Chúng ta thƣờng giả thiết rằng ánh sáng truyền trong môi trƣờng đồng tính, tuy nhiên trong thực tế lại không có môi trƣờng nào hoàn toàn đồng tính, mà bao giờ cũng xuất hiện độ chênh lệch của mật độ, nhiệt độ do chuyển động nhiệt của các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên môi trƣờng. Trong môi trƣờng nhƣ thế ánh sáng không những truyền thẳng mà còn theo các phƣơng khác, tức là bị tán xạ. Ðó là sự tán xạ thƣờng đƣợc gọi là tán xạ phân tử.
Một số môi trƣờng còn có thể có các hạt lạ, mà chiết suất và hệ số hấp thụ của chúng khác với chiết suất và hệ số hấp thụ của các nguyên tử và phân tử cấu tạo nên môi trƣờng. Môi trƣờng chứa các hạt lạ nhƣ vậy đƣợc gọi là môi trƣờng vẩn đục và nó tán xạ ánh sáng theo mọi phƣơng gọi là tán xạ bởi các hạt nhỏ hay là tán xạ Tyndall. Các hạt lạ đó có thể là các hạt rắn trong không khí nhƣ khói, bụi, các hạt nƣớc trong sƣơng mù, các hạt keo trong dung dịch keo...Vậy nguyên nhân làm tán xạ ánh sáng trong cả hai trƣờng hợp trên đều là sự không đồng tính quang học của môi trƣờng.
Sự tán xạ ánh sáng bởi các hạt nhỏ
Hiện tƣợng tán xạ ánh sáng trong môi trƣờng vẩn đục đầu tiên đƣợc Tyndall nghiên cứu năm 1869 nên còn đƣợc gọi là hiện tƣợng Tyndall. Cho một chùm tia sáng song song đi qua một ống thủy tinh đựng nƣớc tinh khiết.
Nếu quan sát theo phƣơng OA (phƣơng của chùm tia tới) sẽ thấy có ánh sáng; còn theo phƣơng khác, chẳn hạn phƣơng OB vuông góc với phƣơng ánh sáng tới sẽ không nhìn thấy chùm tia sáng trong ống. Nƣớc tinh khiết là môi trƣờng đồng tính quang học, nên nó không tán xạ ánh sáng. Bây giờ nhỏ vài giọt sữa vào ống và lắc đều. Nhìn vào ống theo phƣơng OB ta sẽ nhìn thấy ánh sáng trong ống. Vậy chất lỏng trong ống bây giờ là một môi trƣờng vẫn đục, tán xạ ánh sáng đi qua nó.
Nghiên cứu hiện tƣợng tán xạ ánh sáng trong môi trƣờng vẩn đục, chứa các hạt lạ có kích thƣớc bé so với bƣớc sóng của ánh sáng thấy đƣợc (0.2 – 0.1λ) và quan sát ánh sáng tán xạ theo các phƣơng làm với phƣơng của chùm tia tới những góc φ khác nhau. Tyndall đã rút ra đƣợc quy luật:
24 - Nếu chùm tia tới là ánh sáng trắng thì ánh sáng tán xạ theo phƣơng làm với chùm tia tới một góc α ≠ 0 sẽ ngả về màu xanh lam, nói cách khác ánh sáng có bƣớc sóng ngắn trong miền quang phổ thấy đƣợc sẽ bị tán xạ mạnh nhất. - Nếu ánh sáng tới là ánh sáng tự nhiên thì ánh sáng tán xạ làm với phƣơng
của chùm tia tới một góc 0 ˂ φ ˂ 90o bị phân cực một phần và theo phƣơng vuông góc φ = 90o bị phân cực phẳng hoàn toàn (nếu các hạt tán xạ đẳng hƣớng). Vectơ điện E của ánh sáng tán xạ vuông góc với mặt phẳng chứa tia tới và phƣơng quan sát.
25
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO BỤI