Bài 27. Tia hồng ngoại và tia tử ngoại

Tia hồng ngoại & Tia tử ngoại
Infrared – Ultraviolet
TS.Trương Tinh Hà
Khoa Vật Lý - Trường Đại Học Sư Phạm TP.HCM
Website: tinhha.centea.org
Email: [email protected]
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
2
Nội dung trình bày
Ánh sáng dưới góc nhìn của thuyết sóng điện-từ
Phổ sóng điện từ
Lịch sử phát hiện ra tia hồng ngoại (IR) và tử ngoại (UV)
Các đặc tính của IR và UV
“Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”
Các ứng dụng của IR và UV
Sự nguy hiểm của tia UV
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
3
Nội dung trình bày
(bổ sung)
Củng cố SGK Vật lý 12.
Hiệu ứng nhà kính (Greenhouse effect)
Tầng ozon (Ozone layer)
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
4
Ánh sáng dưới góc nhìn của lý thuyết sóng điện-từ
Các nhà triết học Hy lạp cổ đại xem ánh sáng như các tia truyền thẳng!
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
5
Ánh sáng dưới góc nhìn của lý thuyết sóng điện-từ
Vào thế kỷ thứ 17, nhiều nhà khoa học Châu Âu tin vào giả thuyết: ánh sáng là một dòng các hạt rất nhỏ.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
6
Ánh sáng dưới góc nhìn của lý thuyết sóng điện-từ
Một số nhà khoa học khác lại tin rằng: ánh sáng là sóng, và nó được truyền đi trong môi trường chứa đầy ête.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
7
Ánh sáng dưới góc nhìn của lý thuyết sóng điện-từ
Năm 1862, Maxwell phát hiện rằng: vận tốc ánh sáng truyền đi trong không gian gần bằng vận tốc của sóng điện từ.
Maxwell kết luận:
Ánh sáng có bản chất là sóng điện từ
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
8
Ánh sáng là sóng điện từ
“This velocity is so nearly that of light that it seems we have strong reason to conclude that light itself (including radiant heat and other radiations) is an electromagnetic disturbance in the form of waves propagated through the electromagnetic field according to electromagnetic laws”
Maxwell (1864)
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
9
Phổ sóng điện từ
(electromagnetic spectrum)
Ánh sáng mà chúng ta nhìn thấy chỉ chiếm một vùng rất nhỏ trong phổ sóng điện từ, bên ngoài vùng nhìn thấy còn có nhiều tia khác.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
10
Phổ sóng điện từ
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
11
Lịch sử phát hiện ra tia hồng ngoại
Năm 1800, William Herschel đã phát hiện sự hiện diện của một loại tia nằm ngoài vùng màu đỏ của ánh sáng khả kiến, mắt người không nhìn thấy nhưng chúng có hiện diện.
Ngày nay, tia này được gọi là tia hồng ngoại.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
12
Lịch sử phát hiện ra tia hồng ngoại
Thí nghiệm phát hiện được thực hiện tương tự như sau:
Cho ánh sáng mặt trời đi qua một lăng kính. Phía sau lăng kính đặt các nhiệt kế đã bôi đen để hấp thụ tốt ánh sáng mặt trời.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
13
Lịch sử phát hiện ra tia hồng ngoại
Điều chỉnh nhiệt kế để vùng quang phổ chiếu lên bầu của mỗi nhiệt kế.
Tại vùng tím-xanh: 1 nhiệt kế
Vùng vàng: 1 nhiệt kế
Ngoài vùng đỏ: 1 nhiệt kế.
Sau thời gian từ 1 đến 3 phút ta sẽ nhận được kết quả như hình dưới
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
14
Lịch sử phát hiện ra tia hồng ngoại
Kết quả là:
Khi để trong bóng râm, nhiệt độ của cả 3 nhiệt kế là 76oF.
Sau 3 phút:
Nhiệt kế trái: 80oF
Nhiệt kế giữa:83oF
Nhiệt kế phải: 86oF
Kết luận:
Phải có một loại ánh sáng tồn tại ngoài vùng đỏ mà chúng ta không thấy chúng
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
15
Lịch sử phát hiện ra tia tử ngoại
Năm 1801, Johann Wilhelm Ritter nhờ vào các phản ứng hóa học đã khám phá ra một loại ánh sáng nằm ngoài vùng màu tím của quang phổ mặt trời.
Ngày nay, tia này được gọi là tia tử ngoại.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
16
Lịch sử phát hiện ra tia tử ngoại
Lắp đặt một hộp bìa carton, một lăng kính, một tờ giấy trắng để bên dưới hộp như trong hình
Điều chỉnh lăng kính sau cho được một quang phổ rõ, đẹp và rộng nhất.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
17
Lịch sử phát hiện ra tia tử ngoại
Cẩn thận đặt dưới đáy hộp một tờ giấy blueprint với mặt có màu quay lên. Không để tờ giấy blueprint bị phơi sáng
Dùng bút đánh dấu vị trí vùng quang phổ, ký hiệu vùng đỏ và tím.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
18
Lịch sử phát hiện ra tia tử ngoại
Phơi tờ giấy blueprint trong vòng 30 giây rồi đem vào trong mát (trong lúc lấy tờ giấy ra khỏi hộp, tránh để nó bị phơi sáng).
Đem tờ giấy vào trong mát và hơ mặt phía không bị phơi sáng vào dung dịch amoniac (tránh hít khói amoniac).
Ta sẽ được kết quả như hình bên.
Hãy nhận xét
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
19
Đặc tính của tia hồng ngoại và tia tử ngoại
Tia hồng ngoại là sóng điện từ có bước sóng từ:
0,76.10-6m ÷ 10-3m (0,76m ÷ 1mm)
Tia tử ngoại là sóng điện từ có bước sóng từ:
150.10-10m ÷ 0,4.10-6m (150Ao ÷ 4000Ao)
Ánh sáng Mặt trời tới Trái đất dưới 3 dạng: tia hồng ngoại (nhiệt), ánh sáng khả kiến, tia tử ngoại.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
20
Đặc tính của tia hồng ngoại (1)
Tác dụng nổi bật nhất của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt (tia nhiệt).
Mọi vật thể có nhiệt độ cao hơn 0 K đều bức xạ tia hồng ngoại: cơ thể người, bóng đèn dây tóc nóng sáng, Mặt trời, vật có nhiệt độ,…
Độ dài sóng (tần số) bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật.
Để phát hiện ra tia hồng ngoại người ta dùng các loại phim hồng ngoại, camera hồng ngoại.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
21
Đặc tính của tia hồng ngoại (2)
Phần lớn vật liệu ngăn cản tia sáng thường thì cũng ngăn được tia hồng ngoại: gỗ, giấy, kim loại,…
Nhưng cũng có một số vật liệu ngăn được tia sáng thường nhưng không ngăn được tia hồng ngoại và ngược lại như: thủy tinh, GaAs,…
Ánh sáng thường không thể xuyên qua các lớp sương mù, khói, mây dày đặc nhưng tia hồng ngoại có thể.
Tia hồng ngoại đóng vai trò lớn trong hiệu ứng nhà kính.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
22
“Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”
Chúng ta hãy cùng nhìn thế giới thường ngày qua cái nhìn hồng ngoại!
Hãy chú ý sự khác biệt về màu sắc!
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
23
“Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”
Cốc nào chứa nước nóng, cốc nào chứa nước lạnh?
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
24
“Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”
Hình chụp hồng ngoại của một chú chó. Hãy chú ý những nơi có màu sáng
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
25
“Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”
Hình chụp hồng ngoại một con mèo, một con gà và một con heo. Hãy chú ý những nơi có màu sáng
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
26
“Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”
Hình chụp hồng ngoại một con cá sấu và một người đang giữ nó. Bạn có nhận xét gì về sự khác biệt giữa hình chụp con cá sấu và người đang giữ nó?
Câu trả lời: động vật máu lạnh và động vật máu nóng!
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
27
“Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”
Hình chụp hồng ngoại một con tắc kè!
Sự khác biệt giữa động vật máu lạnh và động vật máu nóng thể hiện rõ nét thông qua hai hình bên dưới!
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
28
“Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”
Hình chụp hồng ngoại một người đàn ông với một cánh tay giấu trong một túi nylon đen.
Hãy chú ý đến cánh tay và đôi mắt kính trong ảnh hồng ngoại.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
29
“Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”
“Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”!
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
30
“Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”
Các màu sắc khác nhau thì hấp thụ lượng nhiệt khác nhau.
Hãy chú ý đến màu đen và màu trắng!
Bạn đã biết lý do người ta thường mặc đồ màu sáng khi trời nắng ? Các bộ tộc ở sa mạc thường hay mặc đồ màu trắng!
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
31
Các ứng dụng của tia hồng ngoại (1)
Tia hồng ngoại được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau:
Thiên văn học, hải dương học, nghiên cứu khí hậu,…
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
32
Các ứng dụng của tia hồng ngoại (2)
Nghiên cứu động vật, y học,…
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
33
Các ứng dụng của tia hồng ngoại (3)
Tìm kiếm, cứu nạn, chữa cháy, dẫn đường, quân sự, công nghệ thực phẩm, cơ khí kỹ thuật, …
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
34
Đặc tính của tia tử ngoại (1)
Thông thường, người ta chia làm 3 vùng tử ngoại:
UV-A: (3150 ÷ 4000Ao): gây cháy nắng,..
UV-B: (2800 ÷ 3150Ao): gây ung thư da,…
UV-C: (150 ÷ 2800 Ao): bị hấp thụ bởi bầu khí quyển,…
Mặt trời, các vì sao có nhiệt độ cao, các đèn thủy ngân, hồ quang điện đều là các nguồn phát tia tử ngoại thường gặp.
Tia tử ngoại bị hấp thụ mạnh bởi thủy tinh thường nhưng không bị hấp thụ bởi thạch anh.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
35
Đặc tính của tia tử ngoại (2)
Tia tử ngoại có thể làm ion hóa chất khí, làm phát quang một số chất (khoáng thạch, thuốc nhuộm, vitamin,…), diệt vi khuẩn, thúc đẩy các phản ứng quang hợp, quang hóa,…
Các loài chim, ong, côn trùng, bướm có thể nhìn thấy tia tử ngoại.
Phần lớn tia tử ngoại đến từ Mặt trời bị chặn lại bởi bầu khí quyển của Trái đất, nhưng hiện nay con người đang làm thủng tấm lá chắn này (lổ thủng tầng ozon).
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
36
Các ứng dụng của tia tử ngoại (1)
Tia tử ngoại được sử dụng rộng rãi trong đời sống và nghiên cứu khoa học
Trong lĩnh vực thiên văn học:
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
37
Các ứng dụng của tia tử ngoại (2)
Trong y học, khử trùng các dụng cụ y tế, nước, không khí, chữa bệnh, nghiên cứu khoáng thạch,…
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
38
Các ứng dụng của tia tử ngoại (3)
Trong công nghệ thực phẩm, phòng chống tội phạm, phát hiện các khiếm khuyết trên sản phẩm, trong công nghệ sản xuất mạch in, chế tạo đèn huỳnh quang,……
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
39
Sự nguy hiểm của tia tử ngoại
Mặc dù phần lớn tia tử ngoại đã bị hấp thụ bởi bầu khí quyển của Trái đất nhưng vẫn có tia tới được bề mặt Trái đất.
Các tia này sẽ gây ra những nguy hiểm cho sức khỏe con người như cháy nắng, tàn nhang, ung thư da, mù mắt, thay đổi cấu trúc ADN,…
Tuyết phản xạ 90% tia UV, cát phản xạ 20% tia UV-B bạn sẽ bị nguy hiểm hơn trong những ngày trượt tuyết hay phơi nắng ở bãi biển Hãy sử dụng mắt kính và kem chống nắng.
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
40
Củng cố SGK Vật lý 12
Vì sao thân thể người ở nhiệt độ 37oC phát ra các tia hồng ngoại mạnh nhất có bước sóng ở vùng 9μm?
Vật có nhiệt độ 500oC phát xạ mạnh nhất ở vùng 3,7μm?
12/13/2009
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV
41
Tài liệu tham khảo
Quang học-Nguyễn Trần Trác-Diệp Ngọc Anh
Sách giáo khoa Vật lý 12
Atlas de la Physique-La Pochothèque
Microsoft Encarta Reference Library -2004
Websites:
http://coolcosmos.ipac.caltech.edu
www.howstuffworks.com
http://imagers.gsfc.nasa.gov
http://www.smgaels.org/physics/uv_1.htm