Tán sắc ánh sáng – Khái niệm, đặc điểm, ứng dụng

Chu Văn An

Sự tán sắc ánh sáng là hiện tượng lăng kính chia chùm ánh sáng trắng thành nhiều ánh sáng có màu khác nhau. Dải màu khi phân tán màu trắng bao gồm 7 màu, gọi là quang phổ. Một ví dụ tự nhiên về sự tán sắc ánh sáng là cầu vồng. Hãy cùng Trường Chu Văn An tìm hiểu thêm về hiện tượng này nhé.

1. Tán sắc ánh sáng là gì?

Sự tán sắc ánh sáng là hiện tượng lăng kính chia chùm ánh sáng trắng thành nhiều ánh sáng có màu khác nhau. Dải màu khi phân tán màu trắng bao gồm 7 màu, gọi là quang phổ ánh sáng với 7 màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Thực tế, ánh sáng trắng không phải là ánh sáng đơn sắc. Ánh sáng này là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc từ đỏ đến tím với nhiều màu sắc khác nhau.

Hình 1: Sự phân tán ánh sáng phá vỡ chùm ánh sáng trắng thành các đèn có màu sắc khác nhau

Chiết suất của chất trong suốt tăng dần và thay đổi theo màu của ánh sáng từ đỏ sang tím. Vì vậy, hiểu đơn giản sự tán sắc ánh sáng là quá trình phân tích một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc.

2. Nguyên lý hiện tượng tán sắc ánh sáng

Thiên tài vật lý Newton đã làm thí nghiệm sau để giải thích hiện tượng tán sắc chùm tia sáng:

Hình 2: Sơ đồ thí nghiệm hiện tượng tán sắc ánh sáng Newton

2.1. Sơ đồ thí nghiệm

Như được hiển thị ở trên. Tách một chùm ánh sáng màu vàng trong dải màu và khúc xạ nó qua lăng kính thứ hai.

2.2. Kết quả thí nghiệm:

• Do khúc xạ, chùm sáng bị lệch về phía đáy mà không đổi màu.
• Ánh sáng đơn sắc có màu nhất định, không bị tán sắc mà chỉ bị lệch khi đi qua lăng kính.
• Ánh sáng đa sắc là hỗn hợp của hai ánh sáng đơn sắc khi đi qua lăng kính sẽ bị tán sắc.
• Hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc là ánh sáng trắng, có màu thay đổi liên tục từ đỏ đến tím. Ánh sáng trắng là một loại ánh sáng nhiều màu.
• Tán sắc ánh sáng là quá trình tách một chùm ánh sáng nhiều màu thành các chùm ánh sáng đơn sắc tạo nên nó.

3. Nguyên nhân và điều kiện tán sắc ánh sáng

Có hai nguyên nhân chính gây ra hiện tượng tán sắc ánh sáng:

Hình 3: Nguyên nhân và điều kiện tán sắc ánh sáng

• Bởi vì ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc.
• Chiết suất của môi trường trong suốt là khác nhau đối với mỗi ASDS khác nhau. Từ công thức tính góc lệch: D = (n – 1)A

Qua thí nghiệm chúng tôi rút ra kết luận:

• Ánh sáng đỏ bị lệch ít nhất Þ thứ nhỏ nhất
• Ánh sáng tím bị lệch nhiều nhất => nt lớn nhất
• Þ Chiết suất của môi trường As tăng từ đỏ sang tím: nd
• Þ Bước sóng ánh sáng giảm từ đỏ sang tím: λd>λc>λv>λlu>λla>λch>λt

Để phân tán một chùm ánh sáng phức tạp cần có hai điều kiện:

• Có một mặt phân cách giữa hai môi trường có chiết suất khác nhau.
• Tia sáng phải đi qua mặt phân cách với góc tới nhỏ hơn 90 độ.

4. Ứng dụng tán sắc ánh sáng

Hiện tượng tán sắc ánh sáng có nhiều ứng dụng trong đời sống hằng ngày. Cũng như trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng quan trọng:

4.1. Giải thích màu sắc bầu trời

Một ứng dụng nổi bật của sự phân tán là giải thích màu sắc của bầu trời. Ánh sáng mặt trời xuyên qua không khí và tán xạ. Làm cho ánh sáng xanh và tím bị tán xạ nhiều hơn ánh sáng đỏ, tạo ra bầu trời ban ngày trong xanh.

4.2. Máy quét tia X

Trong lĩnh vực y tế, máy quét tia X thường sử dụng phương pháp phân tán để tạo ra hình ảnh của cơ thể. Bằng cách điều chỉnh góc và hướng của tia X, máy quét có thể tạo ra hình ảnh chi tiết về các cấu trúc bên trong cơ thể.

4.3. Phân tích hóa học

Sự phân tán cũng được sử dụng trong các phương pháp phân tích hóa học, chẳng hạn như quang phổ hấp thụ hoặc phản xạ. Những phương pháp này dựa vào việc đo lường sự thay đổi độ phân tán ánh sáng để xác định thành phần hóa học của mẫu.

Hình 4: Tán sắc ánh sáng có nhiều ứng dụng trong đời sống

4.4. quang phổ

Trong quang phổ, sự tán sắc ánh sáng cung cấp thông tin về cấu trúc và thành phần của vật liệu. Quang phổ tán sắc có thể được sử dụng để xác định tính chất quang hóa và vật lý của vật liệu.

4.5. Cửa sổ sau xe

Một số gương chiếu hậu ô tô được thiết kế để giảm độ chói và tán xạ ánh sáng từ đèn xe khác. Lớp phủ chống chói trên cửa sổ phía sau có thể giúp giảm độ chói đặc biệt trong điều kiện ánh sáng chói.

4.6. Nghiên cứu về các hành tinh và thiên thạch

Sự phân tán cũng được sử dụng trong nghiên cứu thiên thạch và hành tinh. Khi ánh sáng từ một nguồn ở xa đi qua bầu khí quyển của một hành tinh hoặc thiên thạch, sự phân tán có thể cung cấp thông tin về thành phần của khí quyển và bề mặt của nó.

Việt Chem vừa chia sẻ thông tin về hiện tượng tán sắc ánh sáng với các bạn qua bài viết trên. Hiện tượng tự nhiên điển hình cho hiện tượng tán sắc ánh sáng là cầu vồng sau mưa. Hy vọng bài viết này đã mang lại những thông tin, kiến ​​thức hữu ích cho các bạn.