phân tích chương trình vật lý phổ thông sóng ánh sáng lượng tử ánh sáng

Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein...8 Chương 2: CÁC HIỆN TƯỢNG LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG...9 2.1.. Sóng ánh sáng và Lượng tử ánh sáng là hai phần của vật lý học nghi

KHOA VẬT LÍ

NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG

Đề tài:

NGHIÊN CỨU NỘI DUNG KIẾN THỨC

PHẦN SÓNG ÁNH SÁNG - LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

Giảng viên hướng dẫn : PGS TS Lê Công Triêm

Nguyễn Thị Như Quỳnh Lớp LL & PPDH Vật lí – K24

Huế, tháng 4 năm 2016

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

NỘI DUNG 3

Phần 1 SÓNG ÁNH SÁNG Chương 1: SƠ LƯỢC CÁC GIẢ THUYẾT VỀ ÁNH SÁNG 3

1.1 Thuyết sóng ánh sáng của Huyghens 3

1.2 Thuyết hạt ánh sáng của Newton 5

1.3 Thuyết điện từ ánh sáng của Maxwell 8

1.4 Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein 8

Chương 2: CÁC HIỆN TƯỢNG LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG 9

2.1 Tán sắc ánh sáng 9

2.2 Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng 11

2.3 Hiện tượng giao thoa ánh sáng 15

Chương 3 CÁC BỨC XẠ KHÔNG NHÌN THẤY 20

3.1 Thí nghiệm phát hiện các bức xạ không nhìn thấy 20

3.2 Tia hồng ngoại 20

3.3 Tia tử ngoại 22

3.4 Tia X 24

3.5 Thang sóng điện từ 26

Phần 2 LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 1 Bức xạ nhiệt 28

2 Hiện tượng quang điện ngoài 29

3 Thuyết lượng tử ánh sáng 32

4 Hiện tượng quang điện trong 33

5 Ứng dụng hiện tượng quang điện trong 34

6 Mẫu nguyên tử Bo 36

7 Quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô 38

8 Sự phát quang 39

9 Sơ lược về laze 41

KẾT LUẬN 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

MỞ ĐẦU

“Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông” là một nhiệm vụ quan trọng khôngthể thiếu của người Giáo viên trong quá trình dạy học môn Vật lí THPT Việc nghiêncứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức, cách trình bày nội dung kiến thứctrong sách giáo khoa Vật lí là cần thiết, đặc biệt đối với những học viên cao học thuộcchuyên ngành LL & PPDH Vật lý Đây cũng là nhiệm vụ chính của học phần “Nghiên cứu chương trình Vật lý phổ thông”

Sóng ánh sáng và Lượng tử ánh sáng là hai phần của vật lý học nghiên cứu cáctính chất, sự tương tác của ánh sáng với vật chất

Nhiệm vụ cơ bản của phần sóng ánh sáng là khảo sát một số các hiện tượngliên quan đến tính chất sóng của ánh sáng như hiện tượng tán sắc ánh sáng, hiệntượng nhiễu xạ, hiện tượng giao thoa và một số ứng dụng của chúng Ngoài ra, ta cònkhảo sát các tính chất và công dụng của các bức xạ nhiệt không nhìn thấy (tia hồngngoại, tia tử ngoại, tia X )

Vận dụng tính chất sóng ánh sáng, không thể giải thích được một số hiện tượngnhư: hiện tượng quang điện, sự tạo thành quang phổ vạch, hoạt động của tia laze…

Từ đó, Lượng tử ánh sáng đã ra đời để giải quyết những bế tắc đó Thuyết lượng tửánh sáng đã đánh dấu một bước ngoặc về sự nhìn nhận tính chất hạt của ánh sáng

Với những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu nội dung kiến thức Vật lý phổ thông phần Sóng ánh sáng-Lượng tử ánh sáng” Hy vọng rằng tiểu

luận này sẽ là một tài liệu bổ ích cho giáo viên phổ thông trong công tác giảng dạycủa mình

NỘI DUNG

Phần 1 SÓNG ÁNH SÁNG Chương 1 SƠ LƯỢC CÁC GIẢ THUYẾT VỀ ÁNH SÁNG

1.1 Thuyết sóng Huygens

Cơ sở của thuyết

Nội dung của thuyết

Mỗi điểm của môi trường có sóng đạt đến sẽ trở thành một tâm phát sóng thứcấp Mặt bao của tất cả các sóng thứ cấp tại một thời điểm bất kỳ xác định mặt đầusóng lan truyền ở thời điểm đó

Hệ quả của thuyết

Hình 1.1

Christiaan Huygens (1629-1695)

Huygens dựa vào sự tương tự giữa

quang học và âm học Ông cho rằng ánh sáng

lan truyền trong không gian cũng giống như

sóng cơ Lí thuyết sóng của Huygens dựa trên

sự dựng hình cho phép xác định một mặt sóng

cho trước sau một thời gian sẽ ở đâu nếu biết vị

trí ban đầu của nó

Vận dụng của thuyết để giải thích trường hợp cụ thể

Ý nghĩa

Từ nguyên lí Huygens, ta có thể tìm lại được định luật khúc xạ ánh sáng

Cho chùm tia sáng song song I, II, III,

IV truyền từ một trường 1 có chiết suất

n1 vào môi trường 2 có chiết suất n2 và

giả sử n2>n1 Tại thời điểm cho trước,

mặt đầu sóng tới AB đạt đến mặt phân

giới của hai môi trường Điểm A bắt

đầu phát sóng cầu thứ cấp trong môi

trường 2 Tại các điểm L, E, và D, sóng

tương tự xuất hiện lần lượt chậm hơn

một ít Mặt đầu sóng khúc xạ trong môi

i v n

Như vậy, từ thuyết sóng Huygens, ta nhận ra rằng nếu n2>n1 thì v2<v1

Thiếu sót của thuyết

Huyghens chỉ vận dụng thuyết sóng ánh sáng để nghiên cứu sự phản xạ và khúc xạánh sáng, không nghiên cứu về màu sắc, nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng nhưng đây lànhững đặc điểm quan trọng khi nghiên cứu về ánh sáng

I

IVIIIII

Thuyết sóng Huygens xem nguồn sáng phát ra các sóng

ánh sáng trải ra theo mọi hướng Khi chạm lên gương, các

sóng bị phản xạ theo góc tới, nhưng với mỗi sóng phản

hồi trở lại tạo ra một ảnh đảo ngược

- Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Khi một chùm ánh sáng truyền giữa hai môi trường có chiết

suất khác nhau thì chùm tia bị khúc xạ (đổi hướng) Một

phần nhỏ của mỗi đầu sóng góc phải chạm đến môi trường

thứ hai trước khi phần còn lại của đầu sóng tiến đến mặt

phân giới Phần này sẽ bắt đầu đi qua môi trường thứ hai sẽ

chuyển động chậm hơn do chiết suất của môi trường thứ hai

cao hơn, trong khi phần còn lại của sóng vẫn còn truyền

trong môi trường thứ nhất Do mặt sóng lúc này truyền ở hai

tốc độ khác nhau, nên nó sẽ uốn cong vào môi trường thứ

hai, do đó làm thay đổi hướng truyền

1.2 Thuyết hạt ánh sáng của Newton

Cơ sở của thuyết

Nội dung của thuyết

Ánh sáng được coi như những dòng hạt vật chất đặc biệt nhỏ bé được phát ra từ cácvật phát sáng và bay theo đường thẳng trong môi trường đồng chất Kích thước củacác hạt gây cảm giác về màu sắc Chẳng hạn, các hạt nhỏ nhất tạo ra cảm giác tím.Các hạt lớn hơn gây ra cảm giác về màu chàm, và cứ tiếp tục như vậy

Hệ quả của thuyết

Nhờ mô hình hạt và các khái niệm được gợi ý từ lý thuyết vạn vật hấp dẫn của

mình – lý thuyết chi phối sự rơi của quả táo và chuyển động của các hành tinh Newton đã giải thích được các định luật cơ bản của quang học Chẳng hạn, để giảithích các định luật phản xạ, khúc xạ và nhiễu xạ, Newton đã đưa vào các lực hút vàđẩy giữa các hạt ánh sáng, những hạt mà nếu để tự do chúng sẽ truyền theo đườngthẳng

Vận dụng thuyết để giải thích trường hợp cụ thể

- Tán sắc ánh sáng qua lăng kính: Newton đưa ra giả thuyết cho rằng trên bề mặt

Saac Newton (1642-1727)

Theo Newton, cơ học ánh sáng là đồng nhất với cơ

học các thiên thể Trong quan niệm tổng thể về vũ

trụ này, Newton cho rằng hành trạng của vạn vật –

từ các vật vô cùng bé như các hạt ánh sáng đến các

vật vô cùng lớn, như các thiên thể xa xôi - đều bị

chi phối bởi cùng các lực cơ học và tất định

- Hiện tượng phản xạ: do sự phản xạ của các quả

cầu đàn hồi trong chùm sáng khi va chạm và các hạt

bị nảy lên từ những điểm khác nhau, nên trật tự của

chúng trong chùm sáng bị đảo ngược lại tạo ra một

hình đảo ngược (hình vẽ) Nếu bề mặt quá gồ ghề thì

các hạt bị nảy lên ở nhiều góc khác nhau, kết quả là

làm tán xạ ánh sáng

- Hiện tượng khúc xạ: Do tác dụng của mặt phân giới

lên hạt ánh sáng làm cho hạt đó thay đổi hướng truyền

và bị gãy khúc ở mặt phân cách giữa hai môi trường Vì

ánh sáng đi vào môi trường đậm đặc hơn sẽ bị các phân

tử môi trường đó hút và vận tốc sẽ tăng lên dẫn đến vận

tốc ánh sáng trong môi trường nước hay thủy tinh lại

lớn hơn vận tốc ánh sáng trong môi trường khí

của một vật trong suốt (như lăng kính, chẳng hạn) tồn tại một vùng rất mỏng ở đó cómột lực tác dụng để kéo các tia sáng vào bên trong nó Vì vậy, các hạt màu tím, dochúng nhỏ hơn, sẽ bị hút bởi một môi trường đặc hơn không khí (như thủy tinh chẳnghạn) mạnh hơn so với các hạt lớn hơn có màu đỏ, tức các hạt màu tím bị lệch khỏiđường đi ban đầu của nó nhiều hơn các hạt màu đỏ Như vậy, Newton đã giải thíchđược tại sao các chùm đơn sắc khác nhau lại bị lệch hướng khác nhau bởi cùng mộtmôi trường và tại sao một chùm đơn sắc bị lệch hướng khác nhau trong các môitrường trong suốt khác nhau.

- Hiện tượng nhiễu xạ: Newton giải thích là do có một lực đẩy có tác dụng đẩy các

hạt ánh sáng vào trong bóng tối hình học của một vật

Thiếu sót của thuyết

Một lý thuyết thuần túy hạt liệu có thể thực sự giải thích được tất cả các tínhchất của ánh sáng hay không? Một thí nghiệm đặc biệt, do chính Newton thực hiện,khiến người ta phải suy nghĩ

Khi Newton đặt một thấu kính phẳng lồi lên trên một tấm thủy tinh (với mặtphẳng ngửa lên trên) và chiếu sáng tất cả bằng ánh sáng đơn sắc, ông đã phát hiện ramột hiện tượng quang học mới, rất lạ Nhiều vòng tròn đồng tâm (ngày nay được gọi

là các “vân tròn Newton”) xuất hiện, đan xen giữa vân đen và vân màu

Hoàn toàn tự nhiên, Newton giải thích các vân đen là vùng ở đó ánh sáng bịthấu kính phản xạ, và các vân màu là các vùng ở đó ánh sáng được truyền qua Nhưnglàm thế quái nào có thể giải thích được một hạt ánh sáng, khi đến bề mặt của thấukính, lúc thì bị phản xạ, lúc thì được truyền qua? Newton cho rằng, bởi vì các điềukiện của thủy tinh và của thấu kính là giống nhau và không đổi, nên chính các tínhchất của các hạt ánh sáng phải biến đổi và khác nhau Như vậy ông cho mỗi một hạtánh sáng một tính chất được gọi là “accès” (đường tới) Các hạt có “accès” truyền qua

dễ thì sẽ truyền qua, còn các hạt ánh sáng có “accès” phản xạ dễ thì sẽ phản xạ.Nhưng “lý thuyết” này không giải thích được điều gì: nó chỉ làm xuất hiện thêm vấn

đề, vì cần phải có một lý thuyết khác để giải thích các tính chất được gọi là “accès”

1.3 Thuyết điện từ ánh sang của Maxwell

Lớp LL&PPDH Vật lí K24 6

Cơ sở của thuyết

Maxwell đã kết nối các hiện tượng quang học

với các hiện tượng điện từ học và ông cho

Nội dung của thuyết

Ánh sáng là một nhiễu loạn điện từ và vận tốc ánh sáng trong môi trường dohằng số điện môi và độ từ thẩm của môi trường xác định Maxwell khẳng định ánhsáng là sóng điện từ với vận tốc là c=300.000 km/s

Tính chất quang của môi trường liên hệ với tính chất điện và từ bởi hệ thức:n 

trong đó c và v lần lượt là vận tốc ánh sáng trong chân không và trong môi trường cóhằng số điện môi  và độ từ thẩm 

Hệ quả của thuyết

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

Vận dụng thuyết để giải thích trường hợp cụ thể

Dùng thuyết để giải thích sự phụ thuộc của chiết suất môi trường vào vận tốcánh sáng (hay bước sóng ánh sáng)

Lý thuyết trường điện từ Maxwell đã đi trước khá xa so với thực nghiệm lúcbấy giờ Vì vậy sau khi nó ra đời, phải đợi một phần tư thế kỷ nữa nó mới được thựcnghiệm khẳng định một cách trọn vẹn Như năm 1888, Heinrich Hertz đã chế tạo radụng cụ thí nghiệm có thể phát và thu sóng vô tuyến, sóng này có tính chất giống nhưánh sáng và do đó đã xác nhận những ý tưởng đúng đắn của Faraday và Maxwell

Hạn chế của thuyết

Một vấn đề được đặt ra lúc này là vận tốc này của ánh sáng được tính so vớicái gì? Các phương trình của Maxwell không trả lời được cho câu hỏi này Đi theo vếtchân của Newton, Maxwell nghĩ hoàn toàn tự nhiên rằng ánh sáng lan truyền với vậntốc 300.000 km/s là so với một chất ête tĩnh choán đầy trong vũ trụ Nhưng ête ở đâyđược làm từ gì? Nó bắt nguồn từ đâu và có những tính chất gì?

Cuối thế kỷ XIX, đầu thế kỷ XX, 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 ánhsáng là hằng số không phụ thuộc hệ quy chiếu; do đó không thể tồn tại môi trường lantruyền cố định kiểu ête

1.4 Thuyết lượng tử ánh sáng

Cơ sở của thuyết

Nội dung của thuyết

Einstein đã khai triển thuyết lượng tử của Plank và đưa ra thuyết photon, chorằng năng lượng ánh sáng tập trung trong những hạt nhỏ gọi là photon hay quang tử

Vận dụng thuyết để giải thích trường hợp cụ thể

Hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng Compton

Albert Einstein (1879-1955)

Theo như quan điểm cổ điển thì với cường độ ánh

sáng càng mạnh thì electron ngày càng tích tụ được nhiều

năng lượng để bức ra khỏi kim loại, nhưng trên thực tế thí

nghiệm lại không phải như vậy Ở hiệu ứng quang điện,

Einstein đã nhận thấy rằng, nếu chiếu một ánh sáng có tần số

thấp vào một kim loại, thì hiệu ứng vẫn không thể xảy ra, dù

chiếu với cường độ mạnh bao nhiêu đi nữa Ngược lại khi

chiều ánh sáng với tần số cao, như ánh sáng cực tím thì hiệu

ứng lại lập tức xảy ra mà không cần khoảng thời gian để

electron tích lũy năng lượng Để giải thích về hiện tượng kì

lạ này Ông đã đưa ra một giả thuyết táo bạo rằng hiệu ứng

quang điện chỉ có thể giải thích được nếu sóng ánh sáng bị

kim loại hấp thụ không phải là một sóng liên tục mà được

cấu thành từ các “hạt” hay các lượng tử năng lượng xác

định Năng lượng này không thể tùy tiện lấy bất kì, mà đúng

bằng một bội số của tần số

Chương 2 CÁC HIỆN TƯỢNG LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHẤT SÓNG ÁNH SÁNG 2.1 Hiện tượng tán sắc ánh sáng

2.1.1 Sơ đồ thí nghiệm Newton về tán sắc ánh sáng

Hình 2.1 2.1.2 Khái niệm hiện tượng tán sắc ánh sáng

Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tích một chùm ánh sáng trắng (ánh sáng phứctạp) thành các chùm ánh sáng đơn sắc khác nhau

2.1.3 Kết luận từ thí nghiệm

- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi qua lăng kính

- Ánh sáng trắng là tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau biến thiên liêntục từ đỏ đến tím

2.1.4 Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng

Ta có : n 

Khi chiếu ánh sáng đến môi trường vật chất thì sảy ra tương tác của ánh sángvới các hạt mang điện cấu tạo nên môi trường Các điện tích này sẽ thực hiện các daođộng cưỡng bức Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào hiệu (  0) giữatần số ánh sáng kích thích f và tần số dao động riêng f0 của điện tích Đối với ánh sángnhìn thấy được (  10 15Hz) thì chỉ có êlectron vành ngoài, có liên kết yếu nhất vớicác nguyên tử, ion hay phân tử, mới có những dao động cưỡng bức đáng kể Nhữngêlectron này gọi là các êlectron quang học Dao động của các êlectron quang học kéotheo sự thay đổi mômen lưỡng cực điện của phân tử và do đó có sự thay đổi của độphân cực điện ( p), độ điện thẩm(), hằng số điện môi( ) Năng lượng của các ánhsáng đơn sắc khác nhau thì khác nhau, nên sự thay đổi các , cũng khác nhau Nhưvậy, ta đã giải thích được một cách gián tiếp sự phụ thuộc của chiết suất của môitrường vào tần số của ánh sáng kích thích

Tìm hiểu sâu hơn một tí, ta thấy khi các êlectron quang học dao động cưỡngbức thì chúng phát ra các sóng điện từ thứ cấp cùng tàn số với sóng sơ cấp (ánh sángđến)

Vì khoảng cách trung bình giữa các phân tử của môi trường rất nhỏ, so vớichiều dài của một đoàn sóng, nên những sóng thứ cấp do các êlectron quang học nằmtrong một số rất lớn phân tử cạnh nhau là kết hợp với nhau và kết hợp với sóng sơcấp Do đó, khi gặp nhau, chúng sẽ giao thoa với nhau Kết quả của sự giao thoa phụthuộc vào sự tương quan biên độ và pha của sóng thành phần Trong môi trường đồngtính và đẳng hướng về quang học, theo các phương khác với phương truyền sóng sơcấp thì các sóng thứ cấp triệt tiêu lẫn nhau, chỉ còn lại sóng truyền theo phương truyềncủa sóng sơ cấp Đồng thời, sóng tổng hợp cứ chậm pha dần, tức là vận tốc pha củasóng giảm đi so với trường hợp truyền trong chân không Vận tốc pha này rõ ràng phụthuộc vào tần số của ánh sáng kích thích.

Như vậy, chiết suất của một môi trường không giống nhau đối với các ánhsáng đơn sắc khác nhau Ánh sáng đơn sắc khi truyền từ môi trường này sang môitrường khác tần số không thay đổi, còn bước sóng có thể thay đổi, màu sắc được xácđịnh bằng tần số

Từ cơ sở trên kết hợp với góc lệch: D  ( n 1 )A ta giải thích được hiện tượng

2.1.5 Ứng dụng hiện tượng tán sắc

Giải thích hiện tượng cầu vồng (SGK Lí 12 NC)

Chế tạo máy quang phổ lăng kính (SGK 12)

MQP phục vụ trong nghiên cứu khoa

học về vật chất như:

- Xác định nhiệt độ các vật ở xa

(QPLT)

- Xác định các thành phần

nguyên tố có trong mẫu vật.(QPV)

2.2 Hiện tượng nhiễu xạ

2.2.1 Sơ đồ thí nghiệm

Trên hình 2.4, khi ánh sáng truyền từ nguồn

S qua một lỗ tròn trên màng chắn P, trên màn quan

sát E nhận được một vệt sáng tròn Nếu thu nhỏ

kích thước của lỗ lại thì theo định luật truyền thẳng,

Lớp LL&PPDH Vật lí K24 10

Hình 2.2 Cầu vồng đơn và cầu vồng kép

Hình 2.3

kích thước của ab của lỗ cũng nhỏ lại.

Thực nghiệm cho thấy khi kích thước của lỗ thu nhỏ đến một mức nào đó thì trên mànquan sát sẽ xuất hiện những vân tròn sáng tối xen kẽ nhau Trong phạm vi ab ta thấy

có vân tối, ngoài phạm vi ab ta thấy có vân sáng

Thí nghiệm trên chứng tỏ khi đi qua vật chắn các tia sáng đã lệch khỏi phương truyềnthẳng Hiện tượng tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi gần các chướngngại vật được gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

2.2.3 Giải thích hiện tượng nhiễu xạ

có cùng biên độ và cùng pha với nguồn sáng thực

( Vật lí đại cương-các nguyên lí và ứng dụng-Trần Ngọc Hợi-Tập 3-Trang 75)

2.2.4 Ứng dụng của hiện tượng nhiễu xạ

Sắc màu bầu trời

Sự tán xạ ánh sáng, một hình thức nhiễu xạ, cũng là nguyên nhân tạo ra màuxanh của bầu trời và cảnh bình minh và hoàng hôn thường rực rỡ có thể thấy ở phíachân trời Nếu như Trái Đất không có bầu khí quyển (không có không khí, nước, bụi

và các mảnh vụn) thì bầu trời sẽ có màu đen, kể cả vào ban ngày Khi ánh sáng từ MặtTrời truyền qua bầu khí quyển của Trái Đất, những khối phân tử không khí riêng biệt

có mật độ biến thiên, do các dao động nhiệt và sự có mặt của hơi nước, sẽ làm tán xạánh sáng Những bước sóng ngắn nhất (tím và xanh dương) bị tán xạ nhiều nhất, làmcho bầu trời có màu xanh thẩm Khi có một lượng đáng kể bụi hoặc hơi ẩm trongkhông khí, thì các bước sóng dài (chủ yếu là màu đỏ) cũng bị tán xạ cùng với bướcsóng xanh dương, làm cho bầu trời xanh trong có vẻ trắng hơn

Khi Mặt Trời ở trên cao (khoảng giữa trưa) trong bầu khí quyển khô, trongtrẻo, đa số ánh sáng khả kiến truyền qua bầu khí quyển không bị tán xạ đáng kể, vàMặt Trời có vẻ như trắng trên nền trời xanh thẩm Khi Mặt Trời bắt đầu lặn, sóng ánhsáng phải truyền qua lượng nhiều hơn của bầu khí quyển, thường chứa một số lượnglớn các hạt bụi lơ lửng và hơi ẩm Dưới những điều kiện này, những bước sóng dài

hơn của ánh sáng trở nên bị tán xạ và những màu khác bắt đầu lấn át màu của MặtTrời, biến đổi từ vàng sang cam, cuối cùng chuyển sang đỏ trước khi nó lặn khuấtdưới đường chân trời.

Chúng ta có thể thường thấy những sắc thái xanh dương, hồng, tía và xanh lá ởcác đám mây, phát sinh bởi sự kết hợp của các hiệu ứng khi ánh sáng bị khúc xạ vànhiễu xạ từ những giọt nước trong các đám mây đó Lượng nhiễu xạ phụ thuộc vàobước sóng ánh sáng, bước sóng càng ngắn bị nhiễu xạ ở góc càng lớn so với bướcsóng dài (trong thực tế, ánh sáng xanh dương và tím bị nhiễu xạ ở góc lớn hơn so với

ánh sáng đỏ) Thuật ngữ nhiễu xạ và tán xạ cũng thường được dùng hoán đổi nhau và

có thể xem gần như là tương đương trong nhiều trường hợp Sự nhiễu xạ mô tả mộttrường hợp đặc biệt của sự tán xạ ánh sáng trong đó một vật có các đặc trưng lặp lạiđều đặn (ví dụ như vật tuần hoàn hoặc cách tử nhiễu xạ) tạo ra hình ảnh nhiễu xạ cótrật tự Trong thế giới thực, đa số các vật có hình dạng rất phức tạp và phải được xem

là gồm nhiều đặc trưng nhiễu xạ riêng rẽ có thể cùng tạo ra một sự tán xạ ánh sángngẫu nhiên

Ảnh của mẫu vật qua dụng cụ quang học (kính hiễn vi…)

Trong kính hiển vi, sự tán xạ hoặc nhiễu xạ ánh sáng có thể xảy ra tại mặtphẳng đặt mẫu vật do tương tác của ánh sáng với các hạt hoặc đặc trưng nhỏ, và lại ởrìa của vật kính hoặc tại mép của lỗ tròn ở trong hoặc ở gần phía sau vật kính Sựnhiễu xạ, hay sự trải rộng ánh sáng này cho phép người ta quan sát được hình ảnhphóng to của mẫu vật trong kính hiển vi, tuy nhiên, sự nhiễu xạ cũng giới hạn kíchthước của vật thể có thể phân giải được Nếu ánh sáng truyền qua một mẫu vật và nókhông bị hấp thụ hoặc nhiễu xạ thì mẫu vật sẽ không nhìn thấy được khi xem qua thịkính Cách thức ảnh được tạo ra trong kính hiển vi phụ thuộc sự nhiễu xạ ánh sángthành các sóng phân kì, rồi chúng tái kết hợp thành hình ảnh phóng đại qua sự giaothoa tăng cường và triệt tiêu.

Khi chúng ta quan sát mẫu vật, trực tiếp hoặc với kính hiển vi, kính thiên văn,hay thiết bị quang nào khác, hình ảnh chúng ta nhìn thấy gồm vô số điểm sáng chồngchất tỏa ra từ bể mặt của mẫu vật đó Do đó, sự xuất hiện và tính toàn vẹn của hìnhảnh từ một điểm sáng nào đó giữ một vai trò quan trọng đối với sự tạo ảnh toàn thể

Do các tia sáng tạo ảnh bị nhiễu xạ, nên một điểm sáng thật sự chưa bao giờ đượcthấy là một điểm trong kính hiển vi, mà là một hình ảnh nhiễu xạ gồm một đĩa hoặcmột đốm sáng ở giữa có đường kính hạn chế và bao quanh là các vòng nhạt dần Hệquả là ảnh của mẫu vật chưa bao giờ là hiện thân chính xác của mẫu vật, và đặt ra giớihạn dưới về những chi tiết nhỏ nhất trong mẫu vật có thể được phân giải Năng suấtphân giải là khả năng của một thiết bị quang học tạo ra hình ảnh tách biệt nhau rõ rệtcủa hai điểm ở gần kề nhau Tính đến điểm mà ở đó sự nhiễu xạ làm cho độ phân giải

bị giới hạn, thì chất lượng của thấu kính và gương trong thiết bị, cũng như tính chấtcủa môi trường xung quanh (thường là không khí) xác định độ phân giải cuối cùng

Đèn sân khấu

Đĩa CD-ROM là một cách tử nhiễu xạ

Các rãnh ghi xoắn trôn ốc rất gần nhau trên đĩa compact hoặc đĩa video kĩ thuật

số gồm một loạt hố và phần phẳng được sử dụng để mã hóa hiện trạng dạng số củachuỗi audio và/hoặc video ở trên đĩa Sự định vị rất gần nhau của các rãnh ghi này bắtchước các đường siêu tinh tế có mặt trên cách tử nhiễu xạ nhằm tạo ra hiệu ứng màusắc đẹp mắt giống như cầu vồng khi ánh sáng trắng thông thường bị phản xạ bởi bềmặt đó Giống như bọt xà phòng, màu sắc tuyệt đẹp có nguyên nhân do sự giao thoagiữa các sóng ánh sáng phản xạ bật khỏi các rãnh lân cận nhau trên đĩa

Hay cánh của con bọ kim cương phủ một lớp cách tử nhiễu xạ vi mô có chừng

2000 vạch trên một inch Ánh sáng trắng phản xạ từ cánh của con bọ biểu hiện hìnhảnh giao thoa lộng lẫy giống như trường hợp phản xạ từ bề mặt của đĩa compact Hiệuứng tương tự cũng được tạo ra bởi con bọ rùa, cánh của chúng gồm nhiều lớp kitin,làm cho chúng óng ánh nhiều màu sắc phản xạ Điều thú vị là loài côn trùng này cókhả năng làm thay đổi độ ẩm của màng mỏng để tạo ra sự không đồng đều chiều dày,làm biến đổi màu giao thoa phản xạ nổi bật từ màu vàng cho tới màu đỏ đồng

Một thí dụ hấp dẫn nữa về hiện tượng nhiễu xạ gây ra các màu sắc tuyệt đẹptrong thế giới côn trùng Màu cánh xanh đậm loài bướm Morpho didius là hệ quả củacấu trúc sinh màu gắn chặt với các vảy nằm xếp lớp bên dưới cánh bướm Mỗi vảygồm có hai phiến cực kì mỏng, một ở trên và một ở dưới, cách nhau một khoang rỗngvới các que đứng Phiến mỏng mang trên nó một mạng lưới còn nhỏ hơn nữa của cácgợn hình cây thông Noel gồm các nhánh hay cành nhô ra mạn bên từ thân ở giữa Cácnhánh gợn tăng dần từ lớp mỏng kitin ngăn cách nhau bằng khoảng không khí ở

khoảng cách bằng một nửa bước sóng ánh sáng màu xanh, bắt chước một cách tửnhiễu xạ tự nhiên Các gợn sóng phát triển cách nhau một khoảng không gian chínhxác sao cho sóng ánh sáng phản xạ từ các nhánh chịu sự giao thoa tăng cường hoặctriệt tiêu Kết quả là màu xanh sặc sỡ bao phủ gần hết toàn bộ cấu trúc cánh, mặc dùkhông có ánh sáng màu xanh thật sự phản xạ từ các phiến cánh

2.3 Hiện tượng giao thoa ánh sáng

2.3.1 Khái niệm: Ta đã biết tại mỗi thời điểm của môi trường khi có hai sóng có tần

số bằng nhau đồng thời truyền đến thì dao động tại điểm đó là dao động tổng hợp củahai sóng có cường độ là: I  2I0  2I0cos   ( Vật lí đại cương- các nguyên lí và ứngdụng-Trang 50)

I0 là cường độ của hai sóng thành phần

Từ đó ta thấy rằng khi hai sóng gặp nhau không những chúng tăng cường cho nhau

mà còn làm yếu nhau có khi làm triệt tiêu lẫn nhau Hiện tượng đó gọi là hiện tượnggiao thoa ánh sáng

Vậy: Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng khi hai sóng gặp nhau, trongvùng gặp nhau đó, chúng không những tăng cường cho nhau mà còn làm yếu nhau cókhi làm triệt tiêu lẫn nhau

Hiện tượng giao thoa là một bằng chứng thực nghiệm chứng tỏ ánh sáng cótính chất sóng

2.3.2 Điều kiện để có giao thoa

Khi có hai sóng gặp nhau thì bao giờ cũng có hiện tượng tổng hợp sóng nhưngchỉ có hiện tượng giao thoa khi hai sóng đó là sóng kết hợp

Hai sóng kết hợp là hai sóng có cùng tần số và có hiệu số pha ban đầu của chúngkhông thay đổi theo thời gian (pha ban đầu của chúng có thể có giá trị tùy ý) Nếu haisóng có độ kết hợp càng cao thì vân giao thoa càng rõ nét và càng dễ quan sát

Chỉ có những sóng ánh sáng đơn sắc mới thỏa mãn yêu cầu ở trên còn bất kìmột nguồn sáng thông thường nào hay hai phần khác nhau của một nguồn sáng (trừlaze) đều là không phải nguồn kết hợp cho nên sẽ không có hiện tượng giao thoa Sở

dĩ như vậy là vì do cơ chế phát xạ của các phân tử cấu tạo nên nguồn sáng Theo líthuyết, thời gian phát sáng của phân tử hay nguyên tử là 8

0 10

 , trong khoảng thờigian này nguyên tử ở trạng thái kích thích sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng ánhsáng, rồi trở về trạng thái bình thường Sau một khoảng thời gian nào đó nguyên tửnày lại có thể bị kích thích và bắt đầu lại phát sáng Vì vậy ánh sáng do các nguyên tửphát ra là những xung ngắn riêng rẽ và được gọi là những đoàn sóng ( bó sóng) Vớicác nguồn sáng thông thường thì thời gian phát sáng vào khoảng 8

0 10

 , vận tốcánh sáng cỡ c=3.108m/s do đó chiều dài đoàn sóng truyền trong chân không cỡl=c.t0=3.108.10-8=3m Độ dài đoàn sóng còn được gọi là độ dài kết hợp Nếu các đoànsóng như thế lại do cùng một nguyên tử phát ra ở các thời điểm khác nhau thì pha banđầu của chúng thay đổi một cách hỗn loạn từ lần phát xạ này đến lần phát xạ khác.Chính vì vậy mà những đoàn sóng này là những sóng không kết hợp Cũng như vậy

hai đoàn sóng sẽ không phải là kết hợp nếu chúng được phát ra từ hai nguyên tử khácnhau của cùng một nguồn sáng

Tóm lại, các sóng ánh sáng do các nguồn sáng thông thường phát ra là khôngkết hợp Muốn tạo ra được hai sóng kết hợp từ một nguồn sáng thông thường người taphải tìm cách tách đoàn sóng phát ra cùng một nguyên tử thành hai đoàn sóng bằngcách cho chùm sáng ban đầu phản xạ trên hai gương phẳng (gương Fresnel), hay khúc

xạ qua hai lăng kính (lưỡng lăng kính), hoặc đi qua hai khe hẹp nằm gần nhau (kheYoung) Sau đó nếu ta cho hai sóng kết hợp này truyền theo hai con đường khác nhau,

và cho chúng gặp nhau thì ta sẽ có hiện tượng giao thoa ánh sáng Tuy nhiên khi đóhiện tượng giao thoa chỉ xảy ra khi hiệu quang trình  (hiệu đường đi) của hai sóngkết hợp phải nhỏ hơn độ dài kết hợp của đoàn sóng

Thực vậy, khi hiệu quang trình l, nghĩa là hai đoàn sóng tách ra từ mộtđoàn sóng ban đầu (phát ra từ một nguyên tử hay một phân tử của một nguồn sáng)khi gặp lại nhau gần như chồng lên nhau thì hình ảnh giao thoa sẽ rõ nét, khi  l thìhai đoàn sóng chồng lên nhau một phần thì hình ảnh giao thoa sẽ mờ đi Và cuốicùng, khi  l thì hai đoàn sóng nối đuôi nhau và hình ảnh giao thoa sẽ biến mất.Như vậy độ dài của đoàn sóng xác định giá trị cực đại của hiệu quang trình để còn cóthể xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng

Ngày nay với các máy phát lade thì ánh sáng phát ra từ các máy phát này có độkết hợp (và độ đơn sắc) rất cao (độ dài đoàn sóng rất lớn), cho nên ta có thể quan sáthiện tượng giao thoa dù hiệu quang trình có giá trị lớn

2.3.3 Sơ đồ thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng được bố trí như hình

Hình 2.7

Sóng ánh sáng đi qua S2 cùng pha với sóng đi qua S1 vì hai sóng này là nhữngphần của một sóng duy nhất được truyền đến màn Tuy nhiên, sóng đến P từ S2không cùng pha với sóng đến P từ S1 vì sóng thứ hai phải đi qua một quãng đườngngắn hơn sóng thứ nhất để đến P (r 2 r1)

Dựa vào hình 2.7 ta dễ dàng tìm được: r1 r2 dsin  dtan  d.D x

Vị trí các cực đại, cực tiểu giao thoa

Lập luận tương tự như giao thoa của sóng nước ta có:

- Vị trí các vân sáng (cực đại giao thoa): x s md D với m  0 ,  1 ,  2

- Vị trí các vân tối (cực tiểu giao thoa):

d

D m

x t )

2

1 ( 

 với m  0 ,  1 ,  2

Khoảng vân

Khoảng vân i là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp

Công thức tính khoảng vân: ix k1 x k d D

2.3.4 Giao thoa với ánh sáng trắng

Nếu nguồn sáng S1 và S2 phát ánh sáng trắng gồm mọi ánh sáng đơn sắc cóbước sóng   0 , 38  0 , 76 m thì mỗi ánh sáng đơn sắc sẽ cho một hệ vân giao thoa

có màu sắc riêng và độ rộng i khác nhau Tại vị trí chính giữa của miền giao thoa,mọi ánh sáng đơn sắc đều cho cực đại nên vân cực đại giữa là một vân sáng trắng (vânsáng trung tâm) Hai bên vân trắng trung tâm là hai vân tối hoàn toàn vì cực tiểu thứnhất của mọi hệ vân đều gần trùng nhau tại đó

Vì khoảng vân i phụ thuộc vào bước sóng nên ở hai bên vân trắng trung tâm,các hệ vân của các ánh sáng đơn sắc khác nhau sẽ nằm ở các vị trí khác nhau

Ngoài hai vân tối đầu tiên, sẽ không còn một vân tối nào khác Nguyên nhân là

do tại vị trí có vân tối ứng với bước sóng

này sẽ có vân sáng của bước sóng khác

Ứng với các giá trị khác nhau của k, các cực đại không trùng nhau và tạo thành mộtvân sáng có màu sắc, bờ trong màu tím và bờ ngoài màu đỏ, được gọi là vân bậc 1,bậc 2, bậc 3….Càng xa vân trung tâm, ứng với các giá trị khác nhau của k, các vânmàu sẽ chồng lên nhau.

2.3.5 Ảnh hưởng của độ đơn sắc của ánh sáng đến giao thoa

Thực tế ánh sáng là không đơn sắc, nghĩa là ánh sáng chứa một nhóm các sóng

có bước sóng (hay tần số) với giá trị gần bằng nhau   , , , , 1 2  ; .Tại Om=0 với mọi bước sóng đều cho ta cực đại, khi m 0vị trí cực đại của các bước sóngcùng bậc sẽ bị lệch nhau và m càng lớn thì độ lệch càng nhiều

Hình 2.9

Tăng m đến một giá trị nào đó vân sáng bậc m của bước sóng   trùng vớivân sáng bậc m+1 của bước sóng thì xảy ra san bằng độ rọi giữa hai cực đại liêntiếp, ta không phân biệt được các vân giao thoa nữa Bậc m tương ứng gọi là bậc giaothoa cực đại.: x m(     ) x m1(  )  m(     )  (m 1 )  

2.3.6 Ứng dụng của hiện tượng giao thoa

+ So sánh chiều dài của mét mẫu với bước sóng ánh sáng (giao thoa kế)

+ Phép phân tích quang phổ có năng suất phân giải cao

+ Các kính lọc sắc giao thoa

+ Đo chiết suất của chất khí (giao thoa kế Rê-lay)

+ Kiểm tra phẩm chất các bề mặt quang học

( Vật lí đại cương-các nguyên lí và ứng dụng-Trần Ngọc Hợi-Tập 3-Trang 56,57)

Xét ứng dụng của hiện tượng giao thoa để kiểm tra các mặt kính phẳng

Hình 2.10

Chương 3 CÁC BỨC

NHÌN THẤY 3.1 Thí nghiệm phát hiện các bức xạ không nhìn thấy

Ranh giới bước sóng 0 , 76 m giữa tia hồng ngoại và ánh sáng khả kiến thực

ra chỉ là gần đúng Nhờ có nguồn hồng ngoại mạnh là tia laze, người ta đã phát hiện rađược rằng mắt người có thể “nhìn” được tia hồng ngoại có bước sóng tới 1 , 2  1 , 5 m.Tuy nhiên, độ nhạy của mắt đối với các tia đó rất nhỏ, nên trong tính toán, người tavẫn coi giới hạn của phổ khả kiến là 0 , 76 m

3.2.2 Nguồn phát tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại do các phân tử vật chất phát xạ khi chúng chuyển giữa cáctrạng thái có các mức năng lượng dao động và quay khác nhau, hoặc do các electronchuyển dời giữa các quỹ đạo ở xa hạt nhân

Bất kỳ các vật nào có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của môi trường xung quanhđều phát ra tia hồng ngoại Trong ánh sáng mặt trời, có khoảng 50% năng lượng củachùm sáng là thuộc về các tia hồng ngoại Nguồn phát tia hồng ngoại thường dùng làcác bóng đèn có dây tóc bằng vonfram nóng sáng công suất từ 250W đến 1000W

3.2.3 Tính chất của tia hồng ngoại

- Tác dụng nổi bật nhất của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt (tia nhiệt): vật hấpthụ tia hồng ngoại sẽ nóng lên

- Tia hồng ngoại có khả năng gây ra một số phản ứng hóa học, có thể tác dụnglên một số loại phim ảnh

- Tia hồng ngoại có thể biến điệu (điều biến) được như sóng điện từ cao tần

Hình 2.11 Thí nghiệm phát hiện bức xạ không nhìn thấy

- Tia hồng ngoại còn có thể gây ra hiện tượng quang điện trong một số chấtbán dẫn.

3.2.4 Ứng dụng của tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học , trong thực

tế sản xuất, trong quân sự, y học,…

Việc nghiên cứu quang phổ quang phổ phát xạ và hấp thụ của các nguyên tửtrong vùng hồng ngoại cung cấp thêm cho ta những thông tin cần thiết để xác định cấutrúc của lớp vỏ electron của các phân tử Việc nghiên cứu quang phổ quang phổ phát

xạ và hấp thụ hồng ngoại của các phân tử được được ứng dụng để nghiên cứu cấu trúccủa các phân tử và để phân tích định tính lẫn định lượng các hỗn hợp có các thànhphần phân tử phức tạp Ví dụ: Phân tích nhiên liệu dùng cho các động cơ đốt trong

Phép chụp ảnh hồng ngoại có một số ưu điểm so với phép chụp ảnh dùng ánhsáng trông thấy, trong đó ưu điểm nổi bật là tia hồng ngoại ít bị tán xạ bởi các đámkhói hay lớp sương mù mỏng Do đó, so với ánh sáng nhìn thấy, khi đi qua nhữngđám này, tia hồng ngoại bị yếu đi ít hơn Vì vậy trong lớp không khí có khói haysương mù nhẹ, người ta vẫn có thể chụp ảnh hồng ngoại của những vật ở rất xa, tới

500 km

Một đặc điểm khác của phép chụp ảnh hồng ngoại là độ tương phản của các vậttrên bức ảnh hồng ngoại và trên các bức ảnh chụp bằng ánh sáng trông thấy rất khácnhau Vì vậy, trong bức ảnh hồng ngoại, ta có thể phát hiện ra những chi tiết mà bứcảnh chụp bằng ánh sáng trông thấy không có

Nhờ đặc điểm này mà phép chụp ảnh được ứng dụng trong các lĩnh vực:

+ Sinh học: nghiên cứu một số bệnh của cây trồng

+ Y học: nghiên cứu các bệnh về thành mạch, bệnh ngoài da, bệnh mắt

+ Tư pháp: phát hiện các dấu vết,…

Ta cũng có thể chụp ảnh hồng ngoại trong vùng tối hoàn toàn Để chụp ảnh hồngngoại, ta có thể dùng các máy ảnh thường nhưng phải lắp phim hồng ngoại và kínhlọc hồng ngoại chỉ cho tia hồng ngoại đi qua

Dùng tia hồng ngoại để sấy khô các sản phẩm nông nghiệp, thuốc, đồ dệt, sảnphẩm sơn….có một số ưu điểm hơn so với việc sấy bằng luồng khí nóng đối lưu.Trước hết tia hồng ngoại trong vùng bước sóng từ 1 m 2 m do các đèn sấy phát ra

có thể đi xuyên vào một độ sâu nào đó trong bề mặt của vật cần sấy (lớp sơn chẳnghạn) Điều đó làm cho tốc độ sấy khô tăng lên rõ rệt Hơn nữa, việc sấy khô được thựchiện ngay sau khi có tia hồng ngoại chiếu vào vật đem sấy và ta không phải đốt nóng

lò trước khi sấy Ngoài ra, ta còn có thể sấy từng phần của vật mà không cần phải làmnóng toàn bộ vật, tiết kiệm hơn việc sấy thông thường

Trong việc quan sát ban đêm bằng tia hồng ngoại, người ta dùng một đènchiếu hồng ngoại để chiếu một chùm tia hồng ngoại vào vật cần quan sát Chùm tia

hồng ngoại phản xạ được quan sát bằng ống nhòm hồng ngoại Ống nhòm hồng ngoại

có vật kính là thấu kính hồng ngoại, tại tiêu diện của nó đặt catot của một máy biếnđổi quang điện Catot này làm bằng chất nhạy tia hồng ngoại Khi catot bị tia hồngngoại chiếu vào sẽ xảy ra hiện tượng quang điện, chỗ nào bị chiếu mạnh sẽ có nhiềuelectron bị bật ra Các electron bị bật ra sẽ được tăng tốc trong một điện trường và bayqua một thấu kính từ rồi đến đập vào một màn huỳnh quang làm hiện lên ảnh nhìnthấy được của vật

Một số tên lửa tự động tìm mục tiêu có một đầu dò hồng ngoại: nhận đượcbức xạ hồng ngoại từ những mục tiêu nóng như ống khói nhà máy, động cơ máy bayđang bay….đầu dò tác động vào bộ phận điều khiển của tên lửa để hướng nó bay vềphía mục tiêu

Tia tử ngoại do các nguyên tử phát ra khi các electron ở các lớp sâu bị kíchthích Nếu khi bức xạ các nguyên tử ở trạng thái cô lập thì chúng phát ra quang phổvạch đặc trưng thuộc vùng tử ngoại Còn nếu các nguyên tử có tương tác với nhau thìkhi bức xạ chúng có thể phát ra quang phổ tử ngoại liên tục.

Những vật có nhiệt độ lớn hơn 3000o C phát ra một lượng lớn tia tử ngoại.Trong ánh sáng mặt trời, có khoảng 9% công suất của chùm sáng phát ra thuộc về cáctia tử ngoại Mặt trời, các vì sao có nhiệt độ cao, các đèn thủy ngân, hồ quang điệnđều là các nguồn phát tia tử ngoại thường gặp

3.3.3 Tính chất của tia tử ngoại

- Tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa chất khí

- Kích thích sự phát quang của nhiều chất (khoáng thạch, thuốc nhuộm,vitamin…), có thể gây ra một số phản ứng quang hóa và phản ứng hóa học

- Bị thủy tinh, nước, hấp thụ rất mạnh Tia tử ngoại có bước sóng từ 0 , 18 m

đến 0 , 4 m truyền qua được thạch anh

- Có thể gây ra hiện tượng quang điện

3.3.4 Ứng dụng của tia tử ngoại

Tia tử ngoại được ứng dụng trong nhiều đời sống và nghiên cứu khoa học

Trong lĩnh vực thiên văn học: dùng tia tử ngoại có thể nghiên cứu sự hình thành vàvận động của các ngôi sao trong các thiên hà

Tia tử ngoại được dùng để khử trùng các dụng cụ y tế, nước, không khí, thực phẩm Trong lĩnh vực y học, tia tử ngoại được dùng để chữa bệnh còi xương

Dùng tia tử ngoại để nghiên cứu khoáng thạch: khi được kích thích dưới ánh sáng tửngoại, những mẫu khoáng vật sẽ phát sáng huỳnh quang với những bước sóng khácnhau.Tia tử ngoại được dùng để dò tìm các vết nứt, vết xước nhỏ trên bề mặt sảnphẩm, trong kỹ thuật phát hiện tiền giả, phòng chống tội phạm,…

3.3.5 Tác hại của tia tử ngoại đối với sức khỏe con người

Sự sống trên trái đất không thể tồn tại nếu không có ánh nắng mặt trời Bức xạ cựctím trong ánh nắng có tác dụng tốt đối với sức khỏe con người như thúc đẩy quá trìnhsinh tổng hợp vitamin D Tuy nhiên, phơi nắng quá nhiều lại có các ảnh hưởng xấuđối với da, mắt và hệ thống miễn dịch Tác hại của ánh nắng đối với sức khỏe là do tiacực tím có trong ánh nắng gồm cả 3 loại UV-A, UV-B và UV-C

- UVC 180nm – 290nm: không chiếu được vào mặt đất nhờ tầng ozone ngăn cản,nhưng ở những vùng bị thủng thì đây là tia sáng gây ung thư mạnh mẽ nhất

- UVB 290nm – 320nm: gây chứng viêm da, cháy bỏng, nổi bọc nước trên da

- UVA 320nm – 400nm: làm cho da bị sạm đen, nguyên nhân của nám nhăn, thúc đẩy

sự lão hóa của da đi nhanh

Các biện pháp bảo vệ da và mắt trước tác hại của ánh nắng

Biện pháp quan trọng nhất để tránh tác hại của ánh nắng đối với mắt là tránhtiếp xúc trực tiếp với ánh nắng, đặc biệt từ 11 giờ sáng đến 4 giờ chiều, là khoảng thờigian có nhiều tia tử ngoại nhất trong ánh nắng Do đó, đối với một số nghề nghiệpphải làm việc ngoài trời thì nên sắp xếp công việc hợp lý để tốt nhất là làm việc trước

11 giờ sáng và sau 4 giờ chiều

Khi bắt buộc phải làm việc dưới ánh nắng thì nên tạo ra bóng râm như làm lántrại, che ô Ngoài ra, khi làm việc hoặc sinh hoạt trực tiếp dưới ánh nắng nên có cácphương tiện che chắn nắng như đội mũ rộng vành, đeo kính có chức năng hấp thụ tiacực tím, khăn che mặt, dùng các sản phẩm chống nắng…

3.4 Tia X

3.4.1 Định nghĩa

Tia X (tia Rơn-ghen) là những bức xạ có bước sóng từ 10  8m đến 10  11m(ngắn hơn bước sóng của tia tử ngoại)

Có hai loại tia X: tia X có quang phổ liên tục (còn gọi là bức xạ hãm) và tia X

có quang phổ vạch (còn gọi là tia X đặc trưng)

3.4.2 Cơ chế phát ra tia X

Đối với bức xạ hãm

Bức xạ hãm được phát ra khi các electron chuyển động nhanh bị hãm trongđiện trường tĩnh gần hạt nhân làm phát ra một xung sóng điện từ gồm vô số sóng điện