Thông báo tuyển sinh

        Khai giảng khóa K98 ngày 05/09 và 20/09/2017 => Xem chi tiết Tại đây

Bài 4: Ánh sáng

Bạn đánh giá:  / 1
DỡHay 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ánh sáng chiếu qua cửa sổ ở một nhà ga thuộc Chicago, Mỹ

Ánh sáng là từ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từbước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường (tức là từ khoảng 400 nm đến 700 nm). Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể được mô tả như những đợt sóng hạt chuyển động gọi là photon. Ánh sáng do Mặt Trời tạo ra còn được gọi là ánh nắng (hay còn gọi là ánh sáng trắng bao gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím); ánh sáng Mặt Trăng mà chúng ta thấy được gọi là ánh trăng thực tế là ánh sáng do mặt trời chiếu tới mặt trăng phản xạ đi tới mắt người; do đèn tạo ra còn được gọi là ánh đèn; do các loài vật phát ra gọi là ánh sáng sinh học. 

"Ánh sáng lạnh" là ánh sáng có bước sóng tập trung gần vùng quang phổ tím. "Ánh sáng nóng" là ánh sáng có bước sóng nằm gần vùng đỏ. Ánh sáng có quang phổ trải đều từ đỏ đến tím là ánh sáng trắng; còn ánh sáng có bước sóng tập trung tại vùng quang phổ rất hẹp gọi là "ánh sáng đơn sắc".

Môn học nghiên cứu sự lan truyền và các tính chất của ánh sáng trong và giữa các môi trường khác nhau gọi là quang học.

 Một số tính chất quan trọng

Vận tốc trong chân không

Trong chân không, các thí nghiệm đã chứng tỏ ánh sáng nói riêng, hay các bức xạ điện từ nói chung, đi với vận tốc không thay đổi, thường được ký hiệu là c = 299.792.458 m/s, thậm chí không phụ thuộc vào hệ quy chiếu. Hiện tượng này đã thay đổi nhiều quan điểm về cơ học cổ điển của Isaac Newton và thúc đẩy Albert Einstein tìm ra lý thuyết tương đối.

-          Năng lượng, động lượng và khối lượng

Năng lượng của một hạt photonbước sóng λ là hc/λ, với hhằng số Planckc là tốc độ ánh sáng trong chân không. Photon không có khối lượng nghỉ, do đó động lượng của hạt photon bằng năng lượng của nó chia cho tốc độ ánh sáng, h/λ. Tính toán trên thu được từ công thức của thuyết tương đối:

 E2-p2c2 = m02c4

 với:

 -          E là năng lượng của hạt

 -          p là động lượng của hạt

 -          m0 là khối lượng nghỉ

 ·         Tương tác với vật chất

 Với mắt người


Độ hấp thụ ánh sáng theo bước sóng của ba tế bào thần kinh hình nón (các đường màu) và của tế bào cảm thụ ánh sáng yếu (đường gạch) ở mắt người

Các dao động của điện trường trong ánh sáng tác động mạnh đến các tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người. Có 3 loại tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người, cảm nhận 3 vùng quang phổ khác nhau (tức ba màu sắc khác nhau). Sự kết hợp cùng lúc 3 tín hiệu từ 3 loại tế bào này tạo nên những cảm giác màu sắc phong phú. Để tạo ra hình ảnh màu trên màn hình, người ta cũng sử dụng 3 loại đèn phát sáng ở 3 vùng quang phổ nhạy cảm của người (xem phối màu phát xạ).

Tế bào cảm giác màu đỏmàu lục có phổ hấp thụ rất gần nhau, do vậy mắt người phân biệt được rất nhiều màu nằm giữa màu đỏ và lục (màu vàng, màu da cam, xanh nõn chuối, ...). Tế bào cảm giác màu lục và màu lam có phổ hấp thụ nằm xa nhau, nên mắt người phân biệt về các màu xanh không tốt. Trong tiếng Việt, từ "xanh" đôi khi hơi mơ hồ - vừa mang nghĩa xanh lục vừa mang nghĩa xanh lam.

Võng mạc người được chia làm 2 lớp (xét về mặt chức năng) gồm lớp tế bào cảm nhận ánh sáng và lớp tế bào dẫn truyền xung thần kinh điện thế. Trong y học, người ta còn phân võng mạc thành 10 lớp theo cấu trúc giải phẫu mô học và hình thái của nó.

Về tế bào học, võng mạc người chỉ có 2 loại tế bào: tế bào gậy và tế bào nón. Tế bào gậy có chức năng xác định về cấu trúc, hình thể vật, những hình ảnh trong tối Tế bào nón có chức năng xác định rõ về màu sắc, độ sắc nét Trong đó, tế bào nón lại được phân thành 3 loại, nhận cảm màu sắc ánh sáng tương ứng với 3 vùng quang phổ khác nhau

  Với mắt các sinh vật

Cường độ sáng theo bước sóng của bức xạ điện từ Mặt Trời ngay ngoài khí quyển Trái Đất

Các sinh vật khác con người có thể cảm thụ được nhiều màu hơn (chim 4 màu gốc) hoặc ít màu hơn ( 2 màu gốc) và ở những vùng quang phổ khác (Con ong cảm nhận được vùng tử ngoại).

Hầu hết mắt của các sinh vật nhạy cảm với bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong khoảng từ 300 nm đến 1200 nm. Khoảng bước sóng này trùng khớp với vùng phát xạ có cường độ mạnh nhất của Mặt Trời. Như vậy có thể suy luận là việc các loài vật trên Trái Đất đã tiến hoá để thu nhận vùng bức xạ tự nhiên mạnh nhất đem lại lợi thế sinh tồn cho chúng. Không hề ngẫu nhiên mà bước sóng ánh sáng (vùng quang phổ mắt người nhìn được) cũng trùng vào khu vực bức xạ mạnh này.

 4.1.2.Các lý thuyết về ánh sáng

Trong lịch sử khám phá, đã có nhiều lý thuyết để giải thích các hiện tượng tự nhiên liên quan đến ánh sáng. Dưới đây trình bày các lý thuyết quan trọng, theo trình tự lịch sử.

·         Lý thuyết hạt ánh sáng

Lý thuyết hạt ánh sáng, được Isaac Newton đưa ra, cho rằng dòng ánh sáng là dòng di chuyển của các hạt vật chất. Lý thuyết này giải thích được hiện tượng phản xạ và một số tính chất khác của ánh sáng; tuy nhiên không giải thích được nhiều hiện tượng như giao thoa, nhiễu xạ mang tính chất sóng.

 ·         Lý thuyết sóng ánh sáng

 Lý thuyết sóng ánh sáng, được Christiaan Huygens đưa ra, cho rằng dòng ánh sáng là sự lan truyền của sóng. Lý thuyết này giải thích được nhiều hiện tượng mang tính chất sóng của ánh sáng như giao thoa, nhiễu xạ; đồng thời giải thích tốt hiện tượng khúc xạphản xạ.

 Lý thuyết sóng và lý thuyết hạt ánh sáng ra đời cùng thời điểm, thế kỷ 17 và đã gây ra cuộc tranh luận lớn giữa hai trường phái.

Năm 1817, Thomas Young đề xuất rằng sóng ánh sáng là sóng ngang, chứ không phải sóng dọc. Chúng dao động vuông góc với hướng truyền, chứ không theo hướng truyền, như đối với sóng âm.

 ·         Lý thuyết điện từ

Sau khi lý thuyết sóng và lý thuyết hạt ra đời, lý thuyết điện từ của James Clerk Maxwell năm 1865, khẳng định lại lần nữa tính chất sóng của ánh sáng. Đặc biệt, lý thuyết này kết nối các hiện tượng quang học với các hiện tượng điện từ học, cho thấy ánh sáng chỉ là một trường hợp riêng của sóng điện từ.

Các thí nghiệm sau này về sóng điện từ, như của Heinrich Rudolf Hertz năm 1887, đều khẳng định tính chính xác của lý thuyết của Maxwell.

 ·         Ête

 Sau thành công của lý thuyết điện từ, khái niệm rằng ánh sáng lan truyền như các sóng đã được chấp nhận rộng rãi. Các hiểu biết về sóng cơ học, như âm thanh, của cơ học cổ điển, đã dẫn các nhà khoa học đến giả thuyết rằng sóng ánh sáng lan truyền như sóng cơ học trong môi trường giả định ête, tràn ngập khắp vũ trụ, nhưng có độ cứng cao hơn cả kim cương.

Cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20, nhiều thí nghiệm tìm kiếm sự tồn tại của ête, như thí nghiệm Michelson-Morley, đã thất bại, cùng lúc chúng cho thấy tốc độ ánh sáng là hằng số không phụ thuộc hệ quy chiếu; do đó không thể tồn tại môi trường lan truyền cố định kiểu ête.

·         Thuyết tương đối

Thuyết tương đối của Albert Einstein ra đời, 1905, với mục đích ban đầu là giải thích hiện tượng vận tốc ánh sáng không phụ thuộc hệ quy chiếu và sự không tồn tại của môi trường ête, bằng cách thay đổi ràng buộc của cơ học cổ điển.

Trong lý thuyết tương đối hẹp, các tiên đề của cơ học được thay đổi, để đảm bảo thông qua các phép biến đổi hệ quy chiếu, vận tốc ánh sáng luôn là hằng số. Lý thuyết này đã giải thích được chuyển động của các vật thể ở tốc độ cao và tiếp tục được mở rộng thành lý thuyết tương đối rộng, trong đó giải thích chuyển động của ánh sáng nói riêng và vật chất nói chung trong không gian bị bóp méo bởi vật chất.

Thí nghiệm đo sự bẻ cong đường đi ánh sáng của các ngôi sao khi đi qua gần Mặt Trời, lần đầu vào nhật thực năm 1919, đã khẳng định độ chính xác của lý thuyết tương đối rộng.

·         Lý thuyết lượng tử ánh sáng

Lý thuyết lượng tử của ánh sáng nói riêng và vật chất nói chung ra đời khi các thí nghiệm về bức xạ vật đen được giải thích bởi Max Planckhiệu ứng quang điện được giải thích bởi Albert Einstein đều cần dùng đến giả thuyết rằng ánh sáng là dòng chuyển động của các hạt riêng lẻ, gọi là quang tử (photon).

Vì tính chất hạt và tính chất sóng cùng được quan sát ở ánh sáng, và cho mọi vật chất nói chung, lý thuyết lượng tử đi đến kết luận về lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng và vật chất; đúc kết ở công thức de Broglie, 1924, liên hệ giữa động lượng một hạt và bước sóng của nó.  

Hỗ trợ trực tuyến

Mr Nam

Yahoo! Messenger
Call: 0903406798
--------------

 Ms Lan

Yahoo! Messenger

Điện thoại: 04 38697201

Cell: 0903246758

daynghedatviet@gmail.com

Sơ đồ mạch điện Laptop

Đang có 449 khách và không thành viên đang online

Đường đến Dạy Nghề Đất Việt

Liên hệ học nghề quảng cáo và Dịch vụ
Mô hình thiết bị dạy nghề Điện lạnh