Ngài Isaac Newton cho phép ánh sáng trắng từ mặt trời đi vào phòng tối qua một lỗ nhỏ trên cửa sổ và đặt một lăng kính thủy tinh trên đường đi của các tia sáng. Tia sáng đi ra khỏi lăng kính được hứng trên một màn trắng. Anh quan sát thấy trên màn hình xuất hiện một mảng màu giống như cầu vồng. Bản vá này được gọi là quang phổ. Bắt đầu từ mặt bên của lăng kính, các màu trong quang phổ trên màn theo thứ tự sau:
tím, chàm, lam, lục, vàng, cam và đỏ.
Quang phổ là dải màu thu được trên màn khi ánh sáng trắng đi qua lăng kính. Đối với thí nghiệm này, Newton kết luận rằng ánh sáng trắng là hỗn hợp của bảy màu. Lăng kính không tạo ra màu sắc mà chỉ đơn giản là tách các màu đã tồn tại trong ánh sáng trắng. Vì vậy, khi ánh sáng trắng đi qua lăng kính, nó sẽ phân tách thành các màu khác nhau. Hiện tượng ánh sáng trắng bị tách thành các màu khác nhau gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng.
1. Hiện tượng tán sắc ánh sáng chỉ xảy ra ở mặt thứ nhất của lăng kính. 2. Hiện tượng khúc xạ tia sáng xảy ra ở cả hai mặt của lăng kính. 3. Lăng kính không tạo ra màu sắc, nó chỉ phân tách các màu sắc khác nhau có trong ánh sáng tới nó. 4. Trong quang phổ, màu này trộn với màu kia, tức là không có đường ranh giới rõ rệt ngăn cách giữa các màu. Trong sơ đồ, màu sắc được hiển thị tách biệt rộng rãi chỉ để rõ ràng. Tổng mức độ trải rộng của màu sắc ít hơn nhiều so với mức độ được thể hiện trong sơ đồ. Màu sắc khác nhau có độ rộng khác nhau trên màn hình. 5. Trong quang phổ của ánh sáng trắng, màu đỏ có bước sóng dài nhất là 8000 Å( hay 8 × 10 -7 m ) hoặc có tần số thấp nhất là 3,74 × 10 14 Hz, màu tím có bước sóng ngắn nhất là 4000 Å ( hoặc 4 X 10 -7 m ) hoặc tần số cao nhất 7,5 X 10 14 Hz. Từ đầu tím đến đầu đỏ của quang phổ, bước sóng tăng dần còn tần số giảm dần. |
Ánh sáng trắng của mặt trời bao gồm bảy màu nổi bật là tím, chàm, lam, lục, vàng, cam và đỏ. Tốc độ ánh sáng của tất cả các màu trong không khí hoặc chân không là như nhau nhưng nó khác nhau trong môi trường trong suốt như thủy tinh hoặc nước. Tốc độ của ánh sáng tím là nhỏ nhất và của ánh sáng đỏ là lớn nhất nên chiết suất của môi trường trong suốt đối với các màu khác nhau là khác nhau.
Vì µ = (tốc độ ánh sáng trong không khí) ∕ (tốc độ ánh sáng trong môi trường)
Vậy chiết suất của một môi trường có giá trị lớn nhất đối với ánh sáng tím và giá trị nhỏ nhất đối với ánh sáng đỏ. Do đó, khi ánh sáng trắng đi vào lăng kính, nó sẽ tách thành các màu cấu thành của nó với sự khúc xạ trên bề mặt thứ nhất của lăng kính. Khi các tia này chiếu vào bề mặt lăng kính thứ hai, chúng khúc xạ xa hơn và các màu này tách xa nhau hơn.
Khi ánh sáng từ mặt trời đi vào bầu khí quyển của trái đất, nó bị phân tán (tức là ánh sáng lan tỏa theo mọi hướng) bởi các hạt bụi và phân tử không khí có trong bầu khí quyển của trái đất. Sự tán xạ ánh sáng lần đầu tiên được nghiên cứu bởi nhà khoa học Rayleigh.
Tán xạ là quá trình hấp thụ và sau đó tái phát xạ năng lượng ánh sáng bởi các hạt bụi và phân tử không khí có trong khí quyển.
Các phân tử không khí có kích thước nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng tới sẽ hấp thụ năng lượng của ánh sáng tới và sau đó phát xạ lại mà không làm thay đổi bước sóng của nó. Sự tán xạ ánh sáng không giống nhau đối với mọi bước sóng của ánh sáng tới. Cường độ của ánh sáng tán xạ tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bước sóng ánh sáng \(I \propto 1/_{\lambda^4}\) .
Vì ánh sáng tím có bước sóng nhỏ nhất và ánh sáng đỏ nhiều nhất nên ánh sáng tím bị tán xạ nhiều nhất và ánh sáng đỏ bị tán xạ ít nhất ( ánh sáng tím bị tán xạ gần 16 lần so với ánh sáng đỏ) . Điều này có nghĩa là ánh sáng từ mặt trời khi chiếu tới bề mặt trái đất có cường độ ánh sáng ở đầu tím thấp hơn và cường độ ánh sáng ở đầu đỏ cao hơn. Phân tử không khí có kích thước lớn hơn bước sóng của ánh sáng tới tán xạ ánh sáng của tất cả các bước sóng của ánh sáng trắng với mức độ như nhau.
Ánh sáng từ mặt trời phải đi một quãng đường dài từ bầu khí quyển của trái đất trước khi đến bề mặt trái đất. Khi ánh sáng truyền qua bầu khí quyển, nó bị phân tán theo các hướng khác nhau bởi các phân tử không khí. Ánh sáng xanh lam hoặc tím do bước sóng ngắn hơn nên bị tán xạ nhiều hơn so với các màu ánh sáng khác. Ánh sáng chiếu trực tiếp vào mắt chúng ta từ mặt trời có nhiều màu đỏ trong khi ánh sáng chiếu vào mắt chúng ta từ mọi hướng khác chủ yếu là ánh sáng xanh lam. Do đó, bầu trời ở hướng khác với hướng của mặt trời được coi là màu xanh lam.
Sự hình thành cầu vồng là một ví dụ tự nhiên về sự tán sắc của ánh sáng trắng. Sau cơn mưa rào, một số lượng lớn các giọt nước vẫn lơ lửng trong không khí. Mỗi giọt hoạt động như một lăng kính. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào những giọt nước này, nó sẽ chia thành bảy màu. Ánh sáng phân tán từ một số lượng lớn các giọt tạo thành cầu vồng
Sử dụng đèn đỏ để báo hiệu nguy hiểm
Vì bước sóng của ánh sáng đỏ là dài nhất nên ánh sáng bị tán xạ ít nhất bởi các phân tử không khí của khí quyển. Do đó, ánh sáng của màu đỏ so với ánh sáng của các màu khác có thể xuyên qua một khoảng cách xa hơn mà không bị yếu đi. Do đó, đèn đỏ được sử dụng cho các tín hiệu nguy hiểm để tín hiệu có thể được nhìn thấy từ một khoảng cách lớn ngay cả trong sương mù, v.v.
Lấy một đĩa bìa cứng hình tròn và chia thành bảy phần. Sau đó, tô các khu vực bằng bảy màu, tím, chàm, lam, lục, vàng, cam và đỏ.
Xoay đĩa nhanh, bạn sẽ nhận thấy rằng đĩa xuất hiện màu trắng!
Điều này cho thấy rằng tím, chàm, lam, lục, vàng, cam và đỏ là bảy màu cấu thành của ánh sáng trắng và khi kết hợp với nhau sẽ tạo ra hiệu ứng trắng.
