TIA HỒNG NGOẠI VÀ TIA TỬ NGOẠI

BÀI 27. TIA HỒNG NGOẠI VÀ TIA TỬ NGOẠI

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1 Tia hồng ngoại

a) Định nghĩa

+ Tia hồng ngoại là những bức xạ không nhìn thấy được, có bản chất sóng điện từ và có bước sóng lớn hơn bước sóng ánh sáng đỏ (từ 760 nm đến vài mm).

b) Nguồn phát

+ Mọi vật có nhiệt độ cao hơn 0 K đều phát ra tia hồng ngoại. Môi trường xung quanh, do có nhiệt độ cao hơn 0 K nên cũng phát ra tia hồng ngoại. Vật có nhiệt độ càng thấp thì phát càng ít tia có bước sóng ngắn, mà chỉ phát các tia có bước sóng dài. Thân nhiệt của con người có nhiệt độ khoảng 37°C (310 K) cũng là một nguồn phát tia hồng ngoại, nhưng chỉ phát chủ yếu là các tia có bước sóng từ 9 μm trở lên. Ngoài như những động vật máu nóng cũng phát ra tia hồng ngoại.

+ Bếp ga, bếp than cũng là những nguồn phát tia hồng ngoại. Để tạo những chùm tia hồng ngoại định hướng, dùng trong kỹ thuật, người ta thường dùng đèn điện dây tóc nhiệt độ thấp và đặc biệt là dùng điôt phát quang hồng ngoại.

+ Ánh sáng mặt trời có khoảng 50% năng lượng thuộc về tia hồng ngoại.

c) Tính chất và ứng dụng

+ Tính chất nổi bật nhất là có tác dụng nhiệt rất mạnh. Tia hồng ngoại dễ bị các vật hấp thụ, năng lượng của nó chuyển hóa thành nhiệt năng khiến cho vật nóng lên. Tính chất này được ứng dụng trong sấy khô hoặc sưởi ấm.

+ Tác dụng lên kính ảnh hồng ngoại. Được ứng dụng để chụp ảnh hồng ngoại ban đêm trong kĩ thuật quân sự.

+ Tia hồng ngoại có khả năng gây ra một số phản ứng hóa học. Vì vậy người ta chế tạo được phim ảnh có thể chụp được tia hồng ngoại để chụp ảnh ban đêm, chụp ảnh hồng ngoại của nhiều thiên thể.

+ Tia hồng ngoại cũng có thể biến điệu được như sóng điện từ cao tần. Tính chất này cho phép ta chế tạo được những bộ điều khiển từ xa.

+ Trong quân sự, tia hồng ngoại có rất nhiều ứng dụng đa dạng: ống nhòm hồng ngoại để quan sát và lái xe ban đêm, camêra hồng ngoại, tên lửa tự động tìm mục tiêu dựa vào tia hồng ngoại do mục tiêu phát ra…

+ Tia hồng ngoại còn có khả năng gây ra hiện tượng quang điện với một số chất bán dẫn.

2. Tia tử ngoại

a) Định nghĩa

+ Tia tử ngoại là những bức xạ không nhìn thấy được, có bản chất sóng điện từ và có bước sóng nhỏ hơn bước sóng ánh sáng tím (từ vài nm đến 380 nm)

b) Nguồn phát

+ Những vật có nhiệt độ cao (từ 2000°C trở lên) đều phát tia tử ngoại. Nhiệt độ của vật càng cao thì phổ tử ngoại của vật càng kéo dài về phía sóng ngắn.

+ Hồ quang điện có nhiệt độ trên 3000°C là một nguồn tử ngoại mạnh, bề mặt của Mặt Trời có nhiệt độ chừng 6000 K là nguồn tử ngoại rất mạnh.

+ Trong các phòng thí nghiệm, nhà máy thực phẩm, bệnh viện,… nguồn tử ngoại chủ yếu là đèn hơi thủy ngân.

c) Tính chất

+ Tia tử ngoại tác dụng lên phim ảnh.

+ Tia tử ngoại kích thích sự phát quang của nhiều chất (đèn huỳnh quang).

+ Tia tử ngoại kích thích nhiều phản ứng hóa học.

+ Tia tử ngoại làm ion hóa không khí và nhiều chất khí khác.

+ Tia tử ngoại có tác dụng sinh học.

+ Tia tử ngoại bị nước, thủy tinh,… hấp thụ rất mạnh nhưng lại có thể truyền qua được thạch anh.

d) Sự hấp thụ tia tử ngoại

+ Thủy tinh thông thường hấp thụ mạnh tia tử ngoại. Thạch anh, nước và không khí đều trong suốt đối với các tia có bước sóng trên 200 nm, và hấp thụ các tia có bước sóng ngắn hơn.

+ Tầng ôzôn hấp thụ hầu hết các tia có bước sóng dưới 300 nm và là “tấm áo giáp” bảo vệ cho người và sinh vật trên mặt đất khỏi tác dụng hủy diệt của các tia tử ngoại của Mặt Trời.

e) Ứng dụng

+ Trong y học, tia tử ngoại được sử dụng để tiệt trùng các dụng cụ phẫu thuật, để chữa một số bệnh.

+ Trong công nghiệp thực phẩm, tia tử ngoại được sử dụng để tiệt trùng cho thực phẩm trước khi đóng gói hoặc đóng hộp.

+ Trong công nghiệp cơ khí, tia tử ngoại được sử dụng để tìm các vết nứt trên bề mặt các vật bằng kim loại.

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Bài tập phần này chủ yếu là lí thuyết về tia hồng ngoại và tia tử ngoại, các em cần nắm vững lí thuyết ở mục I và lưu ý phân biệt hai loại tia này qua bảng sau:

III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 138 SGK Vật lí 12):

Một số người gọi tia tử ngoại là “tia cực tím”, gọi thế thì sai ở điểm nào?

Trả lời:

Gọi tia tử ngoại là tia cực tím thì sai, vì tia cực tím là màu rất tím, mắt nhìn thấy được, trong khi tia tử ngoại thì mắt không nhìn thấy được.

Câu C1 (trang 141 SGK Vật lí 12):

Tại sao người thợ hàn hồ quang phải cần “mặt nạ” che mặt, mỗi khi cho phóng hồ quang?

Trả lời:

Người thợ hàn hồ quang phải cần “mặt nạ” che mặt vì trong hồ quang chứa nhiều tia tử ngoại, nếu nhìn lâu vào hồ quang thì mắt sẽ bị tổn thương. Khi hàn thì người thợ hàn phải nhìn vào chỗ phóng hồ quang, nên để bảo vệ mắt không bị tổn thương, người thợ hàn phải dùng một tấm thủy tinh dày, màu tím để hấp thụ các tia tử ngoại.

Bài 1 (trang 142 SGK Vật Lí 12):

Căn cứ vào đâu mà ta khẳng định được rằng tia hồng ngoại và tia tử ngoại có cùng bản chất với ánh sáng thông thường?

Lời giải:

Tia hồng ngoại, tử ngoại có cùng bản chất với ánh sáng thông thường vì cả ba loại tia cùng phát ra từ một nguồn phát và đều được phát hiện bằng cùng một dụng cụ là cặp nhiệt điện.

Bài 2 (trang 142 SGK Vật Lí 12):

Dựa vào thí nghiệm ở hình 27.1 (SGK) có thể kết luận gì về bước sóng của tia hồng ngoại và tia tử ngoại?

Lời giải:

Dựa vào thí nghiệm ở hình (27.1) SGK, ta nhận thấy: Tia hồng ngoại bị lệch ít hơn tia đỏ nên bước sóng của tia hồng ngoại lớn hơn bước sóng của ánh sáng đỏ. Còn tia tử ngoại bị lệch nhiều hơn tia tím nên bước sóng của tia tử ngoại nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng tím.

Bài 3 (trang 142 SGK Vật Lí 12):

Một cái phích tốt, chứa đầy nước sôi có phải là một nguồn hồng ngoại không? Một cái ấm trà chứa đầy nước sôi thì sao?

Lời giải:

+ Một cái phích tốt chứa đầy nước sôi thì bên trong phích nước có nhiệt độ 100°C. Tuy nhiên vỏ phích sẽ cách nhiệt hoàn toàn nên vỏ phích chỉ có nhiệt độ bằng nhiệt độ phòng, do đó phích phát ra bao nhiêu tia hồng ngoại thì đều bị vỏ phích hấp thụ, hay nói cách khác phích tốt không thể là nguồn phát ra tia hồng ngoại ra không khí trong phòng được.

+ Một ấm trà chứa đầy nước sôi thì đây là một nguồn hồng ngoại.

Bài 4 (trang 142 SGK Vật Lí 12):

Dây tóc bóng đèn điện thường có nhiệt độ chừng 2200°C. Tại sao ngồi trong buồng chiếu ánh sáng bằng đèn dây tóc, ta hoàn toàn không bị nguy hiểm vì tác dụng của tia tử ngoại?

Lời giải:

Dây tóc bóng đèn có nhiệt độ khoảng 2200°C thì phát ra tia tử ngoại. Nhờ bóng đèn là thủy tinh hấp thụ mạnh tia tử ngoại, nên ta hoàn toàn không bị nguy hiểm vì tác dụng của tia tử ngoại.

Bài 5 (trang 142 SGK Vật Lí 12):

Ánh sáng đèn hơi thủy ngân để chiếu sáng các đường phố có tác dụng diệt khuẩn không? Tại sao?

Lời giải:

Đèn hơi thủy ngân để chiếu sáng các đường phố không có tác dụng diệt khuẩn vì đèn đặt trong vỏ thủy tinh nên hầu hết tia tử ngoại bị thủy tinh hấp thụ hết.

Bài 6 (trang 142 SGK Vật Lí 12):

Chọn câu đúng.

Tia hồng ngoại có

A. bước sóng lớn hơn so với ánh sáng nhìn thấy. B. bước sóng nhỏ hơn so với ánh sáng nhìn thấy.

C. bước sóng nhỏ hơn so với tia tử ngoại. D. tần số lớn hơn so với tia tử ngoại.

Lời giải: Chọn A.

Tia hồng ngoại có bản chất là các bức xạ điện từ có bước sóng lớn hơn bước sóng ánh sáng đỏ và nhỏ hơn bước sóng của sóng vô tuyến. (0,76 μm ≤ λ ≤ 1 mm). Do vậy tia hồng ngoại ở ngoài vùng màu đỏ của quang phổ ánh sáng nhìn thấy nên tia hồng ngoại có bước sóng lớn hơn bước sóng của ánh sáng nhìn thấy.

Bài 7 (trang 142 SGK Vật Lí 12):

Chọn câu đúng.

Tia tử ngoại

A. không có tác dụng nhiệt.

B. cũng có tác dụng nhiệt.

C. không làm đen phim ảnh.

D. làm đen phim ảnh, nhưng không làm đen mạnh bằng ánh sáng nhìn thấy.

Lời giải: Chọn B.

Tia tử ngoại cũng có tác dụng nhiệt nhưng không rõ như tia hồng ngoại.

Bài 8 (trang 142 SGK Vật Lí 12):

Giả sử ta làm thí nghiệm Y-âng với hai khe cách nhau một khoảng a = 2 mm, và màn quan sát cách hai khe D = 1,2 m. Dịch chuyển một mối hàn của cặp nhiệt điện trên màn D theo một đường vuông góc với hai khe, thì thấy cứ sau 0,5mm thì kim điện kế lại lệch nhiều nhất. Tính bước sóng của bức xạ.

Lời giải:

Khi kim điện kế bị lệch nhiều nhất thì tại đó là vân sáng. Cứ sau 0,5 mm thì kim điện kế lại bị lệch nhiều nhất nên khoảng vân i = 0,5 mm

Bước sóng của bức xạ: \(\lambda =\frac{ia}{D}=\frac{0,5.2}{1,2}=\frac{1}{1,2}\approx 0,833~\mu \text{m}=833\text{nm}.\)

Bài 9 (trang 142 SGK Vật Lí 12):

Trong một thí nghiệm Y-âng, hai khe F1, F2 cách nhau một khoảng a = 0,8 mm, khe F được chiếu sáng bằng bức xạ tử ngoại, bước sóng 360nm. Một tấm giấy ảnh đặt song song với hai khe, cách chúng 1,2 m. Hỏi sau khi tráng trên giấy hiện lên hình gì? Tính khoảng cách giữa hai vạch đen trên giấy.

Lời giải:

Ta chụp được ảnh của hệ vân giao thoa, gồm các vạch thẳng đen và trắng song song, xen kẽ và cách nhau đều đặn, vạch đen ứng với vân sáng (do ánh sáng tử ngoại làm đen kính ảnh), khoảng cách giữa 2 vạch đen là khoảng vân i.

Ta có: \(\text{i}=\frac{\lambda \text{D}}{\text{a}}=\frac{{{360.10}^{-9}}\cdot 1,2}{0,{{8.10}^{-3}}}=0,{{54.10}^{-3}}~\text{m}=0,54~\text{mm}.\)

Hy vọng bài "Tia hồng ngoại và tia tử ngoại" mang đến những kiến thức cần thiết giúp học sinh nắm rõ kiến thức khi học và làm bài vật Vật lí lớp 12.