Bài giảng Tia hồng ngoại & Tia tử ngoại - ThS. Trương Tinh Hà

Nội dung text: Bài giảng Tia hồng ngoại & Tia tử ngoại - ThS. Trương Tinh Hà

1. Tia hồng ngoại& Tiatử ngoại Infrared – Ultraviolet ThS. Trương Tinh Hà Khoa VậtLý-Trường ĐạiHọcSư PhạmTP.HCM Website: tinhha.centea.org Email: ttinhha@yahoo.com
2. Nội dung trình bày ¾ Ánh sáng dưới góc nhìn của thuyếtsóngđiện- từ ¾ Phổ sóng điệntừ ¾ Lịch sử phát hiện ra tia hồng ngoại(IR) vàtử ngoại (UV) ¾ Các đặctínhcủa IR và UV ¾ “Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy” ¾ Các ứng dụng củaIR vàUV ¾ Sự nguy hiểmcủa tia UV 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 2
3. Nội dung trình bày (bổ sung) ¾ Củng cố SGK Vật lý 12. ¾ Hiệu ứng nhà kính (Greenhouse effect) ¾ Tầng ozon (Ozone layer) 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 3
4. Ánhsángdưới góc nhìn của lý thuyết sóng điện-từ Các nhà triếthọcHylạpcổ đại xem ánh sáng như các tia truyềnthẳng! 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 4
5. Ánhsángdưới 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 hạtrấtnhỏ. 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 5
6. Ánhsángdưới góc nhìn của lý thuyết sóng điện-từ Mộtsố nhà khoa họckháclại tin rằng: ánh sáng là sóng, và nó đượctruyền đitrongmôitrường chứa đầyête. 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 6
7. Ánhsángdưới góc nhìn của lý thuyết sóng điện-từ ¾ Năm 1862, Maxwell phát hiệnrằng: vậntốc ánh sáng truyền đi trong không gian gầnbằng vậntốccủasóng điệntừ. ¾ Maxwell kếtluận: Ánhsángcóbảnchấtlà sóng điệntừ 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 7
8. Ánhsánglàsóngđiệntừ “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) 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 8
9. Phổ sóng điệntừ (electromagnetic spectrum) Ánh sáng mà chúng ta nhìn thấychỉ chiếmmột vùng rấtnhỏ trong phổ sóng điệntừ, bên ngoài vùng nhìn thấy còn có nhiều tia khác. 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 9
10. Phổ sóng điệntừ 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 10
11. Lịch sử phát hiện ra tia hồng ngoại ¾ Năm 1800, William Herschel đã phát hiện sự hiệndiệncủamột loại tia nằm ngoài vùng màu đỏ củaánh sáng khả kiến, mắt ngườikhôngnhìnthấy nhưng chúng có hiện diện. ¾ Ngày nay, tia này đượcgọilàtiahồng ngoại. 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 11
12. Lịch sử phát hiện ra tia hồng ngoại Thí nghiệm phát hiện đượcthựchiệntương tự như sau: ¾ Cho ánh sáng mặttrời đi qua mộtlăng kính. Phía sau lăng kính đặt các nhiệtkếđã bôi đen để hấpthụ tốtánh sáng mặttrời. 76oF 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 12
13. Lịch sử phát hiện ra tia hồng ngoại ¾ Điềuchỉnh nhiệtkếđểvùng quang phổ chiếulênbầucủa mỗinhiệtkế. ¾ Tại vùng tím-xanh: 1 nhiệtkế ¾ Vùng vàng: 1 nhiệtkế ¾ Ngoài vùng đỏ: 1 nhiệtkế. ¾ Sau thờigiantừ 1 đến 3 phút ta sẽ nhận đượckếtquả như hình dưới 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 13
14. Lịch sử phát hiện ra tia hồng ngoại ¾ Kếtquả là: Khi để trong bóng râm, nhiệt độ củacả 3 nhiệtkế là 76oF. Sau 3 phút: Nhiệtkế trái: 80oF Nhiệtkế giữa:83oF Nhiệtkế phải: 86oF ¾ Kếtluận: Phảicómộtloại ánh sáng tồn tại ngoài vùng đỏ mà chúng ta không thấy chúng 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 14
15. Lịch sử phát hiện ra tia tử ngoại ¾ Năm 1801, Johann Wilhelm Ritter nhờ vào các phản ứng hóa học đã khám phá ra mộtloại ánh sáng nằmngoài vùng màu tím củaquang phổ mặttrời. ¾ Ngày nay, tia này được gọilàtiatử ngoại. 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 15
16. Lịch sử phát hiện ra tia tử ngoại •Lắp đặtmộthộpbìa carton, mộtlăng kính, mộttờ giấytrắng để bên dướihộpnhư trong hình •Điềuchỉnh lăng kính sau cho đượcmột quang phổ rõ, đẹpvà rộng nhất. 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 16
17. Lịch sử phát hiện ra tia tử ngoại •Cẩnthận đặt dưới đáy hộpmột tờ giấy blueprint vớimặtcómàu quay lên. Không để tờ giấy blueprint bị phơi sáng •Dùng bút đánh dấuvị trí vùng quang phổ, ký hiệu vùng đỏ và tím. 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 17
18. Lịch sử phát hiện ra tia tử ngoại •Phơitờ giấy blueprint trong vòng 30 giây rồi đem vào trong mát (trong lúc lấy tờ giấyrakhỏihộp, 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 sẽđượckếtquả như hình bên. •Hãy nhậnxét 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 18
19. Đặc tính của tia hồng ngoại và tia tử ngoại ¾ Tia hồng ngoại là sóng điệntừ có bước sóng từ: 0,76.10-6m ÷ 10-3m (0,76μm ÷ 1mm) ¾ Tia tử ngoạilàsóngđiệntừ có bướcsóngtừ: 150.10-10m ÷ 0,4.10-6m (150Ao ÷ 4000Ao) ¾ Ánh sáng MặttrờitớiTráiđấtdưới3 dạng: tia hồng ngoại (nhiệt), ánh sáng khả kiến, tia tử ngoại. 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 19
20. Đặc tính của tia hồng ngoại(1) ¾ Tác dụng nổibậtnhấtcủa tia hồng ngoạilàtác dụng nhiệt (tia nhiệt). ¾ Mọivậtthể có nhiệt độ cao hơn0 K đềubức xạ tia hồng ngoại: cơ thể người, bóng đèn dây tóc nóng sáng, Mặttrời, vậtcónhiệt độ, ¾ Độ dài sóng (tầnsố) bứcxạ phụ thuộcvào nhiệt độ củavật. ¾ Để phát hiệnratiahồng ngoạingười ta dùng các loại phim hồng ngoại, camera hồng ngoại. 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 20
21. Đặc tính của tia hồng ngoại(2) ¾ Phầnlớnvậtliệungăncản tia sáng thường thì cũng ngăn được tia hồng ngoại: gỗ, giấy, kim loại, ¾ Nhưng cũng có mộtsố vậtliệungăn được tia sáng thường nhưng không ngăn được tia hồng ngoạivàngượclạinhư: thủy tinh, GaAs, ¾ Ánh sáng thường không thể xuyên qua các lớp sương mù, khói, mây dày đặcnhưng tia hồng ngoạicóthể. ¾ Tia hồng ngoại đóngvaitròlớn trong hiệu ứng nhà kính. 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 21
22. “Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy” Chúng ta hãy cùng nhìn thế giớithường ngày qua cái nhìn hồng ngoại! Hãy chú ý sự khác biệtvề màu sắc! 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 22
23. “Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy” Cốc nào chứanước nóng, cốc nào chứanướclạnh? 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 23
24. “Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy” Hình chụphồng ngoạicủamộtchú chó. Hãy chú ý những nơicómàu sáng 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 24
25. “Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy” Hình chụphồng ngoạimột con mèo, một con gà và một con heo. Hãy chú ý những nơi có màu sáng 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 25
26. “Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy” ¾ Hình chụphồng ngoạimộtcon cásấuvàmộtngười đang giữ nó. Bạncónhậnxétgìvề sự khác biệtgiữa hình chụpcon cásấuvàngười đang giữ nó? ¾ Câu trả lời: động vậtmáulạnh và động vật máu nóng! 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 26
27. “Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy” ¾ Hình chụp hồng ngoại một con tắc kè! ¾ Sự khác biệt giữa động vật máu lạnh và động vậtmáu nóng thể hiện rõ nét thông qua hai hình bên dưới! 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 27
28. “Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy” ¾ Hình chụphồng ngoạimộtngười đàn ông vớimộtcánhtay giấu trong một túi nylon đen. ¾ Hãy chú ý đếncánhtayvàđôi mắt kính trong ảnh hồng ngoại. 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 28
29. “Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy” ¾ “Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”! 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 29
30. “Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy” ¾ Các màu sắc khác nhau thì hấpthụ lượng nhiệt khác nhau. ¾ Hãy chú ý đếnmàuđen và màu trắng! ¾ Bạn đãbiết lý do ngườitathường mặc đồ màusángkhitrời nắng ?Æ Các bộ tộc ở sa mạcthường hay mặc đồ màu trắng! 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 30
31. Các ứng dụng của tia hồng ngoại(1) Tia hồng ngoại đượcsử dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau: ¾ Thiên vănhọc, hảidương học, nghiên cứu khí hậu, 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 31
32. Các ứng dụng của tia hồng ngoại(2) ¾ Nghiên cứu động vật, y học, 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 32
33. Các ứng dụng của tia hồng ngoại(3) ¾ Tìm kiếm, cứunạn, chữacháy, dẫn đường, quân sự, công nghệ thựcphẩm, cơ khí kỹ thuật, 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 33
34. Đặc tính của tia tử ngoại(1) ¾ Thông thường, người ta chia làm 3 vùng tử ngoại: UV-A: (3150 ÷ 4000Ao): gâycháynắng, UV-B: (2800 ÷ 3150Ao): gây ung thư da, UV-C: (150 ÷ 2800 Ao): bị hấpthụ bởibầukhí quyển, ¾ Mặttrời, các vì sao có nhiệt độ cao, các đèn thủy ngân, hồ quang điện đềulàcácnguồnphát tia tử ngoạithường gặp. ¾ Tia tử ngoạibị hấpthụ mạnh bởithủy tinh thường nhưng không bị hấpthụ bởithạch anh. 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 34
35. Đặc tính của tia tử ngoại(2) ¾ Tia tử ngoạicóthể làm ion hóa chất khí, làm phát quang mộtsố chất (khoáng thạch, thuốc nhuộm, vitamin, ), diệt vi khuẩn, thúc đẩy các phản ứng quang hợp, quang hóa, ¾ Các loài chim, ong, côn trùng, bướmcóthể nhìn thấy tia tử ngoại. ¾ Phầnlớn tia tử ngoại đếntừ Mặttrờibị chặn lạibởibầu khí quyểncủaTráiđất, nhưng hiện nay con người đang làm thủng tấmláchắnnày (lổ thủng tầng ozon). 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 35
36. Các ứng dụng của tia tử ngoại(1) Tia tử ngoại đượcsử dụng rộng rãi trong đời sống và nghiên cứu khoa học ¾ Trong lĩnh vựcthiênvănhọc: 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 36
37. Các ứng dụng của tia tử ngoại(2) ¾ Trong y học, khử trùng các dụng cụ y tế, nước, không khí, chữabệnh, nghiên cứukhoángthạch, 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 37
38. Các ứng dụng của tia tử ngoại(3) ¾ Trong công nghệ thựcphẩm, phòng chống tộiphạm, phát hiện các khiếm khuyếttrên sảnphẩm, trong công nghệ sảnxuấtmạch in, chế tạo đèn huỳnh quang, 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 38
39. Sự nguy hiểmcủa tia tử ngoại ¾ Mặcdùphầnlớntiatử ngoại đãbị hấp thụ bởibầu khí quyểncủaTráiđất nhưng vẫncótiatới đượcbề mặtTrái đất. ¾ Các tia này sẽ gây ra những nguy hiểm cho sứckhỏe con ngườinhư cháy nắng, tàn nhang, ung thư da, mù mắt, thay đổi cấu trúc ADN, ¾Tuyếtphảnxạ 90% tia UV, cát phảnxạ 20% tia UV-BÆ bạn sẽ bị nguy hiểmhơn trong những ngày trượttuyết hay phơi nắng ở bãi biểnÆ Hãy sử dụng mắt kính và kem chống nắng. 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 39
40. Củng cố SGK Vậtlý12 ¾ Vìsaothânthể người ở nhiệt độ 37oC phát ra các tia hồng ngoạimạnh nhấtcóbước sóng ở vùng 9μm? ¾ Vật có nhiệt độ 500oC phát xạ mạnh nhất ở vùng 3,7μm? 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 40
41. Tài liệu tham khảo ¾ Quang học-NguyễnTrần Trác-DiệpNgọcAnh ¾ Sách giáo khoa Vậtlý12 ¾ Atlas de la Physique-La Pochothèque ¾ Microsoft Encarta Reference Library -2004 ¾ Websites: www.howstuffworks.com 5/12/2010 Tài liệu hỗ trợ -Quang học HP2- IR-UV 41