Sách Vật lý/Ánh sáng

Ánh sáng tạo ra từ nguồn nhiệt có màu sắc thấy được bằng mắt người

Nguồn Ánh sáng

Ánh Sáng phát sinh từ nhiều nguồn

1. Ánh Sáng từ các Hành Tinh. Ánh Sáng Mặt Trời , Mặt Trăng, Cầu vòng 6 màu
2. Ánh Sáng Điện. Ánh Sáng Đèn Điện tròn, dài và LED
3. Ánh Sáng Đèn . Ánh Sáng Đèn Cầy , Ánh Sáng Đèn Dầu , Ánh Sáng Đèn Măng song
4. Ánh Sáng Lửa.
5. Ánh Sáng từ Đá. Ánh Sáng từ Đá Lân Tinh
6. Ánh Sáng từ Động Vật. Ánh Sáng từ Đom Đóm

Tính chất Ánh sáng

• Mọi Ánh sáng đều mang theo một Năng lượng nhiệt
• Mọi Ánh sáng đều có màu sắc (Trắng, Vàng, Xanh dương, Tím, Đỏ ...)
• Mọi Ánh sáng di chuyển với vận tốc không đổi trong mọi môi trường vật chất rắn, lỏng, khí, dẻo và trong chân không đo được bằng $v=C=\lambda f=299.792.458=3\times 10^{8}$m/s
• Ánh sáng thấy được có bước sóng $\lambda _{o}=400-700nm$
• Tần số ngưởng phát ra ánh sáng thấy được của mọi vật khi tương tác với nhiệt được tính bằng

$v=C=\lambda _{o}f_{o}$

$f_{o}={\frac {C}{\lambda _{o}}}={\frac {3\times 10^{8}m/s}{400-700nm}}$

Ánh sáng và vật

Ánh sáng và vật tương tác tạo ra các hiện tượng nhiệt truyền, tạo ra bóng hình vật , tạo ra ánh sáng màu , tạo ra vạch sáng và vạch tối,

Tạo ra Nhiệt Truyền

Ánh sáng đi qua vật tạo ra NHiệt truyền qua ba giai đoạn

Nhiệt tỏa . Nhiệt tỏa vào môi trừong xung quanh vật khi nhiệt và vật tương tác

$\Delta T=T_{2}-T_{2}$

$E=mC\Delta T=mC(T_{2}-T_{1})$

Nhiệt Phóng Xạ . Nhiệt tỏa vào môi trừong xung quanh và phát ra ánh sáng thấy được vật khi nhiệt và vật tương tác

$W=\Phi +KE=hf$

$\Phi =hf_{o}$ $(f=f_{o},KE=0)$

Nhiệt Phân rả . Nhiệt tỏa vào môi trừong xung quanh và giải thoát điện tử âm vật khi nhiệt và vật tương tác

$E=E_{o}+E_{e}$

$hf=hf_{o}+{\frac {1}{2}}mv^{2}$

$v={\sqrt {\frac {2h\Delta f}{m}}}$

Tạo ra Bóng Hình Vật

Vạt chất rắn

Ánh sáng và vật chất rắn tương tác để lại bóng hình thực của . Đây là hiện tượng phản xa của Sóng ánh sáng

Gương phẳng
Gương lỏm
Gương lồi

Vạt chất lỏng

Ánh sáng và vật chất lỏng tương tác để lại bóng hình ảo của vật . Đây là hiện tượng khúc xa của Sóng ánh sáng

Khi ánh sáng đổi hướng khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất khác nhau được tính theo công thức đặc trưng của hiện tượng khúc xạ, còn gọi là Định luật Snell hay định luật khúc xạ ánh sáng có dạng:

${\frac {\sin \theta _{1}}{\sin \theta _{2}}}={\frac {v_{1}}{v_{2}}}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}={\sqrt {\left({\frac {\epsilon _{2}\mu _{2}}{\epsilon _{1}\mu _{1}}}\right)}}$

Với:

• i là góc giữa tia sáng đi từ môi trường 1 tới mặt phẳng phân cách và pháp tuyến của mặt phẳng phân cách hai môi trường.
• r là góc giữa tia sáng đi từ mặt phân cách ra môi trường 2 và pháp tuyến của mặt phẳng phân cách hai môi trường.
• n₁ là chiết suất môi trường 1.
• n₂ là chiết suất môi trường 2.

Tạo ra Ánh Sáng Màu

Ánh sáng màu được tìm thấy từ cầu vồng 6 màu hiện trên bầu trời sau cơn mưa. Thí nghiệm cho thấy khi ánh sáng di chuyển qua tinh thể trong suốt như Lăng Kín sẻ tạo ra Ánh sáng màu của 6 màu

6 màu bao gồm - Đỏ, Cam, Vàng, Xanh lá, Xanh dương, Tím đây là hiện tượng Tán xạ hay Chiết xạ của ánh sáng. Khi quang tuyến nhiệt quang tương tác với lăng kín sẻ tạo ra ánh sáng màu của 6 màu Đỏ, Cam, Vàng, Xanh lá, Xanh dương, Tím. Cho thấy ánh sáng thấy được tạo ra từ ánh sáng của 6 màu.

Màu	Góc khúc xạ	Bước sóng
Đỏ
Cam
Vàng
Xanh la
Xanh dương
Tím

Sóng ánh sáng

Dạng sóng

Theo Huygen, sóng ánh sáng có dạng sóng dọc .

|||||

Theo Maxwell, sóng ánh sáng di chuyển dưới dạng sóng điện từ

Ánh sáng thấy được

Sóng ánh sáng thấy được có bước sóng đo dược

$\lambda _{o}=400-700nm$

Vận tốc ánh sáng

Foucault thí nghiẹm

Một phương pháp đo tốc độ ánh sáng khác là đo thời gian cần thiết cho ánh sáng đi tới gương ở một khoảng cách đã biết và phản xạ trở lại. Nguyên lý đo này được Hippolyte Fizeau và Léon Foucault phát triển với thiết bị gọi là dụng cụ Fizeau–Foucault.

Minh họa dụng cụ Fizeau–Foucault

Fizeau bố trí thí nghiệm bằng cách cho chùm sáng chiếu đến một gương phản xạ cách xa Bản mẫu:Convert/km. Trên quãng đường từ nguồn đến gương, chùm sáng vượt qua một bánh xe có răng. Với một tốc độ quay xác định, chùm sáng vượt qua khe răng cưa trên đường tới gương và phản xạ lại vượt qua một khe răng cưa khác, nhưng nếu bánh xe hơi quay nhanh hơn hoặc chậm hơn tốc độ quay này thì chùm sáng sẽ bị cản bởi răng và không vượt qua được bánh xe. Khoảng cách đến bánh xe và gương là cho xác định trước; số răng trên bánh xe, tốc độ quay bánh xe và tốc độ ánh sáng có thể tính ra được

Phương pháp của Foucault đó là thay thế bánh xe răng cưa bằng một gương quay. Bởi vì gương quay liên tục khi có ánh sáng truyền từ nguồn đến gương phản xạ ở xa và quay ngược trở lại, ánh sáng bị phản xạ tại gương quay với góc của tia tới khác góc của tia phản xạ. Từ hiệu độ lớn góc này, vận tốc quay đã biết và khoảng cách đến gương phản xạ ở xa ông tính ra được tốc độ ánh sáng.

Thí nghiẹm Foucault cho tháy vận tốc ánh sáng di chuyển trong chan khong ở vận tóc đo đựoc

$v=3\times 10^{8}m/s=\lambda _{o}f_{o}$

Tính tóan Vận tốc ánh sáng Maxwell

Theo Maxwell, sóng ánh sáng di chuyển dưới dạng sóng điện từ ở vận tốc tính bằng

$v=\omega _{o}={\sqrt {\frac {1}{\mu _{o}\epsilon _{o}}}}=C=\lambda _{o}f_{o}$

Tính tóan Vận tốc ánh sáng của Maxwell cho tháy vận tốc ánh sáng di chuyển trong khong khí ở vận tóc đo đựoc

$v=\omega _{o}={\sqrt {\frac {1}{\mu _{o}\epsilon _{o}}}}=\lambda _{o}f_{o}=3\times 10^{8}=C$

Thuyết tương đối hep

Thuyết tương đối hẹp dựa trên hai tiên đề:

• Tốc độ ánh sáng trong chân không là một hằng số không đổi có độ lớn bằng c (=299792458 m/s) trong mọi hệ quy chiếu quán tính, không phụ thuộc vào phương truyền và tốc độ của nguồn sáng hay máy thu
• Các định luật vật lý có cùng một dạng như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính (nguyên lý tương đối). Những hệ quy chiếu chuyển động đều gọi là hệ quy chiếu quán tính

Phản ứng sóng ánh sáng

Sóng ánh Sáng di chuyển đụng vật cản có các Phản ứng sau

Hiện Tượng Sóng	Định Nghỉa	Minh Họa
Phản xạ	Sóng bị vật cản trên đưong di chuyển phản hồi trở về
Khúc xạ	Sóng bị lệch khi di chuyển qua vật cản
Chiết xạ	Sóng bị tách ra Nhiều Sóng Tần Số khi di chuyển qua vật trong suốt
Khuếch xạ	Sóng di chuyển qua khe hẹp tạo Sóng Khuếch đại
Nhiểu xạ	Sóng cùng chiều hay khác chiều di chuyển hướng vào nhau giao thoa với nhau cho ra Nhiểu Sóng Cộng hay Nhiểu Sóng Trừ

Tạo ra các hiện tượng Ánh sáng sau Sáng chói , Sáng tỏ, Sáng mờ , Mất sáng

Ứng dụng

• Bóng đèn điện, LED, Bóng đèn tròn, Bóng đèn dài...
• Quang điện, Bản Quang Điện
• Quang Tuyến, Quang Tuyến X soi hình xương trong cơ thể con người
• Đèn La ze, đèn đơn sắc tích hợp
• Kính , Kính viển vọng, Kính dòm, kính phóng đại