Tia hồng ngoại - tia tử ngoại

Tia hồng ngoại và tia tử ngoại Nội dung 1. Thí nghiệm phát hiện tia hồng ngoại và tử ngoại 2. Tia hồng ngoại 3. Tia tử ngoại 4. Câu hỏi và bài tập 1. Thí nghiệm phát hiện tia hồng ngoại và tia tử ngoại  Sơ đồ thí nghiệm được biểu diễn như hình vẽ bên.  Ánh sáng hồ quang (tức là ánh sáng trắng) từ nguồn D được chiếu vào khe F của máy quang phổ và trên tiêu diện của thấu kính L 2 trong buồng ảnh sẽ có một quang phổ liên tục. Đặt màn chắn có khe hẹp M tại tiêu diện của L 2 sao cho có thể tách 1 phần đơn sắc nào đó của quang phổ.  Chùm đơn sắc qua khe M được rọi vào mối hàn của một pin nhiệt điện, còn mối hàn kia được giữ ở nhiệt độ xác định. Khi đó, điện kế G cho thấy trong mạch có dòng điện. Điều này chứng tỏ chùm sáng đơn sắc có tác dụng nhiệt nên đã làm cho mối hàn của pin nhiệt điện nóng lên. Xê dịch màn chắn sao cho khe M quét hết quang phổ từ đỏ đến tím, ta thấy kim điện kế luôn bị lệch mặc dù số chỉ của điện kế thay đổi. Điều đó chứng tỏ tác dụng nhiệt của các chùm sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau.  Điều đáng chú ý là khi di chuyển khe M và mối hàn của pin nhiệt điện ra ngoài phạm vi dải màu thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy thì kim điện kế vẫn bị lệch. Điều đó chứng tỏ rằng ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy vẫn có những bức xạ nào đó mà mắt ta không nhìn thấy được.  Bức xạ nằm ngoài vùng tím được gọi là bức xạ (hoặc tia) tử ngoại. Bức xạ nằm ngoài vùng đỏ được gọi là bức xạ (hoặc tia) hồng ngoại. D F L 1 L 2 M P G 2. Tia hồng ngoại: a) Định nghĩa: Tia hồng ngoại là các bức xạ không thấy được có bước sóng lớn hơn của ánh sáng đỏ và nhỏ hơn của sóng vô tuyến (tức là từ 0,76µm đến vài milimet). b) Bản chất: Tia hồng ngoại có bản chất là sóng điện từ. c) Nguồn phát: • Mọi vật có nhiệt độ cao hơn của môi trường đều có khả năng phát tia hồng ngoại. • Trong thực tế, nguồn phát tia hồng ngoại thông dụng là các bếp than, bếp điện, bóng đèn điện dây tóc . d) Các tính chất: • Tính chất nổi bật của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt: vật hấp thụ tia hồng ngoại sẽ bị nóng lên. • Có thể tác dụng lên một số loại kính ảnh. • Có thể gây ra hiệu ứng quang điện trong ở một số chất bán dẫn. e) Ứng dụng: • Do có tác dụng nhiệt nên tia hồng ngoại được ứng dụng để sấy khô hoặc sưởi ấm. • Được ứng dụng để chụp ảnh, quan sát ban đêm. • Được sử dụng trong các thiết bị điều khiển để điều khiển từ xa hoạt động của nhiều thiết bị như tivi, máy điều hoà không khí… 3. Tia tử ngoại a) Định nghĩa: Là những bức xạ không nhìn thấy được có bước sóng ngắn hơn bước sóng của ánh sáng tím (có bước sóng từ 0,38 µm đến cỡ 10 -9 m). b) Bản chất: Cũng là sóng điện từ. c) Nguồn phát: • Các vật ở nhiệt độ cao (từ 2000 0 C trở lên) đều phát tia tử ngoại. • Mặt trời là nguồn phát tia tử ngoại rất mạnh (9%). • Trong thực tế các nguồn phát tia tử ngoại thường gặp là hồ quang, đèn hơi thuỷ ngân… d) Các tính chất: • Bị thuỷ tinh, nước… hấp thụ mạnh. • Tác dụng mạnh lên kính ảnh, làm ion hoá không khí. • Làm một số chất phát quang (như bột huỳnh quang trong đèn ống). • Gây một số phản ứng quang hoá, quang hợp. • Có tác dụng sinh học như làm rám da, làm hại mắt. • Có khả năng gây ra hiện tượng quang điện. e) Ứng dụng: • Dùng để phát hiện các vết nứt, vết xước trên mặt các sản phẩm kim loại trong công nghiệp. • Trong y học được dùng để khử trùng nước, thực phẩm, các dụng cụ y tế và để chữa bệnh còi xương. 4. Câu hỏi và bài tập Câu 1: Chọn câu sai khi nói về tia hồng ngoại A. Tia hồng ngoại do các vật bị nung nóng phát ra B. Tia hồng ngoại có thể làm phát quang một số chất C. Tia hồng ngoại có tác dụng nhiệt D. Tia hồng ngoại có thể tác dụng lên giấy ảnh Câu 2: Tia hồng ngoại không có tính chất nào sau đây A. Có tác dụng nhiệt mạnh B. Tác dụng lên một số loại kính ảnh đặc biệt C. Gây hiệu ứng quang điện trong D. Gây hiệu ứng quang điện ngoài Câu 3: Tia tử ngoại không có ứng dụng nào sau đây: A. Khử trùng, chữa bệnh còi xương. B. Kiểm tra vết nứt, xước trên bề mặt sản phẩm. C. Sấy khô các sản phẩm nông nghiệp. D. Chụp ảnh. Câu 4: Cả tia hồng ngoại và tia tử ngoại A. Đều có bản chất là sóng điện từ. B. Đều có bước sóng lớn hơn ánh sáng khả kiến. C. Đều có bước sóng nhỏ hơn ánh sáng khả kiến. D. Đều nhìn thấy bằng mắt thường. Máy quang phổ Các loại quang phổ Nội dung 1. Máy quang phổ 2. Các loại quang phổ 3. Câu hỏi và bài tập 1. Máy quang phổ a. Định nghĩa Là dụng cụ dùng để phân tích một chùm sáng có nhiều thành phần thành những chùm đơn sắc khác nhau. Nói cách khác, máy quang phổ được dùng để nhận biết thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn sáng phát ra. b. Cấu tạo: Có 3 bộ phận chính • Ống chuẩn trực: Có nhiệm vụ tạo ra một chùm sáng song song. Nó gồm khe hẹp F đặt tại tiêu điểm của thấu kính hội tụ L 1 . • Bộ phận tán sắc: Gồm một lăng kính P có tác dụng tán sắc chùm sáng song song chiếu đến từ thấu kính L 1 thành nhiều chùm sáng đơn sắc song song. • Buồng ảnh: Gồm thấu kính hội tụ L 2 đặt chắn chùm sáng đã bị tán sắc bởi lăng kính P và một tấm kính ảnh M (hoặc kính mờ) đặt tại tiêu diện của thấu kính L 2 . c . Nguyên tắc hoạt động  Ánh sáng từ nguồn S cần khảo sát được rọi vào khe F của máy quang phổ, sau khi qua thấu kính L 1 sẽ trở thành chùm tia song song và được lăng kính P tách thành các chùm sáng đơn sắc song song.  Mỗi chùm sáng song song đơn sắc ló ra khỏi lăng kính P sẽ được thấu kính L 2 hội tụ thành một vạch màu trên màn M tại tiêu diện của nó.  Mỗi vạch màu là một ảnh đơn sắc của khe F và tập hợp của chúng chính là quang phổ của nguồn S.  Quang phổ này có thể được chụp lại nhờ kính ảnh (hoặc quan sát trên kính mờ). S F L 1 L 2 M P 2. Các loại quang phổ a. Quang phổ liên tục  Định nghĩa: là quang phổ gồm nhiều dải sáng có màu khác nhau nối tiếp nhau một cách liên tục.  Các nguồn phát: Mọi vật rắn, lỏng và khí có khối lượng riêng lớn khi bị nung nóng sẽ phát quang phổ liên tục.  Tính chất và ứng dụng: • Tính chất quan trọng của quang phổ liên tục là nó không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của vật phát sáng mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật. • Thực nghiệm cho thấy rằng, khi được nung nóng đến 500 0 C, các vật bắt đầu phát sáng ở vùng đỏ. Khi nhiệt độ càng tăng, quang phổ càng mở rộng về phía ánh sáng có bước sóng ngắn và tới nhiệt độ cỡ 2500K, các vật sẽ cho một quang phổ liên tục đầy đủ từ đỏ đến tím. Tính chất này của quang phổ liên tục được ứng dụng để đo nhiệt độ của các vật phát sáng do bị nung nóng như: nhiệt độ của dây tóc bóng đèn điện, của nguồn hồ quang, của lò cao… b. Quang phổ vạch phát xạ: • Định nghĩa: là quang phổ gồm những vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bằng những khoảng tối. • Nguồn phát quang phổ vạch: Các chất khí (hay hơi) có khối lượng riêng nhỏ khi bị kích thích phát sáng sẽ cho quang phổ vạch. Có thể kích thích cho một chất khí phát sáng bằng nhiều cách khác nhau: đốt nóng, phóng tia lửa điện qua khối khí đó… • Tính chất và ứng dụng: Thực nghiệm cho thấy rằng mỗi nguyên tố hoá học ở trạng thái khí hay hơi nóng sáng dưới áp suất thấp cho một quang phổ vạch riêng đặc trưng cho nguyên tố ấy; quang phổ đó gồm một số vạch xác định, ở những vị trí xác định và có màu xác định. • Ví dụ: Hơi Natri khi phát sáng sẽ cho quang phổ gồm 2 vạch vàng sát nhau với bước sóng λ 1 = 0,589µm và λ 2 = 0,5896µm. Khí Hiđro phát sáng cho quang phổ gồm 4 vạch (trong vùng nhìn thấy) là: đỏ (H α ) có λ α = 0,6589µm, lam (H β ) có λ β = 0,4861µm, chàm (H γ ) có γλ = 0,4340µm và tím (H δ ) có λ δ = 0,410µm. c. Quang phổ vạch hấp thụ  Cách tạo: • Nguyên tắc tạo ra quang phổ hấp thụ được biểu diễn trên hình vẽ. Ánh sáng trắng phát ra từ đèn D được rọi vào khe F của máy quang phổ và trên tấm kính M của buồng ảnh ta thu được một quang phổ liên tục.  Đặt giữa nguồn sáng D và khe F của máy quang phổ một ống thuỷ tinh N chứa hơi Natri nung nóng. Khi đó trong quang phổ liên tục xuất hiện một vạch tối (nói đúng ra là hai vạch tối ở sát nhau) tại đúng vị trí của vạch vàng trong quang phổ phát xạ của hơi Natri. Đó là quang phổ hấp thụ của Natri. Nếu thay hơi Natri bằng hơi Kali hoặc Hiđro thì trong quang phổ liên tục xuất hiện các vạch tối ở đúng vị trí các vạch màu trong quang phổ phát xạ của Kali hoặc Hiđro tương ứng. Đó là các quang phổ hấp thụ của Kali hoặc Hiđro.  Như vậy có thể nói: quang phổ hấp thụ của một chất khí (hoặc hơi) nào đó là quang phổ liên tục bị thiếu những vạch màu do bị khí (hoặc hơi) đó hấp thụ  Điều kiện để thu quang phổ vạch hấp thụ: nhiệt độ của đám khí hay hơi hấp thụ phải thấp hơn nhiệt độ của nguồn phát quang phổ liên tục.  Hiện tượng đảo sắc: Trong thí nghiệm về quang phổ hấp thụ trên đây, khi đám khí (hay hơi) gây ra quang phổ hấp thụ được đốt nóng tới nhiệt độ mà chúng có thể phát sáng nhưng nhiệt độ này vẫn còn thấp hơn nhiệt độ nguồn phát quang phổ liên tục thì ta thu được quang phổ hấp thụ của đám khí (hay hơi) đó. Tuy nhiên, khi tắt nguồn phát quang phổ liên tục thì trên kính M của máy quang phổ sẽ mất nền quang phổ liên tục đồng thời những vạch tối ở quang phổ liên tục sẽ trở thành đúng các vạch màu trong quang phổ phát xạ của chính nguyên tố tạo nên đám khí (hay hơi). Hiện tượng này được gọi là hiện tượng đảo sắc.  Kết luận: • Ở một nhiệt độ xác định, một đám khí (hay hơi) có khả năng phát ra những bức xạ đơn sắc nào thì cũng có khả năng hấp thụ những bức xạ đơn sắc đó. Kết luận này chính là nội dung của định luật Kiếc-sốp. D F L 1 L 2 M P N • Quang phổ vạch hấp thụ của mỗi nguyên tố cũng có tính chất đặc trưng riêng của nguyên tố đó. Vì vậy cũng có thể dựa vào quang phổ vạch hấp thụ để nhận biết sự có mặt của một nguyên tố nào đó. d. Phép phân tích quang phổ và tiện lợi của nó:  Định nghĩa: Phân tích quang phổ là phép phân tích thành phần cấu tạo của các chất (hay hợp chất) dựa vào việc nghiên cứu quang phổ của ánh sáng do chất ấy phát ra hoặc hấp thụ.  Tiện lợi của phép phân tích quang phổ: • Khi phân tích định tính tức là chỉ cần biết sự có mặt của các thành phần khác nhau trong mẫu, thì phép phân tích quang phổ sẽ đơn giản và cho kết quả nhanh chóng. • Khi phân tích định lượng tức là cần biết cả nồng độ các thành phần trong mẫu, thì phép phân tích quang phổ rất nhạy, nó cho phép phát hiện được những chất có nồng độ rất nhỏ. • Nhờ phân tích quang phổ mà có thể biết thành phần cấu tạo và nhiệt độ của những vật ở rất xa như: mặt trời, các sao… 3. Câu hỏi và bài tập Câu 1: Nguyên tắc hoạt động của máy quang phổ dựa trên: A. Hiện tượng phản xạ ánh sáng. B. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng. C. Hiện tượng tán sắc ánh sáng. D. Hiện tượng giao thoa ánh sáng. Câu 2: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về máy quang phổ? A. Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích một chùm sáng có nhiều thành phần thành những thành phần đơn sắc khác nhau. B. Nguyên tắc hoạt động của máy quang phổ dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng. C. Máy quang phổ là dụng cụ dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn sáng phát ra. D. Bộ phận làm tán sắc ánh sáng trong máy quang phổ là thấu kính. Câu 3: Quang phổ liên tục của một vật A. Phụ thuộc bản chất của vật. B. Phụ thuộc nhiệt độ của vật. C. Phụ thuộc cả bản chất và nhiệt độ của vật. D. Không phụ thuộc bản chất và nhiệt độ của vật. Câu 4: Tính chất quan trọng của quang phổ vạch là: A. Như nhau với các nguyên tố khác nhau. B. Khác nhau với các nguyên tố khác nhau. C. Như nhau với các chất khí khác nhau có cùng nhiệt độ. D. Khác nhau với một chất khí ở các nhiệt độ khác nhau. Câu 5: Phát biểu nào bị sai khi nói về quang phổ vạch phát xạ? A. Quang phổ vạch phát xạ gồm một hệ thống các vạch màu riêng rẽ nằm trên một nền tối B. Quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về số lượng các vạch, vị trí hiện vạch và màu sắc các vạch. C. Quang phổ vạch phát xạ của mỗi nguyên tố phụ thuộc vào nhiệt độ D. Quang phổ vạch phát xạ do các chất khí hay hơi ở áp suất thấp bị kích thích bằng cách nung nóng hoặc phóng tia lửa điện phát ra. . Tia hồng ngoại và tia tử ngoại Nội dung 1. Thí nghiệm phát hiện tia hồng ngoại và tử ngoại 2. Tia hồng ngoại 3. Tia tử ngoại 4. Câu hỏi. (hoặc tia) tử ngoại. Bức xạ nằm ngoài vùng đỏ được gọi là bức xạ (hoặc tia) hồng ngoại. D F L 1 L 2 M P G 2. Tia hồng ngoại: a) Định nghĩa: Tia hồng ngoại