Quang phổ của ánh sáng. Lịch sử và bản chất của khám phá khoa học

KHÁM PHÁ KHOA HỌC QUAN TRỌNG NHẤT
Thư viện miễn phí / Cẩm nang / Những khám phá khoa học quan trọng nhất

Quang phổ của ánh sáng. Lịch sử và bản chất của khám phá khoa học

Những khám phá khoa học quan trọng nhất

Cẩm nang / Những khám phá khoa học quan trọng nhất

Descartes vào năm 1629, ông đã tìm ra đường đi của các tia trong lăng kính và kính có nhiều hình dạng khác nhau. Ông thậm chí còn phát minh ra các cơ chế để đánh bóng thủy tinh. Giáo sư người Scotland, Gregory, đã xây dựng một mô hình kính thiên văn đáng chú ý vào thời đó, dựa trên lý thuyết về gương cầu lõm. Vì vậy, ngay cả khi đó, quang học thực tế đã đạt đến mức độ hoàn thiện đáng kể và là một trong những ngành khoa học chiếm lĩnh nhiều nhất trong thế giới khoa học bấy giờ.

Đến năm 1666 khi Newton bắt đầu nghiên cứu quang học, lý thuyết khúc xạ đã tiến bộ rất ít kể từ thời của Descartes. Có rất nhiều lý thuyết và khái niệm nhầm lẫn về màu sắc của cầu vồng và màu sắc của các vật thể: hầu như tất cả các nhà khoa học thời đó đều giới hạn bản thân trong tuyên bố rằng màu này hoặc màu kia đại diện cho "sự pha trộn giữa ánh sáng với bóng tối" hoặc sự kết hợp của các màu khác màu sắc. Không cần phải nói rằng một sự thật hiển nhiên như màu óng ánh, được quan sát khi các vật thể được nhìn qua lăng kính hoặc qua kính quang học kém, chỉ được mọi người liên quan đến quang học biết quá rõ. Nhưng mọi người đều tin chắc rằng tất cả các loại tia, khi đi qua lăng kính hoặc qua kính lúp, đều bị khúc xạ theo cùng một cách. Các đường viền màu và ánh kim chỉ được cho là do độ nhám của bề mặt lăng kính hoặc thủy tinh.

Lúc đầu, Newton chăm chỉ đánh bóng kính lúp và gương. Những công trình này đã giới thiệu cho ông một cách thực nghiệm các định luật cơ bản của phản xạ và khúc xạ, về mặt lý thuyết ông đã quen thuộc với các luận thuyết của Descartes và James Gregory. Newton bắt đầu một loạt các thí nghiệm, mà sau này chính nhà khoa học vĩ đại đã mô tả chi tiết trong các bài viết của mình.

"Vào đầu năm 1666, khi tôi đang bận mài kính quang học không hình cầu, tôi lấy ra một lăng kính thủy tinh hình tam giác và quyết định sử dụng nó để kiểm tra hiện tượng nổi tiếng về màu sắc. Cuối cùng, tôi đã làm tối phòng mình và tạo một lỗ nhỏ trên cửa chớp để một tia sáng mặt trời mỏng có thể xuyên qua nó. Tôi đặt một lăng kính ở lối vào của ánh sáng để nó có thể bị khúc xạ sang bức tường đối diện. Lúc đầu, tầm nhìn của màu sắc tươi sáng và rực rỡ tạo ra từ điều này làm tôi thích thú. Nhưng sau một thời gian, buộc mình phải nhìn chúng kỹ hơn, tôi ngạc nhiên bởi hình dạng thuôn dài của chúng, phù hợp với các định luật khúc xạ đã biết, tôi cho rằng chúng sẽ tròn. các mặt, màu sắc bị giới hạn trong các đường thẳng, và ở cuối, ánh sáng mờ dần đến mức rất khó xác định chính xác hình dạng của chúng; nó thậm chí có vẻ là hình bán nguyệt.

So sánh chiều dài của quang phổ màu này với chiều rộng của nó, tôi thấy rằng nó lớn hơn khoảng năm lần. Sự không cân xứng quá bất thường khiến nó khơi dậy trong tôi nhiều hơn sự tò mò thông thường, mong muốn tìm ra nguyên nhân của nó. Không chắc rằng độ dày khác nhau của kính hoặc ranh giới giữa ánh sáng và bóng tối có thể gây ra hiệu ứng ánh sáng như vậy. Và lúc đầu tôi quyết định nghiên cứu chính xác những trường hợp này và thử xem điều gì sẽ xảy ra nếu ánh sáng truyền qua các kính có độ dày khác nhau, hoặc qua các lỗ có kích thước khác nhau, hoặc khi một lăng kính được lắp đặt ngoài trời, để ánh sáng có thể bị khúc xạ trước khi nó bị thu hẹp bởi lỗ. Nhưng tôi thấy rằng không có trường hợp nào trong số này là cần thiết. Màu sắc trong mọi trường hợp đều giống nhau.

Sau đó, tôi nghĩ: có thể một số khiếm khuyết thủy tinh hoặc những tai nạn không lường trước khác là lý do cho sự giãn nở của màu sắc? Để kiểm tra điều này, tôi đã lấy một lăng kính khác, tương tự như lăng kính thứ nhất, và đặt nó theo cách sao cho ánh sáng đi qua cả hai lăng kính, có thể bị khúc xạ theo những cách ngược lại, với lăng kính thứ hai đưa ánh sáng trở lại hướng mà từ đó đầu tiên làm chệch hướng nó. Và do đó, tôi nghĩ, những hiệu ứng thông thường của lăng kính thứ nhất sẽ bị phá hủy bởi lăng kính kia, và những tác động bất thường sẽ được tăng cường bởi nhiều khúc xạ. Tuy nhiên, hóa ra chùm tia tán xạ thành hình dạng thuôn dài bởi lăng kính thứ nhất đã được lăng kính thứ hai đưa tròn một cách rõ ràng như thể nó không hề xuyên qua vật gì cả. Vì vậy, bất kể nguyên nhân của sự kéo dài, nó không phải là do bất thường ngẫu nhiên.

Tiếp theo, tôi chuyển sang xem xét thực tế hơn về những gì có thể tạo ra sự khác biệt về góc tới của các tia đến từ các phần khác nhau của Mặt trời. Và từ kinh nghiệm và tính toán, tôi thấy rõ ràng rằng sự khác biệt về góc tới của các tia đến từ các phần khác nhau của Mặt trời không thể gây ra, sau giao điểm của chúng, sự phân kỳ theo một góc lớn hơn đáng kể so với góc mà chúng trước đó hội tụ, giá trị của góc này không quá 31 32 phút; do đó, phải tìm ra một lý do khác có thể giải thích sự xuất hiện của góc hai độ bốn mươi chín phút.

Sau đó, tôi bắt đầu nghi ngờ liệu các tia, sau khi đi qua lăng kính, có phải là tia cong hay không, và theo độ cong lớn hơn hay nhỏ hơn của chúng, chúng không có xu hướng đến các phần khác nhau của bức tường. Sự nghi ngờ của tôi càng dâng cao khi tôi nhớ rằng tôi đã thường thấy một quả bóng tennis, khi được đánh xiên bằng vợt, được mô tả một đường cong tương tự. Đối với quả bóng được thông báo trong trường hợp này cả chuyển động tròn và tịnh tiến. Mặt đó của quả bóng mà hai chuyển động đồng ý phải đẩy và đẩy không khí bên cạnh với lực nhiều hơn mặt còn lại, và do đó sẽ kích thích lực cản và phản lực của không khí hơn một cách tương ứng. Và vì lý do này, nếu các tia sáng là các vật thể hình cầu (giả thuyết của Descartes) và khi chúng chuyển động xiên từ môi trường này sang môi trường khác, chúng sẽ thu được chuyển động tròn, chúng sẽ phải chịu lực cản lớn hơn từ ête rửa sạch chúng. tất cả các phía từ phía đó., nơi các chuyển động nhất quán và sẽ dần dần uốn cong sang phía bên kia. Tuy nhiên, bất chấp tất cả sự hợp lý của giả thiết này, tôi đã không quan sát thấy bất kỳ độ cong nào của các tia khi kiểm tra nó. Và bên cạnh đó (điều đó là đủ cho mục đích của tôi), tôi quan sát thấy rằng sự khác biệt giữa chiều dài của hình ảnh và đường kính của lỗ mà ánh sáng đi qua tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa chúng.

Dần dần loại bỏ những nghi ngờ này, cuối cùng tôi đến với cây thánh giá thí nghiệm, như sau: Tôi lấy hai tấm ván và đặt một trong số chúng ngay phía sau lăng kính của cửa sổ, để ánh sáng có thể đi qua một lỗ nhỏ được làm trong đó mục đích này và rơi trên tấm ván khác, mà tôi đã đặt ở khoảng cách khoảng 12 feet, và một lỗ cũng được tạo trên đó để một phần ánh sáng có thể đi qua nó. Sau đó, tôi đặt một lăng kính khác sau tấm ván thứ hai này sao cho ánh sáng, khi đi qua cả hai tấm ván này, có thể đi qua lăng kính, bị khúc xạ lại trong đó trước khi nó chạm vào tường. Sau khi làm như vậy, tôi cầm lăng kính thứ nhất trong tay và từ từ xoay nó qua lại, xấp xỉ quanh trục, để các phần khác nhau của hình ảnh rơi trên tấm ván thứ hai có thể liên tiếp đi qua lỗ trên đó và tôi có thể quan sát nơi bức tường ném tia lăng kính thứ hai. Và tôi đã thấy, bằng cách thay đổi những chỗ này, rằng ánh sáng có xu hướng tới đầu đó của hình ảnh, nơi mà lăng kính thứ nhất xảy ra khúc xạ lớn nhất, thì ở lăng kính thứ hai khúc xạ lớn hơn nhiều so với ánh sáng hướng đến đầu kia. Và do đó, lý do thực sự cho độ dài của hình ảnh này đã được tìm ra, không thể khác hơn là thực tế là ánh sáng bao gồm các tia khúc xạ khác nhau, bất kể sự khác biệt về sự xuất hiện của chúng, đều rơi vào các phần khác nhau của bức tường. với độ khúc xạ của chúng ... "

Nhiều "nghi ngờ" vô căn cứ khác nhau - như Newton gọi các giả thuyết của mình - cuối cùng đã đưa ông đến ý tưởng thực hiện thí nghiệm sau. Cũng giống như khi bắt đầu phân tích, ông đã tách một chùm tia sáng mỏng màu trắng khỏi mặt trời, vì vậy bây giờ ý tưởng nảy ra trong đầu ông là tách một phần tia khúc xạ. Đây là bước thứ hai và quan trọng nhất trong phân tích quang phổ. Nhận thấy rằng theo kinh nghiệm của mình, phần màu tím của quang phổ luôn ở trên cùng, màu xanh lam ở bên dưới, và cứ thế cho đến màu đỏ phía dưới, Newton đã cố gắng tách các tia có một màu và nghiên cứu chúng một cách riêng biệt. Lấy một tấm ván có một lỗ rất nhỏ, Newton áp nó lên bề mặt của lăng kính đối diện với màn hình, và ấn nó vào lăng kính, di chuyển nó lên xuống, và chẳng khó khăn gì đạt được sự tách biệt của một màu. , chỉ có màu đỏ, tia sáng xuyên qua một lỗ nhỏ trên tấm ván. Một chùm tia đỏ tinh khiết mới thậm chí còn mỏng hơn đã được nghiên cứu thêm. Tia đỏ đi qua lăng kính thứ hai. Newton thấy rằng chúng lại bị khúc xạ, nhưng lần này mọi thứ gần như giống nhau. Newton thậm chí còn cho rằng nó hoàn toàn giống nhau, tức là ông coi các tia một màu là hoàn toàn đồng nhất. Sau khi lặp lại thí nghiệm trên các tia màu vàng, tím và tất cả các tia khác, cuối cùng anh ấy cũng hiểu được đặc điểm chính giúp phân biệt tia này hay tia kia với các tia có màu khác. Đi qua cùng một lăng kính lúc thì chỉ có tia đỏ, lúc thì chỉ tia tím, v.v., cuối cùng ông tin chắc rằng ánh sáng trắng bao gồm các tia khúc xạ khác nhau và mức độ khúc xạ có liên quan chặt chẽ với chất lượng của các tia, cụ thể là với màu sắc của chúng. Hóa ra tia đỏ bị khúc xạ ít nhất và cứ thế cho đến tia khúc xạ mạnh nhất - tia tím.

Newton đã đưa ra kết luận của khám phá lớn nhất như sau:

"1. Giống như các tia sáng khác nhau về mức độ khúc xạ, chúng cũng khác nhau về xu hướng thể hiện màu cụ thể này hay màu khác. Màu sắc không phải là đặc tính của ánh sáng do khúc xạ hoặc phản xạ trong các vật thể tự nhiên (như thường được xem xét), nhưng bản chất là những phẩm chất tự nhiên và bẩm sinh, khác nhau trong các tia khác nhau ...

2. Cùng một độ khúc xạ luôn ứng với cùng một màu, và cùng một màu luôn ứng với cùng một độ khúc xạ. Và mối liên hệ giữa màu sắc và sự khúc xạ là rất chính xác và rõ ràng: các tia hoặc là đồng ý chính xác ở cả hai khía cạnh, hoặc chúng không đồng nhất với nhau theo tỷ lệ.

3. Các kiểu màu sắc và mức độ sai lệch vốn có trong mỗi loại tia cụ thể không bị thay đổi bởi khúc xạ hay phản xạ từ các vật thể tự nhiên, hoặc bởi bất kỳ nguyên nhân nào khác mà tôi có thể quan sát được.

Vladimir Kartsev viết trong cuốn sách của mình: "Các lý thuyết của Newton đã tạo điều kiện cho sự phát triển của vật lý như một môn khoa học chính xác. Nó bắt đầu tiếp cận toán học ngày càng nhiều hơn và ngày càng rời xa triết học. Nó đã được phê duyệt trước khi xuất bản trong Hoàng gia Xã hội, được lắng nghe và thảo luận ở đó. Điều này xảy ra vào ngày 8 tháng 1672 năm XNUMX ...

... Đó là bài báo khoa học đầu tiên của Newton. Sự cộng hưởng bất thường mà một công trình nhỏ như vậy nhận được, ảnh hưởng to lớn của nó đối với số phận của Newton và số phận của toàn bộ khoa học, buộc những người đương thời của chúng ta phải xem xét kỹ hơn những điều mới mẻ mà nó mang lại cho thế giới nghiên cứu khoa học.

Bài báo này đánh dấu sự ra đời của một ngành khoa học mới - ngành khoa học của thời đại mới, một ngành khoa học không có những giả thuyết vô căn cứ, chỉ dựa trên những dữ kiện thực nghiệm đã được thiết lập vững chắc và trên những suy luận logic liên quan chặt chẽ đến chúng. Bây giờ, vào cuối thế kỷ XNUMX, thật khó để đánh giá cao tính giật gân và bất thường trong bài báo nhỏ này của Newton. Nhưng những bộ óc sâu sắc nhất của thế kỷ XVII đã nhanh chóng sáng tỏ trong một bức thư nhỏ "những ý tưởng điên rồ", cuối cùng dẫn đến sự bùng nổ của những ý tưởng đã được thành lập và theo thói quen, đến lượt nó, chỉ gần đây mới chiến thắng siêu hình học của Aristoteles.

Việc phát hiện ra các tia khúc xạ khác nhau là điểm khởi đầu cho một số khám phá khoa học. Sự phát triển hơn nữa của ý tưởng của Newton đã dẫn đến việc khám phá ra cái gọi là phép phân tích quang phổ trong thời gian gần đây.

Tác giả: Samin D.K.

Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela Những khám phá khoa học quan trọng nhất:

▪ Phân tích phổ

▪ Các nguyên tắc cơ bản của địa chất

▪ DNA

Xem các bài viết khác razdela Những khám phá khoa học quan trọng nhất.

Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này.

<< Quay lại

Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:

Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng 15.04.2024

Trong thế giới công nghệ hiện đại, nơi khoảng cách ngày càng trở nên phổ biến, việc duy trì sự kết nối và cảm giác gần gũi là điều quan trọng. Những phát triển gần đây về da nhân tạo của các nhà khoa học Đức từ Đại học Saarland đại diện cho một kỷ nguyên mới trong tương tác ảo. Các nhà nghiên cứu Đức từ Đại học Saarland đã phát triển những tấm màng siêu mỏng có thể truyền cảm giác chạm vào từ xa. Công nghệ tiên tiến này mang đến những cơ hội mới cho giao tiếp ảo, đặc biệt đối với những người đang ở xa người thân. Các màng siêu mỏng do các nhà nghiên cứu phát triển, chỉ dày 50 micromet, có thể được tích hợp vào vật liệu dệt và được mặc như lớp da thứ hai. Những tấm phim này hoạt động như những cảm biến nhận biết tín hiệu xúc giác từ bố hoặc mẹ và đóng vai trò là cơ cấu truyền động truyền những chuyển động này đến em bé. Việc cha mẹ chạm vào vải sẽ kích hoạt các cảm biến phản ứng với áp lực và làm biến dạng màng siêu mỏng. Cái này ... >>

Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global 15.04.2024

Chăm sóc thú cưng thường có thể là một thách thức, đặc biệt là khi bạn phải giữ nhà cửa sạch sẽ. Một giải pháp thú vị mới từ công ty khởi nghiệp Petgugu Global đã được trình bày, giải pháp này sẽ giúp cuộc sống của những người nuôi mèo trở nên dễ dàng hơn và giúp họ giữ cho ngôi nhà của mình hoàn toàn sạch sẽ và ngăn nắp. Startup Petgugu Global đã trình làng một loại bồn cầu độc đáo dành cho mèo có thể tự động xả phân, giữ cho ngôi nhà của bạn luôn sạch sẽ và trong lành. Thiết bị cải tiến này được trang bị nhiều cảm biến thông minh khác nhau để theo dõi hoạt động đi vệ sinh của thú cưng và kích hoạt để tự động làm sạch sau khi sử dụng. Thiết bị kết nối với hệ thống thoát nước và đảm bảo loại bỏ chất thải hiệu quả mà không cần sự can thiệp của chủ sở hữu. Ngoài ra, bồn cầu có dung lượng lưu trữ lớn có thể xả nước, lý tưởng cho các hộ gia đình có nhiều mèo. Bát vệ sinh cho mèo Petgugu được thiết kế để sử dụng với chất độn chuồng hòa tan trong nước và cung cấp nhiều lựa chọn bổ sung. ... >>

Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm 14.04.2024

Định kiến phụ nữ thích “trai hư” đã phổ biến từ lâu. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi các nhà khoa học Anh từ Đại học Monash đã đưa ra một góc nhìn mới về vấn đề này. Họ xem xét cách phụ nữ phản ứng trước trách nhiệm tinh thần và sự sẵn sàng giúp đỡ người khác của nam giới. Những phát hiện của nghiên cứu có thể thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về điều gì khiến đàn ông hấp dẫn phụ nữ. Một nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học từ Đại học Monash dẫn đến những phát hiện mới về sức hấp dẫn của đàn ông đối với phụ nữ. Trong thí nghiệm, phụ nữ được cho xem những bức ảnh của đàn ông với những câu chuyện ngắn gọn về hành vi của họ trong nhiều tình huống khác nhau, bao gồm cả phản ứng của họ khi gặp một người đàn ông vô gia cư. Một số người đàn ông phớt lờ người đàn ông vô gia cư, trong khi những người khác giúp đỡ anh ta, chẳng hạn như mua đồ ăn cho anh ta. Một nghiên cứu cho thấy những người đàn ông thể hiện sự đồng cảm và tử tế sẽ hấp dẫn phụ nữ hơn so với những người đàn ông thể hiện sự đồng cảm và tử tế. ... >>

Tin tức ngẫu nhiên từ Kho lưu trữ

Tấm pin mặt trời trên indium phosphide 06.02.2013

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Lund ở Thụy Điển đã tìm ra cách tạo ra các tấm pin mặt trời hiệu quả và rẻ tiền từ các dây nano photphua indium. Các nhà khoa học nhấn mạnh rằng lần đầu tiên họ sử dụng dây nano để sản xuất pin mặt trời đầy đủ chức năng. Trên thực tế, pin mặt trời dây nano đang được nghiên cứu trên khắp thế giới. Tuy nhiên, chính các nhà khoa học Thụy Điển đã có thể tạo ra pin mặt trời với hiệu suất 13,8%.

Các dây nano của Thụy Điển được làm từ vật liệu bán dẫn indium phosphide. Chúng hoạt động giống như ăng-ten hấp thụ ánh sáng mặt trời và tạo ra điện. Các dây nano được lắp ráp trên chất nền có kích thước một mm vuông - 4 triệu trên mỗi đế. Đồng thời, pin mặt trời làm bằng dây nano tạo ra năng lượng trên một đơn vị diện tích nhiều hơn gấp nhiều lần so với pin silicon hiện đại.

Do hiệu quả cao, các tấm pin mặt trời dây nano có thể cung cấp sản xuất năng lượng sạch với chi phí lắp đặt và bảo trì thấp. Các tính toán cho thấy một tấm pin mặt trời dạng dây nano ở dạng màng mỏng tạo ra một lượng năng lượng tương đương với tấm silicon, nhưng đồng thời chiếm ít hơn 90% diện tích.

Hiện nay, các nhà khoa học Thụy Điển đang nghiên cứu để cải thiện hiệu suất của pin mặt trời dựa trên dây nano phosphide indium. Ngoài ra, công việc đang được tiến hành để kết hợp các loại vật liệu bán dẫn khác nhau để sử dụng hiệu quả phần rộng nhất có thể của quang phổ mặt trời.

Tin tức thú vị khác:

▪ Chip logic một cổng siêu nhỏ

▪ Macaroni không no

▪ Thông minh về không gian địa lý

▪ Năng lượng xanh sẽ gây ra khủng hoảng kim loại hiếm

▪ Cú và sự im lặng của cánh quạt

Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới

Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí:

▪ phần của trang web Điện tử tiêu dùng. Lựa chọn bài viết

▪ bài viết Hướng dẫn phát triển vấn đề phòng thủ dân sự trong đồ án tốt nghiệp. Những điều cơ bản của cuộc sống an toàn

▪ bài viết Khám phá nào đã giúp nhận ra ý nghĩa của chữ tượng hình Ai Cập? đáp án chi tiết

▪ Bài viết Người đóng gói bột và ngũ cốc. Hướng dẫn tiêu chuẩn về bảo hộ lao động

▪ bài báo Đầu dò không dùng pin. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

▪ bài viết Một chiếc loa đơn giản với mê cung âm thanh. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

Để lại bình luận của bạn về bài viết này:

Tất cả các ngôn ngữ của trang này

Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web