Эффект Тиндаля
И в физике, и в химии изучается явление, которое помогает объяснить, почему некоторые частицы видны в определенное время. Это явление известно как Эффект Тиндаля. Это физическое явление было изучено ирландским ученым Джоном Тиндаллом в 1869 году. С тех пор эти исследования нашли многочисленные применения в области физики и химии. И дело в том, что он изучает некоторые частицы, которые не видны невооруженным глазом. Однако благодаря тому, что они могут отражать или преломлять свет, в определенных ситуациях они становятся невидимыми.
В этой статье мы расскажем вам все, что вам нужно знать об эффекте Тиндаля и его важности для физики в химии.
Что такое эффект Тиндаля
Это тип физического явления, который объясняет, как определенные разбавленные частицы или внутри газа могут стать видимыми благодаря тому факту, что они способны отражать или преломлять свет. Если мы посмотрим на это с первого взгляда, то увидим, что эти частицы не видны. Однако тот факт, что может рассеивать или поглощать свет по-разному, в зависимости от среды, в которой он находится, позволяет их различать. Их можно увидеть, если они подвешены в растворе, когда их пересекает поперек визуальной плоскости наблюдателя интенсивный луч света.
Если свет не проходит через этот контекст, их нельзя увидеть. Например, для облегчения понимания мы говорим о таких частицах, как пылинки. Когда солнце проникает через окно с определенным наклоном, мы можем видеть пылинки, плавающие в воздухе. В противном случае эти частицы не видны. Их можно увидеть только тогда, когда солнечный свет попадает в комнату с определенным наклоном и определенной интенсивностью.
Это так называемый эффект Тиндаля. В зависимости от точки зрения наблюдателя, вы можете увидеть частицы, которые обычно не видны. Другой пример, подчеркивающий эффект Тиндаля: когда мы используем автомобильные фары в туманную погоду. Освещение, которое немногие оказывают на влажность, позволяет нам видеть частицы воды во взвешенном состоянии. В противном случае мы бы увидели только сам туман.
Важность и вклад
Как в физике, так и в химии эффект Тиндаля вносит большой вклад в определенные исследования и имеет большое значение. И именно благодаря этому эффекту мы можем объяснить, почему небо голубое. Мы знаем, что свет, исходящий от солнца, белый. Однако, когда атмосфера Земли входит, она сталкивается с молекулами различных газов, из которых она состоит. Мы помним, что атмосфера Земли состоит в основном из молекул азота, кислорода и в меньшей степени аргона. В гораздо более низких концентрациях находятся парниковые газы, среди которых диоксид углерода, метан и водяной пар, среди прочего.
Когда белый солнечный свет попадает на все эти взвешенные частицы, они подвергаются различным отклонениям. Отклонение солнечного луча от молекул кислорода в азоте приводит к тому, что он имеет разные цвета. Эти цвета зависят от длины волны и степени отклонения. Наиболее отклоняющиеся цвета — это фиолетовый и синий, поскольку они имеют более короткую длину волны. Это делает небо такого цвета.
Джон Тиндалл был также первооткрывателем парникового эффекта. благодаря моделированию атмосферы Земли в лаборатории. Первоначальная цель этого эксперимента состояла в том, чтобы точно рассчитать, сколько солнечной энергии пришло от Земли и сколько излучается обратно в космос с поверхности Земли. Как мы знаем, не вся солнечная радиация, попадающая на нашу планету, остается. Часть его отклоняется облаками, не доходя до поверхности. Другая часть поглощается парниковыми газами. Наконец, земная поверхность отклоняет часть падающего солнечного излучения в зависимости от альбедо каждого типа почвы. После эксперимента, проведенного Тиндалем в 1859 году, он смог обнаружить парниковый эффект.
Переменные, влияющие на эффект Тиндаля
Как мы упоминали ранее, эффект Тиндаля это не что иное, как рассеяние света, которое происходит, когда луч света проходит через коллоид. Этот коллоид представляет собой отдельные взвешенные частицы, которые отвечают за диспергирование и долгое отражение, делая их видимыми. Переменные, которые влияют на эффект Тиндаля, — это частота света и плотность частиц. Количество рассеяния, которое можно увидеть в этом типе эффекта, полностью зависит от значений частоты света и плотности частиц.
Как и в случае с рэлеевским рассеянием, синий свет имеет тенденцию к более сильному рассеянию, чем красный свет, потому что он имеет более короткую длину волны. Другой способ взглянуть на это состоит в том, что более длинная волна передается, а более короткая отражается рассеянием. Другая переменная, которая влияет, — это размер частиц. Это то, что отличает коллоид от настоящего раствора. Чтобы смесь была коллоидного типа, частицы, которые находятся в суспензии, должны иметь приблизительный размер в диапазоне от 1 до 1000 нанометров в диаметре.
Давайте посмотрим на некоторые из основных примеров, где мы можем использовать эффект Тиндаля:
- Cuando Включаем фонарь на стакане молока мы можем увидеть эффект Тиндаля. Лучше всего использовать обезжиренное молоко или разбавить молоко небольшим количеством воды, чтобы можно было увидеть влияние коллоидных частиц в световом луче.
- Другой пример — это рассеивание синего света, которое можно увидеть в синем цвете дыма от мотоциклов или двухтактных двигателей.
- Видимый луч фар в тумане может сделать видимыми плавающие частицы воды.
- Этот эффект используется в коммерческих и лабораторных условиях. для определения размера аэрозольных частиц.
Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать об эффекте Тиндаля.
Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.
Источник
Эффект Тиндаля — Tyndall effect
Эффект Тиндаля — это рассеяние света частицами в коллоиде или очень мелкой суспензии . Также известное как рассеяние Тиндаля , оно похоже на рассеяние Рэлея , в котором интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны , поэтому синий свет рассеивается намного сильнее, чем красный свет . Примером в повседневной жизни является синий цвет, который иногда можно увидеть в дыме, исходящем от мотоциклов , в частности от двухтактных машин, где сгоревшее моторное масло содержит эти частицы.
Под действием Tyndall, более длинные длины волн более передаются в то время как более короткие длины волн более диффузно отраженного посредством рассеяния . Эффект Тиндаля наблюдается, когда светорассеивающие твердые частицы диспергированы в среде, которая иначе пропускает свет, когда диаметр отдельной частицы находится в диапазоне примерно от 40 до 900 нм , то есть несколько ниже или около длин волн видимого света ( 400–750 нм).
Это особенно применимо к коллоидным смесям и тонким суспензиям; например, эффект Тиндаля используется в нефелометрах для определения размера и плотности частиц в аэрозолях и других коллоидных веществах (см. ультрамикроскоп и турбидиметр ).
Он назван в честь физика 19 века Джона Тиндалла , который первым широко изучил это явление.
СОДЕРЖАНИЕ
Открытие
До открытия этого явления Джон Тиндалл был прежде всего известен своей работой по поглощению и излучению лучистого тепла на молекулярном уровне. В его исследованиях в этой области возникла необходимость использовать воздух, из которого были удалены все следы плавающей пыли и других твердых частиц , и лучший способ обнаружить эти частицы состоял в том, чтобы окунуть воздух в интенсивный свет. В 1860-х годах Джон Тиндалл провел ряд экспериментов со светом, просвечивая лучи через различные газы и жидкости и записывая результаты. При этом Тиндаль обнаружил, что при постепенном заполнении трубки дымом и последующем прохождении через нее луч света казался синим со сторон трубки, но красным с дальнего конца. Это наблюдение позволило Тиндалю впервые предложить явление, которое позже будет носить его имя.
Сравнение с рэлеевским рассеянием.
Рэлеевское рассеяние определяется математической формулой, которая требует, чтобы светорассеивающие частицы были намного меньше длины волны света. Чтобы дисперсия частиц соответствовала формуле Рэлея, размеры частиц должны быть ниже примерно 40 нанометров (для видимого света), и частицы могут быть отдельными молекулами. Коллоидные частицы больше по размеру и примерно соответствуют размеру длины волны света. Рассеяние Тиндаля, то есть рассеяние коллоидных частиц, намного интенсивнее, чем рассеяние Рэлея, из-за вовлеченных в него частиц большего размера. Важность фактора размера частиц для интенсивности можно увидеть в большом показателе степени, который он имеет в математической формулировке интенсивности рэлеевского рассеяния. Если коллоидные частицы являются сфероидными , рассеяние Тиндаля можно математически проанализировать с точки зрения теории Ми , которая допускает размеры частиц в грубой окрестности длины волны света. Рассеяние света частицами сложной формы описывается методом Т-матрицы .
Синие ирисы
Синяя радужная оболочка глаза становится синей из-за рассеяния Тиндаля в полупрозрачном слое радужной оболочки. Коричневые и черные ирисы имеют один и тот же слой, за исключением того, что в нем больше меланина . Меланин поглощает свет. В отсутствие меланина слой является полупрозрачным (т. Е. Проходящий через него свет рассеивается случайным образом и диффузно), и заметная часть света, попадающего в этот полупрозрачный слой, снова выходит через рассеянный путь. То есть происходит обратное рассеяние , перенаправление световых волн обратно на открытый воздух. Рассеяние происходит в большей степени на более коротких длинах волн. Более длинные волны имеют тенденцию проходить прямо через полупрозрачный слой неизменными путями, а затем встречаются со следующим слоем, находящимся дальше в радужной оболочке, который является поглотителем света. Таким образом, более длинные волны не отражаются (рассеиваясь) обратно в открытый воздух в такой степени, как более короткие волны. Поскольку более короткие длины волн являются длинами волн синего цвета, это приводит к появлению синего оттенка в свете, исходящем из глаза. Синий радужная оболочка — это пример структурного цвета в отличие от пигментного цвета .
Подобные явления, не являющиеся рассеянием Тиндаля
Когда дневное небо затянуто облаками , солнечный свет проходит через мутный слой облаков, в результате чего на земле появляется рассеянный свет . Это демонстрирует рассеяние Ми вместо рассеяния Тиндаля, потому что облачные капли больше, чем длина волны света, и рассеивают все цвета примерно одинаково. Когда дневное небо безоблачно , цвет неба синий из-за рэлеевского рассеяния, а не тиндаля, потому что рассеивающие частицы — это молекулы воздуха, которые намного меньше длины волны видимого света. Точно так же термин эффект Тиндаля неправильно применяется к рассеянию света большими макроскопическими частицами пыли в воздухе; однако из-за их большого размера они не проявляют тиндалевского рассеяния.
Источник
Эффект тиндаля это химия
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА ТИНДАЛЯ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Каждый из нас в своей повседневной жизни не раз сталкивался и сталкивается с обыденными с одной стороны, но вместе тем удивительными с другой стороны явлениями, совершенно не задумываясь при этом, с какими замечательными физическими явлениями имеет дело.
В будущем я хотела бы связать свою жизнь с такой наукой как физика, поэтому уже сейчас интересуюсь любыми вопросами по данному предмету и выбрала в качестве темы своего исследования один из оптических эффектов.
На сегодняшний день существуют работы, посвященные оптическим эффектам, в частности, эффекту Тиндаля. Однако я решила изучить эту тему путем проведения эксперимента на собственном опыте.
Почему при пропускании через мутное стекло, задымленный воздух или раствор крахмала света разной спектральной окраски мы наблюдаем разный результат? Почему густой туман или кучевые облака кажутся нам белыми, а дымка от лесных пожаров — голубовато-фиолетовой. Попробуем дать объяснение этим явлениям.
Цель проекта:
обнаружить коллоиды с помощью эффекта Тиндаля;
исследовать влияния факторов, определяющих прохождение светового пучка через коллоидный раствор.
Задачи исследования:
исследование влияния длины волны на реализацию эффекта Тиндаля;
исследование влияния размера частиц на реализацию эффекта Тиндаля;
исследование влияния концентрации частиц на реализацию эффекта Тиндаля;
поиск дополнительной информации по вопросу об эффекте Тиндаля;
обобщение полученных знаний.
Эффект Тиндаля
Преломление света, отражение, дисперсия, интерференция, дифракция и многое другое :оптические эффекты окружают нас повсюду. Один из них — эффект Тиндаля, открытый английским физиком Джоном Тиндалем.
Джон Тиндаль — геодезист, сотрудник Фарадея, директор Королевского института в Лондоне, гляциолог и оптик, акустик и специалист по магнетизму. Его фамилия дала название кратеру на Луне, леднику в Чили и интересному оптическому эффекту.
Эффект Тиндаля – это свечение оптически неоднородной среды вследствие рассеяния проходящего через нее света. Данное явление обусловлено дифракцией света на отдельных частицах или элементах неоднородности среды, размер которых намного меньше длины волны рассеиваемого света.
Что же такое неоднородная среда? Неоднородная среда – среда, характеризующаяся непостоянством показателя преломления. Т.е. n≠const.
Какую характерную особенность данного эффекта можно выделить? Эффект Тиндаля характерен для коллоидных систем (систем, в которых одно вещество в виде частиц различной величины распределено в другом. Например, гидрозолей, табачного дыма, тумана, геля и т.д.) с низкой концентрацией частиц, имеющих показатель преломления, отличный от показателя преломления среды. Обычно наблюдается в виде светлого конуса на темном фоне (конус Тиндаля) при пропускании фокусированного светового пучка сбоку через стеклянный сосуд с плоскопараллельными стенками, заполненный коллоидным раствором. (Коллоидные растворы — это высокодисперсные двухфазные системы, состоящие из дисперсионной среды и дисперсной фазы, причем линейные размеры частиц последней лежат в пределах от 1 до 100 нм).
Эффект Тиндаля по существу то же, что опалесценция (резкое усиление рассеяния света). Но традиционно первый термин относят к интенсивному рассеянию света в ограниченном пространстве по ходу луча, а второй — к слабому рассеянию света всем объемом наблюдаемого объекта.
Экспериментальная работа
Используя простую методику, мы увидим, как с помощью эффекта Тиндаля можно обнаружить коллоидные системы в жидкостях.
Материалы: 2 стеклянных контейнера с крышками, источник направленного света (например, лазерная указка), поваренная соль, раствор ПАВ (например, жидкое моющее средство), 1 куриное яйцо, разбавленный раствор соляной кислоты.
Проведение эксперимента:
Наливаем воду в стеклянный контейнер, полностью растворяем в нем немного поваренной соли.
Освещаем сбоку стакан с полученным раствором узким лучом света (луч лазерной указки). Поскольку соль полностью растворилась, никакого заметного эффекта не наблюдается.
Рисунок 1. а. Раствор соли без ПВА (рассеивания света не происходит).
б. Обнаружение коллоидов в соляном растворе с примесью ПВА
Эксперимент с биологическим материалом:
Растворяем куриный белок примерно в 300мл 1% раствора соли.
Освещаем полученный раствор узким лучом света. Если посмотреть на стакан сбоку, на пути луча видна яркая светящаяся полоса – появление эффекта Тиндаля.
Затем добавляем в раствор белка разбавленный раствор соляной кислоты. Белок свернется (денатурирует) с образованием белесоватого осадка. В верхней части стакана луч света снова не будет виден.
Рисунок 2. Эксперимент
с биологическим материалом
Результаты эксперимента: Если направить луч света сбоку на стеклянный стакан с раствором соли, луч будет невидим в растворе. Если луч света пропустить через стакан с коллоидным раствором (раствор ПАВ), он будет виден, потому что происходит рассеяние света на коллоидных частицах.
Рисунок 3. Результаты эксперимента
Влияние длины волны, размера частиц и концентрации на реализацию эффекта Тиндаля
Длина волны. Поскольку самую короткую длину из видимого спектра имеют волны цветов синей гаммы, именно эти волны отражаются от частиц при эффекте Тиндаля, а более длинные красные рассеиваются хуже.
Размер частиц. Если увеличивается размер частиц, то они могут влиять на рассеяние света любой длины волны, и «расщепленная» радуга складывается обратно, получая полностью белый свет.
Концентрация частиц. Интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна концентрации частиц в коллоидном растворе.
Рисунок 4. Пропускание светового пучка красного спектра через емкость с водой
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
в истинных растворах эффект Тиндаля не проявляется, в отличие от коллоидных;
наблюдая эффект Тиндаля, можно обнаруживать наличие коллоидных частиц и тем самым распознать истинные и коллоидные растворы.
Рисунок 5 . Пропускание светового пучка через емкость с истинным и коллоидным растворами.
Применение эффекта Тиндаля
Основанные на Тиндаля эффекте методы обнаружения, определения размера и концентрации коллоидных частиц широко применяются в научных исследованиях и промышленной практике ( например, в ультрамикроскопах).
Ультрамикроскоп — оптический прибор для обнаружения мельчайших (коллоидных) частиц, размеры которых меньше предела разрешения обычных световых микроскопов. Возможность обнаружения таких частиц с помощью ультрамикроскопа обусловлена дифракцией света на них эффектом Тиндаля. При сильном боковом освещении каждая частица в ультрамикроскопе отмечается наблюдателем как яркая точка (светящееся дифракционное пятно) на темном фоне. Вследствие дифракции на мельчайших частицах очень мало света, поэтому в ультрамикроскопе применяют, как правило, сильные источники света.
В зависимости от интенсивности освещения, длины световой волны, разности показателей преломления частицы и среды можно обнаружить частицы размерами от 20-50 нм и до 1-5 мкм. По дифракционным пятнам нельзя определить истинные размеры, форму и структуру частиц. Ультрамикроскоп не дает оптических изображений исследуемых объектов. Однако, используя ультрамикроскоп можно установить наличие и численную концентрацию частиц, изучить их движение, а также рассчитать средний размер частиц, если известны их весовая концентрация и плотность.
Ультрамикроскопы применяют при исследовании дисперсных систем, для контроля чистоты атмосферного воздуха. Воды, степени загрязнения оптически прозрачных сред посторонними включениями.
Заключение
В процессе своего исследования я многое узнала об оптических эффектах, в частности, об эффекте Тиндаля. Данная работа помогла мне по-новому взглянуть как на некоторые разделы физики, так и на наш удивительный мир в целом.
Кроме аспектов, рассмотренных в данной работе, по моему мнению, было бы интересно изучить возможности более широкого практического применения эффекта Тиндаля.
Что же касается назначения исследования, то оно может быть полезно и интересно учащимся школ, которые увлекаются оптикой, а также всем, кто интересуется физикой и различного рода экспериментами.
Список литературы
Гавронская Ю.Ю. Коллоидная химия : Учебник. СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2007. — 267 с.
Новый политехнический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.- .20 с. , 231 с. , 460 с.
Руководство по выполнению экспериментов к «NanoSchoolBox». NanoBioNet e.V/ Scince Park Перевод ИНТ.
Приложения
Рисунок 1. Обнаружение коллоидов в соляном растворе
Рисунок 2. Эксперимент с биологическим материалом
Рисунок 3. Результаты эксперимента
Рисунок 4. Пропускание светового пучка красного спектра через емкость с водой
Рисунок 5 . Пропускание светового пучка через емкость с истинным и коллоидным растворами.
Источник