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廷得耳效應與散射的簡單實驗

這個小實驗是為了科學少年而設計,實驗主要是讓學生藉由操作感受光束受到煙霧散射而產生的現象。

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2019-10-25 13:07:14 最後編修
2017-04-23 15:32:41 By zfang
 

這個小實驗是為了科學少年而設計,部分圖文已經發表在2014年6月號的科學少年。現在將它整理出來。

實驗主要是讓學生藉由操作,感受光束受到煙霧散射而產生的現象。我用雷射筆與手電筒光線一起比較,雖然兩者都能在煙霧中呈現光的通路,但雷射筆不是一般家裡易取得,另一方面手電筒的光會呈現較柔和的光束,更可以看到煙霧的流動。第二部分是水溶液中的情況,從空氣中的煙塵到水溶液中溶質粒子,這是化學上檢測膠體溶液的廷得耳效應。第三個部分則是拿出生活中的瓶瓶罐罐來做檢測,以為也是產生雷射光的一條通路,卻意外發現整罐藥水都跟著發亮,更加應證光線被散射的結果,而整觀通透的模樣,在生活中常常可見到,一公升的光亮便是引入日光而使整罐寶特瓶透出柔和光亮,也可以稱之為乳光現象。如果用手電筒照射生雞蛋,便可看見整顆雞蛋通體發出光亮,不是只有光束喔!(請見當光遇上雞蛋)


手電筒照射生雞蛋的模樣。

實驗材料:
透明杯(塑膠杯或玻璃杯)、滴管、線香或蚊香、打火機、紅光雷射筆、手電筒。
生活中各式溶液(我家是用藥水)、鹽、牛奶少許

[空氣中的光束]
1.取一個透明杯,倒扣在桌上,將雷射筆放在塑膠杯上方,由上往下照射,你看到什麼?改用手電筒照,你又看到什麼?使用雷射筆要小心,眼睛不可直視雷射光源以免受傷。
2.拿出點燃的線香或蚊香,將透明杯放置線香上方收集煙霧。將玻璃杯倒扣,再將雷射筆往有煙的玻璃杯中照射,結果與剛剛有什麼不同?改用手電筒再觀察看看。收集煙的實驗,要在空氣流通的地方操作。

3.試著調整煙量,直到讓雷射光與手電筒的光都能出現光束。改變手電筒的角度,觀察光束與煙霧的變化。


[水溶液中的光束]
4.在透明杯裝水,雷射筆放在杯側照射,水中是否出現光束?要知道雷射光有沒有被水吸收,拿紙放在對側檢查是否有光點透出? 
5. 怎樣才能讓雷射筆(手電筒)的光在水中也出現光束?加入少許鹽(或糖),然後攪拌均勻,此時照光是否能看得到光束?

6. 加入少許牛奶在水中攪拌均勻,再用雷射筆(手電筒)照射,結果又是如何?
7. 增加牛奶或加水稀釋,調整牛奶濃度直到雷射筆(手電筒)可以產生一道清晰的光束。

8.慢慢增加牛奶的量,再用雷射筆(手電筒)照射,牛奶越多,光束效果越明顯嗎?


牛奶越多,光束效果越明顯嗎?結果有什麼不一樣?


 [檢驗生活中的水溶液]
9.找出生活中透明瓶裝的瓶瓶罐罐(例如洗髮精、洗碗精、藥水等),以手電筒貼近罐身照射液體。觀察瓶身與對向(穿透)的光,哪些和鹽水一樣只讓光點穿過?哪些和稀牛奶一樣出現清晰的光束?如果罐身不是透明的,可以倒出少許來進行實驗。也可以加水稀釋後再進行觀察比較。避免眼睛直視光源,可以將透出的光投影在牆面上。


這是我家找到的瓶瓶罐罐,多是小朋友的藥水、糖漿、漱口水。

 

實驗結果與原理說明:
將雷射筆光線往透明杯裡照射,可以發現紅亮點投射在桌面,但無法看到光束。透明杯裡多了煙霧,再用雷射筆或手電筒照射,就能看到光束。煙霧是許多小小的懸浮微粒,它們把部分光線散射進入我們眼中,產生一條光亮的「通路」。雷射筆能量集中,容易觀察到紅色光束;使用手電筒則方便觀察煙霧微粒運動與光束亮度變化。

在水溶液中也有類似現象,光線投射在糖水與鹽水等溶質粒子極小的真溶液時只能看到光穿透,而投射在牛奶等溶質粒子較大的膠體溶液時,光線就會被散射產生明顯光束。這個現象在化學上稱為「廷得耳效應」,可以用來簡單檢驗水溶液是否為真溶液或膠體溶液。空氣就像是真溶液,而煙霧混在空氣中就像是膠體溶液,因此光穿過煙霧就會形成石板屋裡或是舞臺上美麗的光柱。


在水中加入一些牛奶(膠體溶液),發生廷得耳效應而產生光束。


牛奶加得多,濃度高,光線幾乎都被散射掉,雖看不到光束,但可以看見整杯透亮的乳光現象。


由另一側觀察手電筒的光,會發現呈現橘黃色,像不像是夕陽呢?
原來夕陽也和散射有關喔!(詳見:模擬夕陽小實驗~天空為何藍?落日為何紅?)

檢驗生活中各式各樣溶液,還可以觀察到其他現象:黑黑的醬油膏會將光線全部吸收,最後什麼都看不到;濃稠糖漿照光後出現整罐都在發光的情況,這是因為光被微粒散射,若是將每一個微粒視為小光源,無數發光體散射的結果。


詳細結果見:當光遇上瓶瓶罐罐~乳光現象。

 

2015-04-09 謝謝axer幫忙拍照

END

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