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        當(dāng)丁達(dá)爾效應(yīng)發(fā)生時(shí),光有了形狀

        2021-12-15 10:27:10本刊綜合
        發(fā)明與創(chuàng)新 2021年44期
        關(guān)鍵詞:丁達(dá)爾耶穌信號(hào)燈

        ◎本刊綜合

        1836年,英國(guó)物理學(xué)家約翰·丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn),若讓一束匯聚的光通過溶膠,則從側(cè)面(即與光束垂直的方向)可以看到一個(gè)發(fā)光的圓錐體,于是發(fā)現(xiàn)了神奇的“丁達(dá)爾現(xiàn)象”(也叫“丁達(dá)爾效應(yīng)”)。

        圖1 樹林里的丁達(dá)爾效應(yīng)(圖/千圖網(wǎng))

        丁達(dá)爾效應(yīng)的原理

        在光的傳播過程中,光線照射粒子時(shí),如果粒子直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于入射光波長(zhǎng),則發(fā)生光的反射現(xiàn)象;如果粒子直徑小于入射光波長(zhǎng),則發(fā)生光的散射現(xiàn)象,這時(shí)觀察到的是光波環(huán)繞微粒并向其四周放射的光,被稱為散射光或乳光,丁達(dá)爾效應(yīng)就是光的散射現(xiàn)象或乳光現(xiàn)象。

        要產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng),除了需要光源,也需要膠體。云、霧、煙塵這些都是膠體,由于這些膠體的分散劑是空氣,所以它們屬于氣溶膠。同樣地,液溶膠是以液體作為分散劑的溶膠,如蛋白溶液、淀粉溶液等,固溶膠是以固體作為分散劑的溶膠,如有色玻璃等。

        發(fā)生丁達(dá)爾效應(yīng)時(shí),人們可以看到一條條“光路”,它們時(shí)而為圓柱形,時(shí)而為圓錐形,仿佛光有了形狀。

        實(shí)驗(yàn)室中的丁達(dá)爾效應(yīng)

        在化學(xué)中,根據(jù)溶質(zhì)的直徑大小,可將分散系(一種或多種物質(zhì)分散在另一種或多種物質(zhì)中所得到的混合物)分為真溶液、膠體、大分子溶液等,其中膠體的溶質(zhì)直徑范圍與能形成丁達(dá)爾效應(yīng)的粒子直徑范圍較吻合。因此,可用丁達(dá)爾效應(yīng)辨別膠體與真溶液。

        如圖2所示,當(dāng)光束通過Fe(OH)3膠體時(shí),可以看到一條光路,而當(dāng)光束通過CuSO4溶液時(shí),則看不到。

        圖2 丁達(dá)爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

        生活中的丁達(dá)爾效應(yīng)

        丁達(dá)爾效應(yīng)在日常生活中隨處可見:在大氣層中,日落時(shí)分或雨后云層較多時(shí),大氣中有霧氣或灰塵,剛好太陽光投射在上面,被分割成一條條“光路”,這是丁達(dá)爾效應(yīng);當(dāng)人們漫步在林間小道,抬頭仰望天空,陽光透過樹葉的孔隙傾瀉而下,一束束地打在人們身上,這也是丁達(dá)爾效應(yīng)……

        攝影界將丁達(dá)爾效應(yīng)趣稱為“耶穌光”,因其看起來十分圣潔、壯觀。在空氣濕度大的清晨、雨過天晴時(shí)、云層密度大的黃昏時(shí)分或是霧氣多的山區(qū)都容易形成“耶穌光”,此時(shí)攝影愛好者可選擇較暗的背景,縮小光圈,運(yùn)用點(diǎn)測(cè)光形成明暗對(duì)比,將這美好的畫面記錄下來。

        圖3 耶穌光(圖/千圖網(wǎng))

        觀看電影時(shí),在電影院黑暗的環(huán)境下,由正對(duì)著屏幕的高功率投影儀發(fā)出來的光束也是丁達(dá)爾效應(yīng)。電影院空氣中含有較多的塵埃,充當(dāng)了膠體。同理可得,黑暗中的聚光燈、漆黑環(huán)境下的手電筒光柱、夜間激光燈等都是丁達(dá)爾效應(yīng)。

        圖4 投影儀的丁達(dá)爾效應(yīng)(圖/千圖網(wǎng))

        除了黑夜,丁達(dá)爾效應(yīng)在惡劣天氣時(shí)也發(fā)揮著作用。霧霾、沙塵暴等惡劣天氣出現(xiàn)時(shí),汽車駕駛員常常因看不清楚而誤判信號(hào)燈指示,于是研究者利用丁達(dá)爾效應(yīng)設(shè)計(jì)了一種新型交通信號(hào)燈輔助裝置,紅燈亮?xí)r,路口信號(hào)燈散發(fā)多道光束,形成視覺沖擊,幫助駕駛員準(zhǔn)確辨別交通信號(hào),避免誤判引發(fā)事故。

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