Dispersión de luz y efecto Tyndall

El efecto Tyndall , también conocido como el fenómeno Tyndall , es la dispersión de un haz de luz por un medio que contiene pequeñas partículas suspendidas, por ejemplo, humo o polvo en una habitación, lo que hace visible un haz de luz que entra por una ventana. La luz azul de longitud de onda corta se dispersa con más fuerza que la luz roja de longitud de onda larga, similar a la dispersión de Rayleigh. Primero comprendamos el concepto de dispersión.

Dispersión de luz

La dispersión es el mecanismo a través del cual la luz se transmite en todas las direcciones cuando incide sobre una partícula de mayor diámetro.

La fuente de luz puede explorarse por completo. Cuando la luz se mueve de un medio a otro, como el aire o un vaso de agua, una parte de la luz es absorbida por las partículas del medio, seguida de una radiación posterior en una dirección específica. La dispersión de la luz es el término para este fenómeno. La intensidad de la luz dispersada está determinada por el tamaño de las partículas y la longitud de onda.

Debido a la ondulación de la línea y su interacción con una partícula, las longitudes de onda más cortas y las frecuencias altas se dispersan más. Cuanto más ondulada es una línea, más probable es que se cruce con una partícula. Las longitudes de onda más largas, por otro lado, tienen una frecuencia más baja, son más rectas y tienen una menor probabilidad de colisionar con la partícula, por lo tanto, las posibilidades son menores.

Ley de dispersión de Rayleigh

Establece que la probabilidad de dispersión dará un gran aumento para una longitud de onda más corta, y es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda de la radiación.

Sea p la cantidad de luz dispersada y λ la longitud de onda

pag ∝ 1λ4

Por lo tanto, la dispersión de la luz disminuye a medida que aumenta la longitud de onda. Cuando algunas partículas son más efectivas para dispersar una longitud de onda de luz específica, esto se conoce como dispersión de Rayleigh. Debido a que las moléculas de aire, como el oxígeno y el nitrógeno, son diminutas, son más eficientes para dispersar longitudes de onda de luz más cortas (azul y violeta).

Efecto Tyndall

El humo, las gotas de agua, el polvo y otras partículas diminutas forman la atmósfera terrestre. El camino recorrido por un rayo de luz cuando se encuentra con estas pequeñas partículas se hace evidente. Estas partículas reflejan continuamente la luz, que luego nos llega. El efecto Tyndall es el fenómeno de la dispersión de la luz por partículas. El tamaño de las partículas dispersas determina el color de la luz dispersada.

El efecto Tyndall se refiere a la dispersión de la luz por partículas en su camino. Cuando la luz del sol penetra a través del dosel de un bosque espeso, el efecto Tyndall también es visible.

Tyndall descubrió que cuando la luz blanca con siete colores se transmite a través de un líquido transparente que contiene pequeñas partículas suspendidas, el color azul de la luz blanca con la longitud de onda más corta se dispersa considerablemente más que el color rojo con la longitud de onda más larga.

Por lo tanto, cuando un haz de luz se transmite a través de una solución coloidal en un ambiente oscuro, la ruta de la luz se ilumina cuando se ve a través de un microscopio colocado perpendicularmente a la dirección de la luz. El efecto Tyndall es el nombre que recibe este fenómeno.

Causas del efecto Tyndall

• La partícula coloidal es más grande que la partícula de soluto en una solución real. 
• Las partículas coloidales absorben energía de la luz entrante y luego dispersan parte de ella fuera de sus superficies.
• Por lo tanto, el efecto Tyndall es causado por la dispersión de la luz por partículas coloidales, y las partículas coloidales pueden verse moviéndose como puntos de luz moviéndose contra un fondo negro.

Ejemplos del efecto Tyndall

• El camino de la luz se hace evidente cuando se enciende una antorcha en una atmósfera de niebla. La dispersión de la luz en este escenario es causada por gotas de agua en la niebla.
• El vidrio opalescente tiene una apariencia azulada cuando se ve de lado. Sin embargo, la luz de color naranja emerge cuando la luz pasa a través del vidrio.
• Podemos ver partículas de polvo cuando un solo rayo de luz entra en una habitación oscura.
• La leche es un coloide que contiene glóbulos de grasa y proteína. Cuando un haz de luz se dirige a un vaso de leche, la luz se dispersa. Este es un gran ejemplo del efecto Tyndall.
• El efecto Tyndall es el fenómeno de la dispersión de la luz por partículas en un coloide o una solución extremadamente pequeña.

Algunos fenómenos diarios basados ​​en el efecto Tyndall

1. Color azul del cielo:El color azul del cielo es causado por la dispersión del componente azul de la luz solar blanca por las moléculas de aire en la atmósfera. La luz del sol se compone de siete luces de diferentes colores que se mezclan. El tamaño de las moléculas de aire y otras partículas diminutas en la atmósfera es menor que la longitud de onda de la luz visible. Estos dispersan la luz de longitudes de onda más cortas en el extremo azul con mayor eficacia que la luz de longitudes de onda más largas en el extremo rojo. La longitud de onda de la luz roja es aproximadamente 1,8 veces la de la luz azul. Como resultado, a medida que la luz del sol viaja a través de la atmósfera, las partículas diminutas en el aire se dispersan de color azul (longitudes de onda más cortas) con más fuerza que el rojo (longitudes de onda más largas). Nuestros ojos están llenos de luz azul dispersa. Debido a que no hay atmósfera en el espacio profundo para dispersar la luz solar, el cielo parece oscuro y negro en lugar de azul.
2. Apariencia roja del sol durante la puesta y la salida del sol:Antes de llegar a nuestros ojos, la luz del Sol cerca del horizonte viaja a través de capas de aire más profundas y una mayor distancia en la atmósfera terrestre. La luz del Sol en lo alto recorre una distancia más corta. Como resultado, alrededor del mediodía, el Sol se ve blanco porque solo se dispersa una pequeña cantidad de luz azul y violeta. El tamaño de las moléculas de aire y otras partículas diminutas en la atmósfera es menor que la longitud de onda de la luz visible. Estos dispersan la luz de longitudes de onda más cortas en el extremo azul con mayor eficacia que la luz de longitudes de onda más largas en el extremo rojo. Cuando el sol está cerca del horizonte al amanecer y al atardecer, tiene que viajar la distancia máxima a través de la atmósfera para llegar a nosotros. La mayoría del color azul de longitud de onda más corta y las longitudes de onda más cortas contenidas en la luz solar se dispersan a lo largo de su largo viaje. Como resultado, la luz que nos llega tiene longitudes de onda más largas. Como resultado, el sol aparece rojo carmesí.
3. Color azul de nuestros ojos: la principal diferencia entre los iris de color azul, marrón y negro es la cantidad de melanina en una de sus capas. La capa en un iris azul tiene cantidades relativamente más bajas de melanina en comparación con un iris negro, lo que lo hace translúcido. Cuando la luz incide sobre esta capa translúcida, se dispersa debido al efecto Tyndall. Debido a que la luz azul tiene una longitud de onda más corta que la luz roja, se dispersa más fácilmente. La luz ilesa es absorbida por una capa más profunda del iris. Debido a que la mayor parte de la luz dispersada es azul, estos iris adquieren su color azul distintivo.

Problemas de muestra

Problema 1: ¿Qué es el efecto Tyndall?

Solución:

El humo, las gotas de agua, el polvo y otras partículas diminutas forman la atmósfera terrestre. El camino recorrido por un rayo de luz cuando se encuentra con estas pequeñas partículas se hace evidente. Estas partículas reflejan continuamente la luz, que luego nos llega. El fenómeno de la dispersión de la luz por partículas se conoce como efecto Tyndall.

Problema 2: ¿Por qué el cielo se ve azul claro?

Solución:

El cielo parece azul porque los colores violeta, índigo y azul interactúan con partículas suspendidas cuando la luz blanca fluye a través de la atmósfera. Estas ondas son absorbidas, luego difundidas y nuestros ojos las reciben.

Problema 3: ¿Por qué el color de la salida y la puesta del sol parece ser rojo?

Solución:

El color del sol y su entorno aparece carmesí al atardecer y al amanecer. Debido a que el sol está cerca del horizonte al atardecer y al amanecer, la luz del sol debe viajar una mayor distancia a través de la atmósfera. Como resultado, las partículas dispersan la mayor parte de la luz azul (longitud de onda más corta). La luz de longitud de onda más larga (color rojo) penetra en los ojos humanos. Por eso el sol parece rojo.

Problema 4: ¿Por qué se usa el color rojo para hacer una señal o señal de peligro?

Solución:

Debido a que el rojo tiene la longitud de onda más larga, se dispersa más cuando golpea partículas minúsculas de niebla y humo (espectro visible). Como resultado, podemos ver el color rojo vívidamente incluso desde una gran distancia.

Problema 5: ¿Por qué el Sol se ve amarillo?

Solución:

El sol aparece amarillo porque los colores violeta, índigo y azul se distribuyen en la atmósfera superior, lo que da como resultado una luz amarilla. Esta luz parece amarilla cuando entra en nuestros ojos.

Problema 7: ¿Por qué el cielo se ve oscuro en lugar de azul para un astronauta?

Solución:

Un astronauta ve el cielo oscuro en lugar de azul: no hay partículas en el espacio, por lo tanto, no hay dispersión. Como resultado, el cielo parece estar sombrío.

Problema 7: ¿Por qué el humo que sale de la chimenea de carbón se ve azul en un día brumoso?

Solución:

En un día brumoso, el humo de una chimenea de carbón se ve azul porque las partículas microscópicas de humo y humedad dispersan la luz azul que viaja a través de él. El humo parece azul cuando esta luz azul llega a los ojos humanos, y el cielo parece oscuro en lugar de azul para un astronauta. No hay partículas en el espacio, por lo tanto, no hay dispersión. Como resultado, el cielo parece estar sombrío.

Problema 8: ¿Por qué el conductor usa luces naranjas en lugar de luces blancas normales en un día de niebla?

Solución:

Cuando un conductor maneja en la niebla mientras usa luz blanca, las diminutas gotas de agua dispersan una gran cantidad de luz azul. Cuando esta luz azul difusa llega a los ojos, reduce la visibilidad, lo que dificulta enormemente la conducción. La luz naranja, por otro lado, no se dispersa debido a su longitud de onda más larga, lo que permite que el conductor vea con claridad.

Problema 9: ¿Cómo es el efecto Tyndall responsable del color de ojos azules?

Solución:

La cantidad de melanina en una de las capas del iris es la distinción principal entre los iris azules, marrones y negros. Cuando se opone a un iris negro, la capa de un iris azul contiene una cantidad menor de melanina, lo que lo hace translúcido. El efecto Tyndall dispersa la luz cuando incide sobre esta capa translúcida. Cuando se opone a la luz roja, la luz azul tiene una longitud de onda más corta y, por lo tanto, se dispersa más. La luz no dispersada es absorbida por una capa más profunda en el iris. Debido a que la mayoría de la luz dispersada es azul, estos iris adquieren un tono azul distintivo.