học của KNU được biết đến trên thế giới - đại số, lý thuyết xác suất và thống kê toán học, cơ học, vật lý bán dẫn, điện tử vật lý và vật lý bề mặt, sinh kim loại, quang học vật liệu mới, v.v. Gubersky.

Đây là tài liệu sách giáo khoa.

Ánh sáng - bức xạ điện từ phát ra bởi một chất bị đốt nóng hoặc kích thích, được mắt người cảm nhận. Thông thường, ánh sáng không chỉ được hiểu là ánh sáng nhìn thấy, mà còn là các vùng quang phổ rộng liền kề với nó. Một trong những đặc điểm của ánh sáng là màu sắc của nó, đối với bức xạ đơn sắc được xác định bởi bước sóng và đối với bức xạ phức tạp - bởi thành phần quang phổ của nó.

Chủ yếu nguồn ánh sáng là mặt trời. Ánh sáng nó phát ra được coi là ánh sáng trắng. Ánh sáng đến từ mặt trời ở các bước sóng khác nhau.

Ánh sáng có nhiệt độ phụ thuộc vào công suất của bức xạ ánh sáng. Đổi lại, công suất phụ thuộc vào bước sóng.

Ánh sáng từ đèn sợi đốt có màu trắng, nhưng quang phổ của nó chuyển sang màu đỏ.

Ánh sáng từ đèn huỳnh quang bị lệch về phía tím của quang phổ, có màu hơi xanh và nhiệt độ màu cao.

Ánh sáng mặt trời trên vùng cao bị lệch về phía sóng tím. Điều này là do bầu khí quyển hiếm hoi ở độ cao lớn.

Trong sa mạc cát, quang phổ sẽ được dịch chuyển về phía các làn sóng màu đỏ, bởi vì. bức xạ của cát nóng được thêm vào ánh sáng mặt trời.

Khi chụp, cần phải tính đến những dữ kiện này, để biết phổ của bức xạ ánh sáng hiện có để có được bức ảnh chất lượng cao với các sắc độ có sẵn trong ảnh gốc.

Điều đó. Các photon có độ dài khác nhau đến từ các nguồn sáng khác nhau.

Màu sắc là cảm giác gợi lên trong mắt người và não bộ bởi ánh sáng có bước sóng và cường độ khác nhau.

Các bức xạ có cường độ khác nhau tồn tại một cách khách quan và gây ra cảm giác về một màu nhất định. Nhưng bản thân nó không có màu sắc. Màu sắc xuất hiện trong các cơ quan của thị giác con người. Nó không tồn tại độc lập với chúng. Vì vậy, nó không thể được coi là một giá trị khách quan.

Để mô tả màu sắc, các đánh giá định tính và định lượng chủ quan về các đặc tính của nó được sử dụng.

Nguyên nhân của cảm giác màu là bức xạ điện từ, ánh sáng, các đặc tính khách quan của chúng gắn liền với các đặc điểm chủ quan của màu sắc, độ bão hòa, tông màu, độ sáng của nó.

Tông màu mang tính chủ quan. do các thuộc tính của cảm nhận thị giác của con người, ánh sáng, cường độ sóng xác định.

Nhiệt độ tại đó vật đen phát ra ánh sáng có cùng thành phần quang phổ với ánh sáng đang xét được gọi là nhiệt độ màu. Nó chỉ cho biết sự phân bố quang phổ của năng lượng bức xạ chứ không phải nhiệt độ của nguồn. Do đó, ánh sáng của bầu trời xanh tương ứng với nhiệt độ màu khoảng 12.500-25.000 K, tức là cao hơn nhiều so với nhiệt độ của mặt trời. Nhiệt độ màu được biểu thị bằng Kelvin (K).

Khái niệm nhiệt độ màu chỉ áp dụng cho các nguồn sáng nhiệt (nóng). Ánh sáng của sự phóng điện trong chất khí và hơi kim loại (natri, thủy ngân, đèn neon) không thể được đặc trưng bởi giá trị của nhiệt độ màu.

Thành phần hóa học của chất- đặc điểm quan trọng nhất của các vật liệu mà loài người sử dụng. Nếu không có kiến ​​thức chính xác của mình thì không thể hoạch định các quy trình công nghệ trong sản xuất công nghiệp với độ chính xác thỏa đáng. Gần đây, các yêu cầu để xác định thành phần hóa học của một chất thậm chí còn trở nên nghiêm ngặt hơn: nhiều lĩnh vực hoạt động công nghiệp và khoa học đòi hỏi nguyên liệu có độ "tinh khiết" nhất định - đây là những yêu cầu về thành phần chính xác, cố định, cũng như nghiêm ngặt. hạn chế sự có mặt của các tạp chất lạ. Cùng với những xu hướng này, ngày càng có nhiều phương pháp tiến bộ để xác định thành phần hóa học của các chất đang được phát triển. Chúng bao gồm phương pháp phân tích quang phổ, cung cấp một nghiên cứu chính xác và nhanh chóng về hóa học của vật liệu.

ánh sáng tưởng tượng

Bản chất của phép phân tích quang phổ

(quang phổ) nghiên cứu thành phần hóa học của các chất dựa trên khả năng phát xạ và hấp thụ ánh sáng của chúng. Người ta biết rằng mỗi nguyên tố hóa học chỉ phát ra và hấp thụ một quang phổ ánh sáng đặc trưng cho nó, với điều kiện là nó có thể bị khử về trạng thái khí.

Phù hợp với điều này, có thể xác định sự hiện diện của các chất này trong một vật liệu cụ thể bằng quang phổ vốn có của chúng. Các phương pháp phân tích quang phổ hiện đại cho phép xác định sự hiện diện của một chất nặng tới phần tỷ gam trong một mẫu - chỉ số cường độ bức xạ là nguyên nhân gây ra điều này. Tính duy nhất của quang phổ do nguyên tử phát ra đặc trưng cho mối quan hệ sâu sắc của nó với cấu trúc vật chất.

Ánh sáng nhìn thấy là bức xạ từ 3,8 *10 -7 trước 7,6*10 -7 m chịu trách nhiệm về màu sắc khác nhau. Các chất chỉ có thể phát ra ánh sáng ở trạng thái kích thích (trạng thái này được đặc trưng bởi mức độ bên trong tăng lên) khi có mặt một nguồn năng lượng không đổi.

Nhận năng lượng dư thừa, các nguyên tử vật chất phát ra nó dưới dạng ánh sáng và trở về trạng thái năng lượng bình thường. Đó là ánh sáng do các nguyên tử phát ra được sử dụng để phân tích quang phổ. Các loại bức xạ phổ biến nhất bao gồm: bức xạ nhiệt, điện phát quang, phát quang cực âm, phát quang hóa học.

Phân tích phổ. Màu ngọn lửa với các ion kim loại

Các loại phân tích quang phổ

Phân biệt quang phổ phát xạ và quang phổ hấp thụ. Phương pháp quang phổ phát xạ dựa trên tính chất của các nguyên tố để phát ra ánh sáng. Để kích thích các nguyên tử của một chất, người ta sử dụng gia nhiệt ở nhiệt độ cao, bằng vài trăm hoặc thậm chí hàng nghìn độ - đối với điều này, một mẫu chất được đặt trong ngọn lửa hoặc trong trường phóng điện mạnh. Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ cao nhất, các phân tử của một chất được phân chia thành các nguyên tử.

Các nguyên tử nhận năng lượng dư thừa sẽ bức xạ nó dưới dạng lượng tử ánh sáng có bước sóng khác nhau, được ghi lại bởi các thiết bị quang phổ - thiết bị mô tả trực quan quang phổ ánh sáng thu được. Các thiết bị quang phổ cũng đóng vai trò như một phần tử phân tách của hệ thống quang phổ, vì thông lượng ánh sáng được tổng hợp từ tất cả các chất có trong mẫu và nhiệm vụ của nó là chia tổng mảng ánh sáng thành phổ của các phần tử riêng lẻ và xác định cường độ của chúng, điều này sẽ cho phép trong tương lai để rút ra kết luận về giá trị của nguyên tố có trong tổng khối lượng các chất.

• Tuỳ theo phương pháp quan sát và ghi quang phổ mà người ta phân biệt các dụng cụ quang phổ: máy quang phổ và máy quang phổ. Loại thứ nhất ghi lại phổ trên phim ảnh, trong khi loại thứ hai giúp người ta có thể nhìn thấy quang phổ để quan sát trực tiếp bởi một người thông qua kính thiên văn đặc biệt. Để xác định kích thước, người ta sử dụng kính hiển vi chuyên dụng, cho phép xác định bước sóng với độ chính xác cao.
• Sau khi đăng ký quang phổ ánh sáng, nó phải được phân tích kỹ lưỡng. Các sóng có độ dài nhất định và vị trí của chúng trong quang phổ được xác định. Hơn nữa, tỷ lệ vị trí của chúng với thuộc về các chất mong muốn được thực hiện. Điều này được thực hiện bằng cách so sánh dữ liệu về vị trí của sóng với thông tin nằm trong các bảng phương pháp, chỉ ra các bước sóng và phổ đặc trưng của các nguyên tố hóa học.
• Quang phổ hấp thụ được thực hiện tương tự như quang phổ phát xạ. Trong trường hợp này, chất được đặt giữa nguồn sáng và thiết bị quang phổ. Đi qua vật liệu được phân tích, ánh sáng phát ra tới thiết bị quang phổ với các "điểm nhỏ" (vạch hấp thụ) ở các bước sóng nhất định - chúng tạo thành phổ hấp thụ của vật liệu được nghiên cứu. Trình tự tiếp theo của nghiên cứu tương tự như quy trình trên của quang phổ phát xạ.

Khám phá phân tích quang phổ

Tầm quan trọng của quang phổ đối với khoa học

Phân tích quang phổ cho phép nhân loại phát hiện ra một số nguyên tố không thể xác định được bằng các phương pháp đăng ký hóa chất truyền thống. Đó là các nguyên tố như rubidi, xêzi, heli (nó được phát hiện bằng quang phổ của Mặt trời - rất lâu trước khi được phát hiện trên Trái đất), indium, gallium và những nguyên tố khác. Vạch của các nguyên tố này được tìm thấy trong quang phổ phát xạ của các chất khí, và tại thời điểm nghiên cứu chúng không thể xác định được.

Rõ ràng rằng đây là những yếu tố mới, cho đến nay vẫn chưa được biết đến. Quang phổ đã có tác động nghiêm trọng đến sự hình thành của loại hình công nghiệp luyện kim và chế tạo máy, công nghiệp hạt nhân và nông nghiệp, nơi nó đã trở thành một trong những công cụ chính để phân tích có hệ thống.

Quang phổ đã trở nên có tầm quan trọng lớn trong vật lý thiên văn.

Khơi gợi một bước nhảy vọt khổng lồ trong việc hiểu cấu trúc của vũ trụ và khẳng định sự thật rằng mọi thứ tồn tại đều bao gồm các nguyên tố giống nhau, trong số những thứ khác, có rất nhiều trên Trái đất. Ngày nay, phương pháp phân tích quang phổ cho phép các nhà khoa học xác định thành phần hóa học của các ngôi sao, tinh vân, hành tinh và thiên hà nằm cách Trái đất hàng tỷ km - tất nhiên, những vật thể này không thể tiếp cận với các phương pháp phân tích trực tiếp do khoảng cách quá xa.

Sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ, có thể nghiên cứu các vật thể ở xa không gian không có bức xạ riêng của chúng. Kiến thức này giúp bạn có thể thiết lập các đặc điểm quan trọng nhất của các vật thể không gian: áp suất, nhiệt độ, các đặc điểm của cấu trúc của cấu trúc, và nhiều hơn nữa.

Các thí nghiệm của Newton phát hiện ra rằng ánh sáng mặt trời có một đặc tính phức tạp. Theo một cách tương tự, tức là bằng cách phân tích thành phần ánh sáng với sự trợ giúp của lăng kính, người ta có thể tin rằng ánh sáng của hầu hết các nguồn khác (đèn sợi đốt, đèn hồ quang, v.v.) có cùng đặc tính. So sánh quang phổ của các vật thể sáng này, chúng ta thấy rằng các phần tương ứng của quang phổ có độ sáng khác nhau, tức là năng lượng được phân bố khác nhau trong các quang phổ khác nhau. Bạn có thể xác minh điều này một cách đáng tin cậy hơn nữa nếu bạn nghiên cứu quang phổ với sự trợ giúp của một chất gia tốc (xem § 149).

Đối với các nguồn thông thường, những khác biệt về quang phổ này không đáng kể lắm, nhưng chúng có thể dễ dàng phát hiện ra. Mắt của chúng ta, ngay cả khi không có sự trợ giúp của thiết bị quang phổ, vẫn phát hiện ra sự khác biệt về chất lượng của ánh sáng trắng do các nguồn này cung cấp. Do đó, ánh sáng của ngọn nến có vẻ hơi vàng hoặc thậm chí hơi đỏ so với đèn sợi đốt, và ánh sáng của ngọn nến vàng hơn rõ rệt so với ánh sáng mặt trời.

Sự khác biệt đáng kể hơn nữa là sự khác biệt nếu nguồn sáng thay vì vật nóng là một ống chứa đầy khí phát sáng dưới tác dụng của phóng điện. Những ống như vậy hiện đang được sử dụng cho các dòng chữ phát sáng hoặc chiếu sáng đường phố. Vài người trong số họ đèn phóng điện cho ánh sáng vàng (đèn natri) hoặc đỏ (đèn neon), một số khác phát sáng với ánh sáng trắng (thủy ngân), khác biệt rõ ràng về bóng râm so với mặt trời. Các nghiên cứu quang phổ của ánh sáng từ các nguồn như vậy cho thấy quang phổ của chúng chỉ chứa các vùng màu riêng lẻ, nhiều hoặc ít hẹp.

Hiện nay, các em đã học được cách chế tạo đèn phóng điện, loại ánh sáng có thành phần quang phổ rất gần với quang phổ của mặt trời. Đèn như vậy được gọi là đèn huỳnh quang(xem § 186).

Nếu bạn kiểm tra ánh sáng của mặt trời hoặc đèn hồ quang, được lọc qua thủy tinh màu, thì nó sẽ khác hẳn so với ban đầu. Mắt sẽ đánh giá ánh sáng này là có màu, và sự phân hủy quang phổ sẽ tiết lộ rằng ít nhiều phần quan trọng của quang phổ nguồn không có hoặc rất yếu trong quang phổ của nó.

§ 165. Ánh sáng và màu sắc của các vật thể. Các thí nghiệm được mô tả trong § 164 cho thấy rằng ánh sáng gây ra cảm giác về màu này hay màu khác trong mắt chúng ta có thành phần quang phổ ít nhiều phức tạp. Hóa ra mắt của chúng ta là một bộ máy khá không hoàn hảo để phân tích ánh sáng, do đó các tia có thành phần quang phổ khác nhau đôi khi có thể tạo ra ấn tượng màu gần như giống nhau. Tuy nhiên, nhờ sự trợ giúp của mắt mà chúng ta có được kiến ​​thức về muôn vàn màu sắc trong thế giới xung quanh.

Trường hợp ánh sáng từ nguồn chiếu thẳng vào mắt người quan sát là tương đối hiếm. Thông thường, ánh sáng đầu tiên đi qua các vật thể, bị khúc xạ và hấp thụ một phần trong chúng, hoặc ít nhiều phản xạ hoàn toàn khỏi bề mặt của chúng. Do đó, thành phần quang phổ của ánh sáng truyền đến mắt chúng ta có thể bị thay đổi đáng kể do các quá trình phản xạ, hấp thụ, v.v. được mô tả ở trên. và thậm chí có thể loại bỏ hoàn toàn một số khỏi những khu vực như vậy, nhưng không thêm vào ánh sáng đến từ nguồn, bức xạ của những bước sóng không có trong đó. Tuy nhiên, các quá trình như vậy cũng có thể diễn ra (ví dụ, trong hiện tượng huỳnh quang).

§ 166. Hệ số hấp thụ, phản xạ và truyền dẫn. Màu sắc của các vật thể khác nhau được chiếu sáng bởi cùng một nguồn sáng (ví dụ, mặt trời) rất đa dạng, mặc dù thực tế là tất cả các vật thể này đều được chiếu sáng bằng ánh sáng có cùng thành phần. Vai trò chính trong các hiệu ứng đó được thực hiện bởi các hiện tượng phản xạ và truyền ánh sáng. Như đã được làm rõ, sự cố quang thông trên cơ thể được phản xạ một phần (phân tán), một phần truyền đi và một phần được cơ thể hấp thụ. Tỷ lệ của thông lượng ánh sáng tham gia vào mỗi quá trình này được xác định bằng cách sử dụng các hệ số thích hợp: phản xạ r, truyền t và hấp thụ a (xem § 76).

Mỗi hệ số được chỉ ra (a, r, t) có thể phụ thuộc vào bước sóng (màu), do đó các hiệu ứng khác nhau phát sinh khi chiếu sáng vật thể. Dễ dàng nhận thấy rằng bất kỳ vật thể nào, chẳng hạn, có hệ số truyền qua lớn đối với ánh sáng đỏ, và hệ số phản xạ nhỏ, và đối với màu xanh lục, ngược lại, sẽ xuất hiện màu đỏ trong ánh sáng truyền qua và màu xanh lục đối với ánh sáng phản xạ. Những đặc tính như vậy được sở hữu, ví dụ, bởi chất diệp lục - một chất màu xanh lá cây có trong lá cây và tạo nên màu xanh của chúng. Dung dịch (chiết xuất) diệp lục trong rượu chuyển sang màu đỏ dưới ánh sáng và màu xanh lục khi phản chiếu.

Các vật thể trong đó sự hấp thụ lớn đối với tất cả các tia, và sự phản xạ và truyền dẫn rất nhỏ, sẽ là các vật thể có màu đen đục (ví dụ như bồ hóng). Đối với vật thể rất trắng đục (magie oxit), hệ số r gần bằng với tất cả các bước sóng, và các hệ số a và t rất nhỏ. Thủy tinh hoàn toàn trong suốt có hệ số phản xạ r nhỏ, hệ số hấp thụ a và độ truyền sóng t gần nhất với mọi bước sóng; ngược lại, đối với thủy tinh màu, đối với một số bước sóng, hệ số t và r thực tế bằng 0 và do đó, giá trị của hệ số a gần bằng giá trị thống nhất. Sự khác biệt về giá trị của các hệ số a, t và r và sự phụ thuộc của chúng vào màu sắc (bước sóng) gây ra sự đa dạng khác thường về màu sắc và sắc thái của các vật thể khác nhau.

§ 167. Các vật có màu được chiếu sáng bằng ánh sáng trắng. Các cơ thể được sơn có màu khi được chiếu sáng bằng ánh sáng trắng. Nếu lớp sơn đủ dày, thì màu sắc của phần thân do nó quyết định và không phụ thuộc vào đặc tính của các lớp bên dưới lớp sơn. Thông thường, sơn là những hạt nhỏ tán xạ ánh sáng một cách chọn lọc và được ngâm trong một khối trong suốt liên kết chúng, chẳng hạn như dầu. Các hệ số a, r và t của các hạt này quyết định tính chất của sơn.

Hoạt động của sơn được thể hiện bằng sơ đồ trong Hình. 316. Lớp trên cùng phản ánh mọi thứ gần như bằng nhau

Cơm. 316. Sơ đồ hoạt động của một lớp sơn

tia, tức là ánh sáng trắng phát ra từ nó. Tỷ trọng của nó không đáng kể lắm, khoảng 5%. 95% ánh sáng còn lại xuyên sâu vào sơn và bị phân tán bởi các hạt của nó, sẽ đi ra ngoài. Trong trường hợp này, một phần ánh sáng bị hấp thụ trong các hạt sơn, và một số vùng quang phổ nhất định bị hấp thụ ở mức độ lớn hơn hoặc ít hơn, tùy thuộc vào màu sắc của sơn. Một phần ánh sáng xuyên sâu hơn sẽ bị phân tán trên các lớp hạt tiếp theo, v.v. Kết quả là, vật thể được chiếu sáng bằng ánh sáng trắng sẽ có màu sắc được xác định bởi các giá trị của các hệ số a, t và r của các hạt. của lớp sơn bao phủ nó.

Các loại sơn hấp thụ ánh sáng rơi vào chúng trong một lớp rất mỏng được gọi là bao che. Sơn, hoạt động của nó là do sự tham gia của nhiều lớp hạt, được gọi là tráng men. Loại thứ hai cho phép bạn đạt được hiệu ứng rất tốt bằng cách trộn một số loại hạt màu (xóa trên bảng màu). Kết quả là, bạn có thể nhận được nhiều hiệu ứng màu sắc. Điều thú vị cần lưu ý là trộn các màu kính tương ứng với các màu bổ sung sẽ tạo ra các sắc thái rất tối. Thật vậy, hãy để các hạt màu đỏ và xanh lục được trộn lẫn trong sơn. Ánh sáng bị tán xạ bởi các hạt màu đỏ sẽ bị các hạt màu xanh lá cây hấp thụ và ngược lại, do đó hầu như không có ánh sáng nào thoát ra khỏi lớp sơn. Như vậy, trộn màu cho kết quả hoàn toàn khác so với trộn ánh sáng của các màu tương ứng. Trường hợp này người nghệ nhân cần lưu ý khi pha sơn.

§ 168. Các vật có màu được chiếu sáng bằng ánh sáng màu. Tất cả những điều trên áp dụng cho chiếu sáng bằng ánh sáng trắng. Nếu thành phần quang phổ của ánh sáng tới khác biệt đáng kể so với ánh sáng ban ngày, thì các hiệu ứng ánh sáng có thể hoàn toàn khác. Các vùng sáng đầy màu sắc của một bức tranh màu trông tối nếu ánh sáng tới thiếu chính xác các bước sóng mà các vùng này có hệ số phản xạ cao. Ngay cả sự chuyển đổi từ ánh sáng ban ngày sang ánh sáng nhân tạo buổi tối có thể thay đổi đáng kể tỷ lệ các sắc thái. Trong ánh sáng ban ngày, tỷ lệ tương đối của các tia màu vàng, lục và lam lớn hơn nhiều so với trong ánh sáng nhân tạo. Do đó, các loại vải màu vàng và xanh lá cây có vẻ mờ hơn trong ánh sáng buổi tối so với ban ngày, và các loại vải có màu xanh lam trong ánh sáng ban ngày thường xuất hiện hoàn toàn đen dưới ánh đèn. Trường hợp này phải được tính đến bởi các nghệ sĩ và nhà trang trí, những người lựa chọn màu sắc cho một buổi biểu diễn sân khấu hoặc cho một cuộc diễu hành diễn ra vào ban ngày ngoài trời.

Trong nhiều ngành công nghiệp nơi việc đánh giá chính xác các sắc độ là rất quan trọng, chẳng hạn như khi phân loại sợi, làm việc trong ánh sáng buổi tối là rất khó hoặc thậm chí hoàn toàn không thể. Do đó, trong những điều kiện như vậy, sử dụng đèn huỳnh quang là hợp lý, tức là loại đèn có thành phần quang phổ của ánh sáng càng gần với thành phần quang phổ của ánh sáng ban ngày càng tốt (xem § 187).

§ 169. Ngụy trang và lộ mặt. Ngay cả khi có chiếu sáng, chúng ta cũng không thể phân biệt được giữa các vật thể có màu không khác với màu của nền xung quanh, tức là các vật thể mà hệ số r thực tế có cùng giá trị đối với tất cả các bước sóng như đối với nền. Đó là lý do tại sao, chẳng hạn, rất khó phân biệt động vật có bộ lông trắng hay người mặc quần áo trắng trên đồng bằng tuyết. Điều này được sử dụng trong các vấn đề quân sự để ngụy trang màu sắc cho quân đội và các cơ sở quân sự. Trong tự nhiên, trong quá trình chọn lọc tự nhiên, nhiều loài động vật đã có được màu bảo vệ (bắt chước).

Từ những điều đã đề cập ở trên, rõ ràng rằng cách che hoàn hảo nhất là việc lựa chọn một màu như vậy, trong đó hệ số phản xạ r đối với tất cả các bước sóng có cùng giá trị với của nền xung quanh. Trong thực tế, điều này rất khó đạt được, và do đó nó thường bị giới hạn trong việc lựa chọn hệ số phản xạ gần đối với bức xạ, hệ số này có vai trò đặc biệt quan trọng đối với ánh sáng ban ngày và khả năng quan sát của mắt. Đây chủ yếu là phần màu vàng-xanh lá cây của quang phổ mà mắt đặc biệt nhạy cảm và phần này được thể hiện mạnh mẽ hơn dưới ánh sáng mặt trời (ánh sáng ban ngày). Tuy nhiên, nếu các đối tượng được ngụy trang theo cách này không được quan sát bằng mắt mà chỉ được chụp ảnh, thì việc ngụy trang có thể mất đi ý nghĩa của nó. Thật vậy, bức xạ tím và tia cực tím đặc biệt mạnh trên tấm ảnh. Do đó, nếu đối với vùng này của quang phổ, hệ số phản xạ của vật thể và hậu cảnh khác nhau đáng kể, thì khi quan sát bằng mắt, khuyết tật che như vậy sẽ không được chú ý, nhưng nó sẽ tạo ra cảm giác rõ ràng trong bức ảnh. . Sự không hoàn hảo của ngụy trang cũng sẽ được nhìn thấy rõ ràng nếu một người quan sát thông qua bộ lọc ánh sáng thực tế loại bỏ những bước sóng mà ngụy trang chủ yếu được thiết kế, ví dụ, qua bộ lọc màu xanh lam. Mặc dù độ sáng của toàn ảnh giảm đáng kể khi xem qua bộ lọc như vậy, các chi tiết bị ẩn khi quan sát dưới ánh sáng trắng có thể xuất hiện trên đó. Ghép nối bộ lọc với ảnh có thể có tác dụng đặc biệt mạnh mẽ. Vì vậy, khi lựa chọn màu sắc mặt nạ, người ta phải chú ý đến định nghĩa của r đối với một dải quang phổ khá rộng, bao gồm cả tia hồng ngoại và tia cực tím.

Bộ lọc ánh sáng đôi khi được sử dụng để cải thiện khả năng truyền ánh sáng chính xác khi chụp ảnh. Do độ nhạy tối đa của mắt và tấm ảnh nằm ở các khu vực khác nhau (vàng-xanh lá cây cho mắt, xanh tím cho tấm ảnh), ấn tượng hình ảnh và hình ảnh có thể khá khác nhau. Hình một cô gái mặc áo cánh màu vàng và váy màu tím có vẻ nhạt ở phần trên và tối ở phần dưới. Trên thẻ chụp ảnh, cô ấy có thể mặc một chiếc áo cánh sẫm màu và váy sáng màu. Mặt khác, nếu một bộ lọc ánh sáng vàng được đặt trước ống kính chụp ảnh, nó sẽ thay đổi tỷ lệ chiếu sáng của váy và áo cánh theo hướng tiếp cận với ấn tượng thị giác. Hơn nữa, khi sử dụng phim chụp ảnh có độ nhạy cao hơn đối với bước sóng dài (chỉnh sắc) so với phim thông thường, chúng ta có thể tái tạo khá chính xác độ chiếu sáng của hình.

§ 170. Độ bão hòa của màu sắc. Ngoài việc chỉ định màu sắc - đỏ, vàng, xanh lam, v.v. - chúng ta thường phân biệt màu sắc bằng độ bão hòa, nghĩa là, bằng độ tinh khiết của màu sắc, không có màu trắng. Một ví dụ về màu sắc sâu hoặc bão hòa là màu quang phổ. Chúng đại diện cho một dải bước sóng hẹp mà không có sự kết hợp của các màu khác. Màu sắc của vải và sơn phủ lên các đồ vật thường ít bão hòa hơn và ít nhiều có màu trắng. Nguyên nhân nằm ở chỗ hệ số phản xạ của hầu hết các chất tạo màu không bằng 0 đối với bất kỳ bước sóng nào. Do đó, khi một tấm vải nhuộm được chiếu bằng ánh sáng trắng, chúng ta quan sát thấy ánh sáng tán xạ chủ yếu là một vùng màu (ví dụ, màu đỏ), nhưng một lượng đáng chú ý của các bước sóng khác được trộn với nó, tạo ra ánh sáng trắng tổng hợp. Nhưng nếu một ánh sáng tán xạ theo mô như vậy với ưu thế của một màu (ví dụ: màu đỏ) không được chiếu thẳng vào mắt, mà bị buộc phải phản xạ lần thứ hai từ cùng một mô, thì tỷ lệ của màu ưu thế sẽ tăng lên đáng kể so với phần còn lại và độ trắng sẽ giảm đi .. Quá trình lặp lại nhiều lần như vậy (hình 317) có thể tạo ra màu đủ bão hòa.

Cơm. 317. Thu được màu bão hòa khi phản chiếu từ tấm xếp nếp màu đỏ

Nếu cường độ của ánh sáng tới có bước sóng bất kỳ được ký hiệu là Tôi, và hệ số phản xạ cho cùng một bước sóng - qua r, thì sau một phản xạ duy nhất, chúng ta nhận được cường độ Tôi r, sau khi gấp đôi Tôi r 2, sau ba Tôi r 3, v.v. Từ đó có thể thấy rằng nếu r đối với một vùng phổ hẹp nào đó, chẳng hạn là 0,7, và đối với phần còn lại là 0,1, thì sau một phản xạ duy nhất, tạp chất màu trắng là 1/7, tức là. Tức là, khoảng 15%, sau phản xạ kép 1/49, tức là khoảng 2% và sau phản xạ ba lần 1/343, tức là ít hơn 0,3%. Ánh sáng như vậy có thể được coi là khá bão hòa.

Hiện tượng được mô tả giải thích sự bão hòa màu sắc của vải nhung, rèm xếp nếp hoặc biểu ngữ bay. Trong tất cả những trường hợp này, có rất nhiều chỗ lõm (nhung) hoặc các nếp gấp của chất màu. Khi chiếu vào chúng, ánh sáng trắng trải qua nhiều lần phản xạ trước khi đến mắt người quan sát. Trong trường hợp này, tất nhiên, vải có vẻ sẫm màu hơn, ví dụ, một dải sa tanh màu kéo dài mịn; nhưng độ bão hòa của màu sắc tăng lên rất nhiều, và vải giành được vẻ đẹp.

Trong § 167, chúng tôi đã đề cập rằng lớp bề mặt của bất kỳ lớp sơn nào luôn luôn tán xạ ánh sáng trắng. Trường hợp này làm hỏng độ bão hòa của màu sắc của hình ảnh. Vì vậy, tranh sơn dầu thường được phủ một lớp dầu bóng. Lấp đầy tất cả những chỗ không đều của sơn, vecni tạo ra một bề mặt gương mịn của bức tranh. Ánh sáng trắng từ bề mặt này không bị tán xạ theo mọi hướng mà phản xạ theo một hướng nhất định. Tất nhiên, nếu bạn nhìn vào bức tranh từ một vị trí được chọn không thành công, thì ánh sáng như vậy sẽ rất khó chịu ("phát sáng"). Nhưng nếu bạn nhìn vào bức tranh từ những nơi khác, thì nhờ lớp sơn mài, ánh sáng trắng từ bề mặt không lan tỏa theo những hướng này, và màu sắc của bức tranh giành được độ bão hòa.

§ 171. Màu sắc của bầu trời và bình minh. Sự thay đổi thành phần quang phổ của ánh sáng bị phản xạ hoặc tán xạ bởi bề mặt của các vật thể có liên quan đến sự hiện diện của hấp thụ và phản xạ có chọn lọc, được biểu thị bằng sự phụ thuộc của các hệ số a và r vào bước sóng.

Trong tự nhiên, một hiện tượng khác đóng vai trò quan trọng, dẫn đến sự thay đổi thành phần quang phổ của ánh sáng mặt trời. Ánh sáng đến người quan sát từ các khu vực không có mây, ở xa Mặt trời, được đặc trưng bởi một màu xanh lam khá bão hòa hoặc thậm chí là xanh lam. Không còn nghi ngờ gì nữa, ánh sáng của bầu trời là ánh sáng mặt trời phân tán trong độ dày của bầu khí quyển và do đó có thể chiếu tới người quan sát từ mọi phía, ngay cả ở những hướng xa so với hướng tới Mặt trời. Cơm. 318 giải thích nguồn gốc của ánh sáng tán xạ của bầu trời. Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã chỉ ra rằng sự tán xạ như vậy xảy ra do cấu trúc phân tử của không khí; thậm chí không khí hoàn toàn không có bụi tản ra

Cơm. 318. Nguồn gốc màu sắc của bầu trời (ánh sáng của Mặt trời bị tán xạ bởi bầu khí quyển). Cả ánh sáng trực tiếp của Mặt trời và ánh sáng tán xạ trong độ dày của khí quyển đều đến được bề mặt Trái đất (ví dụ, điểm A). Màu của ánh sáng tán xạ này được gọi là màu của bầu trời.

ánh sáng mặt trời. Quang phổ của ánh sáng bị tán xạ trong không khí khác hẳn với quang phổ của ánh sáng mặt trời trực tiếp: trong ánh sáng mặt trời, năng lượng cực đại rơi vào phần màu xanh lục vàng của quang phổ, và trong giếng trời, năng lượng cực đại chuyển sang phần màu xanh lam. Lý do nằm ở chỗ sóng ánh sáng ngắn tán xạ nhiều hơn sóng dài. Theo tính toán của nhà vật lý người Anh John Strett Lord Rayleigh (1842-1919), xác nhận qua các phép đo, cường độ ánh sáng tán xạ tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bước sóng, nếu hạt tán xạ nhỏ so với bước sóng ánh sáng. do đó tia tím bị tán xạ mạnh hơn tia đỏ gần 9 lần. Do đó, ánh sáng vàng của Mặt trời khi bị tán xạ sẽ biến thành màu xanh của bầu trời. Đây là trường hợp phân tán trong không khí sạch (trên núi, trên đại dương). Sự hiện diện của các hạt bụi tương đối lớn trong không khí (ở các thành phố) làm tăng thêm ánh sáng xanh phân tán, ánh sáng do các hạt bụi phản xạ lại, tức là ánh sáng gần như không thay đổi từ Mặt trời. Nhờ tạp chất này, màu sắc của bầu trời trở nên trắng hơn trong những điều kiện này.

Sự tán xạ chủ yếu của sóng ngắn dẫn đến thực tế là ánh sáng trực tiếp của Mặt trời tới Trái đất chuyển sang màu vàng hơn so với khi nhìn từ một độ cao lớn. Trên đường đi qua không khí, ánh sáng của Mặt trời bị tán xạ một phần sang hai bên, và các sóng ngắn bị tán xạ mạnh hơn, do đó ánh sáng tới Trái đất trở nên tương đối giàu bức xạ của phần sóng dài của quang phổ. Hiện tượng này đặc biệt rõ rệt vào lúc mặt trời mọc và lặn (hoặc mặt trăng), khi ánh sáng trực tiếp đi qua không khí có độ dày lớn hơn nhiều (Hình 319). Do đó, Mặt trời và Mặt trăng lúc bình minh (hoặc hoàng hôn) có màu vàng đồng, thậm chí đôi khi hơi đỏ. Trong những trường hợp đó

Cơm. 319. Giải thích màu đỏ của Mặt Trăng và Mặt Trời lúc mặt trời mọc và lặn: S 1 - điểm cực quang ở thiên đỉnh - đường đi ngắn trong khí quyển (AB); S 2 - ngôi sao trên đường chân trời - một chặng đường dài trong khí quyển (CB)

khi có các hạt bụi rất nhỏ (bước sóng nhỏ hơn đáng kể) hoặc các giọt hơi ẩm (sương mù) trong không khí, sự tán xạ do chúng gây ra cũng tuân theo quy luật,

Cơm. 320. Sự tán xạ ánh sáng bởi chất lỏng đục: ánh sáng tới - màu trắng, ánh sáng tán xạ - hơi xanh, ánh sáng truyền qua - hơi đỏ

gần với định luật Rayleigh, tức là, các sóng ngắn chủ yếu bị tán xạ. Trong những trường hợp này, Mặt trời mọc và lặn có thể có màu đỏ hoàn toàn. Những đám mây lơ lửng trong bầu khí quyển cũng chuyển sang màu đỏ. Đây là nguồn gốc của những sắc hồng và đỏ tuyệt đẹp của buổi sáng và buổi tối.

Bạn có thể quan sát sự thay đổi màu sắc được mô tả trong quá trình tán xạ nếu bạn truyền chùm ánh sáng từ đèn lồng qua một bình (Hình 320) chứa đầy chất lỏng đục, tức là chất lỏng có chứa các hạt lơ lửng nhỏ (ví dụ, nước có một ít giọt sữa). Ánh sáng đi ra hai bên (khuếch tán) xanh hơn đáng kể so với ánh sáng trực tiếp của đèn lồng. Nếu độ dày của chất lỏng đục là đáng kể, thì ánh sáng truyền qua bình bị mất một phần đáng kể của các tia sóng ngắn (xanh lam và tím) trong quá trình tán xạ đến mức nó chuyển thành màu da cam và thậm chí là màu đỏ. Năm 1883, một vụ phun trào núi lửa mạnh trên đảo Krakatoa đã phá hủy một nửa hòn đảo và ném một lượng lớn bụi nhỏ nhất vào bầu khí quyển. Trong vài năm, lớp bụi này, được phân tán bởi các dòng không khí trên một khoảng cách rộng lớn, rải rác trong bầu khí quyển, gây ra những đốm đen đỏ dữ dội.