Sách Vật lý/Ánh sáng

Tủ sách mở Wikibooks
Arc en ciel - panoramio.jpg

Ánh sáng là từ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường của con người (tức là từ khoảng 380 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 phát sinh từ nhiều nguồn. Thí dụ như Ánh sáng mặt trời, Ánh sáng mặt trăng, Cầu vòng 6 màu. Ánh sáng đèn điện, Ánh sáng đèn cầy, Ánh sáng đèn dầu, Ánh sáng đèn măng song. Ánh sáng lửa, Ánh sáng đá lân tinh, Ánh sáng từ đom đómQuang tuyến nhiệt quang của Phóng xạ vật


Tính chất ánh sáng[sửa]

  • Mọi ánh sáng thấy được đều có màu sắc .
  • Ánh sáng thấy được có bước sóng tạo ra từ ánh sáng màu ngũ sắc Đỏ, Cam, Vàng, Xanh lá , Xanh dương
  • Mọi ánh sáng đều có năng lượng nhiệt
  • Sóng ánh sáng nhiệt di chuyển dưới dạng sóng điện từ ở vận tốc không đổi tại tần số f≥ fo và ở vận tốc v tại tần số f <fo

Sóng ánh sáng[sửa]

Phóng xạ sóng điện từ - James Maxwell[sửa]

Maxwell đả chứng minh được Sóng ánh sáng thấy được di chuyển dưới dạng Sóng điện từ

Onde electromagnetique.svg ≈=


Mang theo năng lượng của Quang tuyến nhiệt quang

Ở vận tốc ánh sáng thấy được

Có bước sóng của ánh sáng thấy được

Tần số của ánh sáng thấy được cho biết tần số ngưởng của vật chất ; tần số phát sáng của vật chất

Sóng dọc - Huygen[sửa]

Sóng ánh sáng thuộc loại Sóng dọc (Sóng ngang) ||||||| di chuyển ở vận tốc ánh sáng thấy được

Loại ánh sáng[sửa]

Ánh sáng thấy được[sửa]

Mọi loại Ánh sáng từ các nguồn phát sáng mắt thường thấy đươc di chuyển Dưới dạng Sóng điện từ

Onde electromagnetique.svg
  • Ở vận tốc cực nhanh là một hằng số không đổi đo được bằng
  • Có bước sóng ánh sáng thấy được bằng mắt thường nằm trong khoảng nano mét


Từ trên,

Ta có

Năng lượng Ánh sáng thấy được

Ánh sáng màu[sửa]

Thí nghiệm cho thấy khi ánh sáng di chuyển qua tinh thể trong suốt như Lăng Kín sẻ tạo ra Ánh sáng màu của các màu - 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.

Prism-rainbow.svg
Màu Góc khúc xạ Bước sóng
Đỏ
Cam
Vàng
Xanh la
Xanh dương
Tím

Phản ứng ánh sáng[sửa]

Ánh sáng truyền qua 3 môi trường vật chất rắn, lỏng và khí cho ra các phản ứng ánh sáng như Phản xạ, Khúc xạ , Chiết xạ , Khuếch xạ , Nhiễu xạ

Phản xạ[sửa]

Phản xạ là một hiện tượng sóng . Sóng di chuyển đụng vật cản bị phản hồi trở về

θi = θr. Góc tới bằng góc phản xạ.

Ánh sáng và gương[sửa]

Ánh sáng di qua gương để lại bóng hình vật

Gương Gương phẳng Gương lỏm Gương lồi
Bóng hình vật Chirality.svg Gương cầu lõm Convexmirror raydiagram.svg

Ứng dụng ánh sáng qua gương[sửa]

Công cụ Hình
Kiếng cận
Viễn vọng kính ApoRef.png
Ống dòm Ống nhòm
Kính lúp Tập tin:Kính lúp.JPG
Kính hiển vi Binocular compound microscope, Carl Zeiss Jena, 1914 (6779276516).jpg

Khúc xạ[sửa]

Khúc xạ là một hiện tượng sóng . Sóng di chuyển qua 2 môi trường vật chất có khác biệt chiết xuất

Refraction-with-soda-straw.jpgKhúcxạ.png

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:

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.

Chiết xạ[sửa]

Chiết xạ là một hiện tượng sóng . Sóng di chuyển đụng vật cản tạo ra nhiều sóng con . Thí dụ như Ánh sáng màu được tìm thấy từ cầu vồng 6 màu hiện trên bầu trời sau cơn mưa.

Arc en ciel - panoramio.jpg

Ánh sáng màu[sửa]

Thí nghiệm cho thấy khi ánh sáng di chuyển qua tinh thể trong suốt như Lăng Kín sẻ tạo ra Ánh sáng màu của các màu - 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.

Prism-rainbow.svg
Màu Góc khúc xạ Bước sóng
Đỏ
Cam
Vàng
Xanh la
Xanh dương
Tím

Ứng dụng[sửa]

Nhiễu xạ[sửa]

Nhiễu xạ là một hiện tượng sóng . Hiện tượng 2 sóng di chuyển hướng vào nhau giao nhau tạo ra các nhiểu sóng như

Sáng chói hay mất sáng khi 2 sóng ánh sáng giao thoa cộng
Tiếng chói hay mất tiếng khi 2 sóng âm thanh giao thoa trừ


Sóng giao thoa với nhau[sửa]

Two sources interference.gif Interference of two waves.svg


Nguyên lý chồng chập sóng[sửa]

Interference of two waves.svg

Nguyên lý Huygens-Fresnel (đặt theo tên của nhà vật lý người Hà Lan Christiaan Huygens, và người Pháp Augustin-Jean Fresnel), ban đầu được đưa ra trong lý thuyết sóng ánh sáng Huygens, giải thích sự lan truyền của ánh sáng như các sóng, nay được ứng dụng trong tính toán về lan truyền của sóng nói chung.

Về cơ bản, nguyên lý này cho rằng mỗi điểm nằm trên đầu sóng là nguồn cho các sóng thứ cấp mới; và sự lan truyền của toàn bộ là tổng của các sóng thứ cấp đến từ mọi điểm trong môi trường mà sóng đã đi qua. Cách tiếp cận này cho phép giải thích nhiều hiện tượng quang học và hiện tượng sóng nói chung, như hiện tượng nhiễu xạ. Khi không có hiệu ứng phi tuyến, nguyên lý chồng chập được sử dụng để tiên đoán hình dạng của sóng thông qua cách cộng sóng. Tương tác giữa các sóng tạo ra các phần "giao thoa", như giao thoa tăng cường hoặc giao thoa triệt tiêu.


  • Nếu hai sóng có cùng bước sóng và tần số trong trạng thái cùng pha, cả đỉnh sóng và bụng sóng của mỗi sóng sẽ khớp với nhau. Kết quả này dẫn tới giao thoa tăng cường làm tăng biên độ của sóng, mà đối với ánh sáng sẽ là sự sáng lên của cường độ tại vị trí đó.
  • Nếu hai sóng có cùng bước sóng và tần số những ngược pha nhau, thì đỉnh sóng của sóng này khớp với bụng sóng của sóng kia và ngược lại. Kết quả là giao thoa triệt tiêu và giảm biên độ sóng, mà đối với ánh sáng sẽ là sự mờ đi của cường độ tại vị trí

Khuếch xạ[sửa]

Khuếch xạ (tiếng Anh: Diffraction) là hiện tượng quan sát được khi sóng lan truyền qua khe nhỏ hoặc mép vật cản (rõ nhất với các vật cản có kích thước tương đương với bước sóng), trong đó sóng bị lệch hướng lan truyền, lan toả về mọi phía từ vị trí vật cản, và tự giao thoa với các sóng khác lan ra từ vật cản.

Two-Slit Diffraction.png


Thí nghiệm Young Ánh sáng qua khe[sửa]

Nhiễu xạ (tiếng Anh: Diffraction) là hiện tượng quan sát được khi sóng lan truyền qua khe nhỏ hoặc mép vật cản (rõ nhất với các vật cản có kích thước tương đương với bước sóng), trong đó sóng bị lệch hướng lan truyền, lan toả về mọi phía từ vị trí vật cản, và tự giao thoa với các sóng khác lan ra từ vật cản.

Hiện tượng nhiễu xạ đã được quan sát với mọi loại sóng, như âm thanh, sóng nước, sóng điện từ (như ánh sáng hay sóng radio), hay các hạt thể hiện tính chất sóng thông qua lưỡng tính sóng hạt.

Mô hình giao thoa hệ 2 khe trong thí nghiệm Young và hình ảnh giao thoa thu được.

Đây là hình ảnh ghi nhận được trong thí nghiệm của Young. Hình ảnh giao thoa thu dược trên màn ảnh đặt song song và sau hai khe hẹp sát gần nhau. Ảnh giao thoa thu được là các vân sáng tối xen kẽ song song nhau.


Các vạch sáng tương ứng với cực đại giao thoa (hai sóng tăng cường) là nơi thỏa mãn điều kiện:

Còn các vạch tối là nơi mà 2 sóng dập tắt lẫn nhau và phải thỏa mãn điều kiện:

Nếu tính theo điều kiện xấp xỉ góc nhỏ thì điều kiện của vân sáng sẽ là:

Ở đây:

λ là bước sóng ánh sáng,
d khoảng cách giữa hai khe,
n bậc giao thoa (n = 0 khi ở vân sáng trung tâm),
x khoảng cách từ vị trí vân sáng đến vân trung tâm,
L khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn quan sát,
θn tọa độ góc của điểm khảo sát.

Xem thêm[sửa]

Lý thuyết ánh sáng

  1. Lý thuyết hạt ánh sáng
  2. Lý thuyết sóng ánh sáng
  3. Lý thuyết ánh sáng điện từ
  4. Lý thuyết lượng tử ánh sáng