Τι είναι το φαινόμενο Tyndall;

Το φαινόμενο Tyndall είναι το φαινόμενο της σκέδασης του φωτός από κολλοειδή διαλύματα και εναιωρήματα. Είναι υπεύθυνος για τους γαλάζιους ουρανούς μας, τη διασπορά του φωτός στην ομίχλη και πολλά άλλα συναρπαστικά γεγονότα που εύκολα θεωρούμε δεδομένα!

Αφού ξεκίνησε το 8λεπτο ταξίδι του για να φτάσει στην επιφάνεια του πλανήτη μας, το ηλιακό φως περνά από πολλούς φυσικούς χώρους που το αλλάζουν σε ορισμένες πτυχές. Εκτός από τις ακτίνες του τρεξίματος, το φως που παράγεται και εκπέμπεται από ηλεκτρονικά όργανα υπόκειται επίσης σε πολλές αλλαγές στην ατμόσφαιρά μας.

Για παράδειγμα, το χρώμα του ουρανού αλλάζει καθώς το φως κινείται στην ατμόσφαιρα. Οδηγώντας σε μια κρύα μπλε χειμωνιάτικη νύχτα γεμάτη ομίχλη, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν συχνά τα φώτα ομίχλης που υπάρχουν στα οχήματά τους. Αυτά τα όργανα απελευθερώνουν ακτίνες που φωτίζουν το μονοπάτι μπροστά, ανεξάρτητα από την ποσότητα ομίχλης που υπάρχει.

Τα μυστήρια του φωτός που αναφέρθηκαν παραπάνω και πολλά άλλα μπορούν να αποκαλυφθούν μελετώντας την απλή έννοια του φαινόμενου Tyndall . Ωστόσο, για να κατανοήσει κανείς αυτό το φαινόμενο, θα πρέπει πρώτα να εξοικειωθεί με τη διαδικασία της σκέδασης του φωτός.

Τι είναι η σκέδαση του φωτός;

Η σκέδαση του φωτός συνεπάγεται τη διανομή του προς όλες τις κατευθύνσεις. Όταν μια παράλληλη δέσμη ακτίνων χτυπά ένα σωματίδιο κατάλληλου μεγέθους (μικρότερο από το δικό του μήκος κύματος), το σωματίδιο απορροφά τις ακτίνες και τις εκπέμπει (ή τις απελευθερώνει) προς όλες τις κατευθύνσεις, εκτός από την κατεύθυνση με την οποία έφτασαν οι ακτίνες. όλο αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως σκέδαση φωτός. Το μέγεθος του σωματιδίου, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, είναι μια βασική πτυχή αυτού του φαινομένου, καθώς τα σωματίδια όλων των μεγεθών δεν μπορούν να διασκορπίσουν φως όλων των μηκών κύματος.

Οι δέσμες φωτός δεν είναι παρά ηλεκτρομαγνητικά κύματα (ακτινοβολία). Μια ακτίνα φωτός έχει πολλές ιδιότητες που καθορίζουν τα χαρακτηριστικά της. Δύο από τα πιο σημαντικά από αυτά είναι η συχνότητά του και μήκος κύματος. Το μέγεθος των κυμάτων φωτός μετριέται ως το μήκος κύματος, το οποίο είναι η απόσταση μεταξύ οποιωνδήποτε δύο αντίστοιχων σημείων σε διαδοχικά κύματα (συνήθως μετράμε ως την απόσταση μεταξύ δύο συνεχών κορυφών ή κορυφών ενός κύματος). Η συχνότητα μιας δέσμης, από την άλλη πλευρά, είναι ο αριθμός των κυμάτων που περνούν ένα συγκεκριμένο σημείο στο διάστημα κάθε δευτερόλεπτο.

Το μήκος κύματος ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος (Photo Credit :udaix/Shutterstock)

Τι είναι το φαινόμενο Tyndall;

Το φαινόμενο Tyndall είναι το φαινόμενο της σκέδασης του φωτός από τα σωματίδια που υπάρχουν σε ένα κολλοειδές ή πολύ λεπτό εναιώρημα. Να ταξινομηθεί ως κολλοειδές διάλυμα , ένα υλικό πρέπει να έχει σωματίδια με διαστάσεις (μήκος, πλάτος, πάχος) στην περιοχή από 1-1000 νανόμετρα. Τα εναιωρήματα είναι ετερογενή μείγματα που αποτελούνται από στερεά σωματίδια που δεν διαλύονται στο υγρό ή το αέριο που υπάρχει. Το μέγεθος των σωματιδίων μπορεί να κυμαίνεται από 10 έως 1000 μικρόμετρα. Η μόνη διαφορά μεταξύ ενός κολλοειδούς και ενός εναιωρήματος είναι το μέγεθος των σωματιδίων.

The Tyndall Effect (Φωτογραφία :Fouad A. Saad/Shutterstock)

Μερικά κοινά παραδείγματα κολλοειδών που χρησιμοποιούνται στην καθημερινή μας ζωή είναι η σαντιγί, η μαγιονέζα, το βούτυρο, το γάλα, η ζελατίνη και το χαρτί. Μερικά παραδείγματα εναιωρημάτων περιλαμβάνουν αλμυρό νερό, ζαχαρόνερο, λαδομπογιές και λασπόνερο.

Το φως που εκπέμπεται από ένα σωματίδιο μετά την εμφάνιση της σκέδασης φαίνεται να έχει διαφορετικά χρώματα, ανάλογα με το μήκος κύματός του. Ο λόγος πίσω από αυτή την επιλεκτική σκέδαση είναι η σχέση μεταξύ της έντασης του φωτός που σκεδάζεται και του μήκους κύματός του. Η ποσότητα του φωτός που σκεδάζεται είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τέταρτη δύναμη του μήκους κύματός του. Αυτό σημαίνει ότι τα μικρότερα μήκη κύματος φωτός (όπως το βιολετί ή το μπλε) διασκορπίζονται πολύ περισσότερο από τα μεγαλύτερα μήκη κύματος (όπως το κόκκινο ή το κίτρινο).

Το φαινόμενο Tyndall σε μοριακό επίπεδο

Όταν το φως προσπίπτει σε ένα μόριο που είναι μικρότερο από το μήκος κύματός του, απορροφάται από το σωματίδιο. Τα ηλεκτρικά πεδία αυτής της ακτίνας πολώνουν προσωρινά το μόριο ωθώντας τα ηλεκτρόνια προς μία κατεύθυνση. Αυτό οδηγεί στο σχηματισμό ενός ασθενούς καθαρού ηλεκτρικού φορτίου — θετικό στη μία πλευρά και αρνητικό από την άλλη — το οποίο είναι γνωστό ως διπολική ροπή. Καθώς το φως διαδίδεται μέσα στο μόριο, η κατεύθυνση του διπόλου αλλάζει συνεχώς και καθώς αλληλεπιδρά ξανά με τα ηλεκτρικά πεδία των ακτίνων, το μόριο τα εκπέμπει προς όλες τις κατευθύνσεις.

Πώς το φαινόμενο Tyndall οδηγεί σε μπλε ουρανό;

Ο ουρανός μας (αυτός που βρίσκεται πιο κοντά στην επιφάνεια της Γης και είναι ορατός σε εμάς) αποτελείται από αέρια όπως το οξυγόνο, το άζωτο και το διοξείδιο του άνθρακα. Τα μόρια αυτών των αερίων έχουν διαμέτρους μικρότερες από τις προσπίπτουσες λευκές ακτινοβολίες του ήλιου, οι οποίες αποτελούνται από κύματα διαφορετικών χρωμάτων (μήκη κύματος). Ως αποτέλεσμα, όταν το ηλιακό φως χτυπά αυτά τα μόρια, τα μικρότερα κύματα του βιολετί και του μπλε διασκορπίζονται περισσότερο, δίνοντας στον ουρανό μας το χαρακτηριστικό γαλαζωπό χρώμα του. Δεδομένου ότι τα κύτταρα των ματιών μας είναι πιο ευαίσθητα στο μπλε χρώμα παρά στο βιολετί, ο ουρανός μας φαίνεται μπλε.

Ομοίως, κατά την ανατολή και τη δύση του ηλίου, το φως πρέπει να διανύσει το μεγαλύτερο διάστημα για να φτάσει στα μάτια μας. Σε μια τέτοια κατάσταση, το μπλε φως είναι εντελώς σκορπισμένα, αφήνοντας πίσω μόνο κύματα κόκκινου και κίτρινου. Έτσι, ο ουρανός φαίνεται πορτοκαλί ή κόκκινος κατά την ανατολή και τη δύση του ηλίου. Σε ομιχλώδη καιρό, οι ακτίνες φωτός χτυπούν τα σωματίδια της ομίχλης (κολλοειδές διάλυμα) και διασκορπίζονται, αυξάνοντας έτσι την ορατότητα, ακόμη και τη νύχτα.

Πορτοκαλί ουρανός στο ηλιοβασίλεμα (Φωτογραφία :vvvita/Shutterstock)

Μια τελευταία λέξη

Όταν ο John Tyndall ανακάλυψε το φαινόμενο της σκέδασης του φωτός από τα κολλοειδή, πιθανότατα δεν πίστευε ότι θα οδηγούσε στην ίδρυση ενός νέου κλάδου της επιστήμης -Φασματοσκοπίας. Αυτός ο τομέας μελέτης ασχολείται με την ανίχνευση των ιδιοτήτων μιας άγνωστης ουσίας με ανάλυση του φάσματος του φωτός που εκπέμπεται από αυτήν.

Ομοίως, πολλές μικρές ανακαλύψεις οδήγησαν στην αρχή ενός πολύ μεγαλύτερου πράγματος που έχει βοηθήσει την αναζήτηση της ανθρωπότητας για την κατανόηση αυτού του σύμπαντος. Με άλλα λόγια, η φαντασία μας δεν πρέπει να περιορίζεται από την κλίμακα μιας ιδέας. Συνεχίστε να μαθαίνετε και να σκέφτεστε—αυτά είναι δύο από τα μεγαλύτερα δώρα μας!