Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Это оптический эффект, возникающий при прохождении светового пучка через оптически неоднородную среду. Обычно наблюдается в виде светящегося конуса, видимого на тёмном фоне.
Научный центр волоконной оптики Российской академии наук уже создал технологии создания изгибостойкого и фотоннокристаллического волокна,а также нанесения углеродного нанопокрытия.
Демонстрация эффекта Тиндаля.
"Огонь опала подобен огню карбункула, только мягче и нежнее, при этом он отсвечивает пурпуром как аметист и зеленью моря как смарагд; все вместе сливается в немыслимое, сверкающее великолепие..."
Украшения с фотонными кристаллами вместо природных драгоценных камней выглядят несколько неестественно, но сверкают так, что понравятся любому (фото с сайта telegraph.co.uk).

Эффект Тиндаля

Ключевые слова:  Интернет - олимпиада, опалесценция, периодика, творчество, эффект Тиндаля

Автор(ы): Эвелина Никельшпарг

Опубликовал(а):  Шушарина Анастасия Леонидовна

24 октября 2010

  • Стал он думать, что к чему.
  • Видно, свет боится муку.
  • Значит, мука идеально годна,
  • Чтоб дифрагировала волна!
  • Всякая пыль, и взвесь, и муть
  • Света пучок может свернуть…
  • Из «Оды Тиндалю» (Э.Никельшпарг)

Стихия «ВОЗДУХ»

На Ньютона упало яблоко, китайцы любовались каплями на цветках лотоса, а Джон Тиндаль, наверное, гуляя по лесу, заметил конус света. Сказка? Возможно. Но именно в честь последнего героя назван один из прекраснейших эффектов нашего мира – эффект Тиндаля. Почему прекрасный - судите сами!

Это оптический эффект, возникающий при прохождении светового пучка через оптически неоднородную среду. Обычно наблюдается в виде светящегося конуса, видимого на тёмном фоне. Что же такое оптически неоднородная среда? В данном случае - пыль или дым, который образован коллоидными частицами, формирующими аэрозоли. Не важен размер частиц, ведь даже наночастицы в атмосфере, будь это частицы морской соли или вулканическая пыль, способны вызвать столь прекрасное зрелище. Изучая свет, Тиндаль по праву является основоположником уже ставшей жизненно необходимой в нашей повседневности оптоволоконной связи, которая в современном мире усовершенствована до наноуровня.

Стихия «ВОДА»

Взгляните на растворы, изображенные на рисунке. Внешне они кажутся практически одинаковыми: бесцветные и прозрачные. Впрочем, есть одно «но»: лазерный луч беспрепятственно проходит сквозь правый стакан, а в левом сильно рассеивается, оставляя красный след. В чем секрет?

В правом стакане — обычная вода, а вот в левом — коллоидный раствор серебра. В отличии от обычного или, как говорят химики, «истинного» раствора, коллоидный раствор содержит не молекулы или ионы растворенного вещества, а его мельчайшие частицы. Впрочем, даже самые мелкие наночастицы могут рассеивать свет. Это и есть эффект Тиндаля.

Каким же должен быть размер частиц, чтобы их раствор можно было назвать «коллоидным»? В различных учебниках коллоидными предлагается считать частицы, размер которых составляет от 1 нм до 100 нм, от 1 нм до 200 нм, от 1 нм до 1 мкм... . Впрочем, классификация размеров, как и любая другая, весьма условна. Эффект Тиндаля в жидких средах используют, например, для оценки качества вина. Для оценки прозрачности вин бокал с вином слегка наклоняют и помещают между источником света и глазом, но не на одной линии. Степень прозрачности определяется не прохождением лучей через вино, а их отражением от взвешенных частиц даже нанометрового размера! (Эффект Тиндаля). Для характеристики степени прозрачности применяют словесную шкалу, в которой есть такие определения как «легкий опал», «опалесцирующее», «тусклое, со значительной опалесценцией». На эффекте Тиндаля основан ряд оптических методов определения размеров, формы и концентрации коллоидных частиц.

«Хотя наноколлоидные частицы настолько малы, что их невозможно наблюдать в оптический микроскоп, их содержание в платиново-серебряном коллоидном растоворе доказано с помощью луча лазера, направленного в коллодиный раствор и наблюдения эффекта Тиндаля, т.е. рассеивания света и яркого сияния светового пучка», - из аннотации косметики Noadada (Япония).

Стихия «ЗЕМЛЯ»

Понятие «опалесценция», тоже непосредственно связана с Джоном Тиндалем. ОПАЛ – драгоценный камень, от игры света которого происходит термин опалесценция, обозначающий особый, характерный только для этого кристалла тип рассеивания излучения.

Вот как описал опал Плиний: «Огонь опала подобен огню карбункула, только мягче и нежнее, при этом он отсвечивает пурпуром как аметист и зеленью моря как смарагд; все вместе сливается в немыслимое, сверкающее великолепие. Невообразимая прелесть и красота камня снискали ему у многих название «пайдэрос» - «любовь отрока». Он уступает только смарагду».

В опале присутствуют сферические частицы кремнезёма диаметром 150-450 нанометров, которые, в свою очередь, сложены мелкими глобулами диаметром 50-100 нанометров, расположенными концентрическими слоями или беспорядочно. Они образуют довольно упорядоченную упаковку (псевдокристаллическую структуру опала). Сферы действуют как трёхмерная дифракционная решётка, вызывая характерное рассеяние света — опалесценцию. Таким образом опал является природным фотонным кристаллом. Кластерная сверхрешетка опала послужила прототипом для создания искусственных фотонных кристаллов. Например, в одной из самых первых работ по синтезу фотонных кристаллов, выполненной в Физико-техническом институте (Санкт-Петербург) и МГУ в 1996 году, была создана технология получения оптически совершенных синтетических опалов на основе сфер микроскопического размера из двуокиси кремния. Технология позволяла варьировать параметры синтетических опалов: диаметр сфер, пористость, показатель преломления.

В опале решетки, образованные плотноупакованными сферами из двуокиси кремния, содержат пустоты, занимающие до 25% от общего объема кристалла, которые могут заполняться веществами другого сорта. Изменение оптических свойств опалов при наполнении пустот водой было известно уже ученым древнего мира: очень редкая разновидность опала - гидрофан (hydrophane), на старорусском - водосвет, становится прозрачной при погружении в воду. В современных разработках это свойство фотонного кристалла используют для создания переключателя света - оптического транзистора.

Стихия «ОГОНЬ»

Обладая редким лекторским талантом и необыкновенным искусством экспериментатора, Тиндаль нес в народные массы «ИСКРУ» знаний. Тиндаль создал целую эпоху своими народными лекциями по физике, и может справедливо считаться отцом современной популярной лекции. Его лекции впервые сопровождались блестящими и разнообразными опытами, вошедшими теперь в базовый курс физики; все последующие популяризаторы физики шли по стопам Тиндаля. Он писал: «Чтобы увидеть картину в целом, ее создателю необходимо отдалиться от нее, а чтобы оценить общие научные достижения какой-либо эпохи, желательно встать на точку зрения последующей». Хочется закончить стихотворением, написанным мной на тему света и жизни:

  • Ходить по лезвию ножа,
  • Стоять на кончике иглы,
  • Где макросила не важна
  • В сравнении с силою волны.
  • Где гравитация слаба,
  • Если ты легкий, как заряд,
  • Лишь переменные поля
  • Тебя запустят, как снаряд.
  • Интерференции огни
  • Сияньем северным горят.
  • И как весенние ручьи
  • Заряды шустрые спешат.
  • Быть может, этот мир чудес
  • Не виден глазу моему,
  • Но он – основа всех веществ,
  • А значит, в нем я и живу!


В статье использованы материалы: Интернет - олимпиада


Средний балл: 9.6 (голосов 9)

 


Комментарии
Эвелина Никельшпарг сейчас - студентка БИОЛОГИЧЕСКОГО факультета МГУ (НЕ физического!). Это ее еще школьная работа. Просьба отнестись к работе с полным пониманием!
... ну то есть, рассеяние, дифракцию, интерференцию, нанопокрытие и пр. разбирать, если придется, без личных выпадов.
Клюев Павел Геннадиевич, 24 октября 2010 15:32 
молодец, Эвелина! Особенно красиво последнее
стихотворение
Владимир Владимирович, 24 октября 2010 18:07 
Изумительно!!
(Критические вопросы только к Плинию)
Владимир Владимирович, 24 октября 2010 19:31 
Ода-подражание "О поколении индиго и ЕГЭ"
(посвящается не утратившим энтузиазма учителям и наставникам и конкретно ЕАГ)
Надежды лучик золотой,
Что поколение иное,
Вобравши лучшее собою,
Прорвется светлою волной.
Браво!

Набравшись лучшего в запое...
Спасибо
Жалко, не успела с презентацией выступить! Столько опытов привезла: с яйцом, с кольцом и с вином!
Нет проблем, можем все эти опыты поставить, записать на видео и пр. Сейчас аспиранты ФНМ готовят лекции и ОПЫТЫ для школьников - можно поучастовать :-)
Обязательно!
Статью тов. Закубанский получил от меня интересную? Вы ее уже вместе смотрели?
Он мне об этом уже сообщил, даже предложил поработать над ней совместно. Но пока я ее не видела!
Так ЛИЧНО дерни за пуговицу!
Пока пробовала уговорить, но, думаю, придется последовать Вашему совету!
На основе эффекта Тиндаля создан прибор и методика расчёта концентрации веществ в жидких и воздушных средах (лазерный фотометр), он позволяет определять сверхнизкие концентрации примесей в растворах и газах количественно до 10-9 степени.

Прибор описан в докладе:
INTEL ISEF, Москва, МИФИ, 2009 г." // тезисы Международного научно-инженерного конкурса INTEL ISEF, 2009, 1 ( 1), 19 - 19.
За что Светлану уважаю, так это за пунктуальность (и не только за это). Хотя... черт его знает, что за прибор
Владимир Владимирович, 25 октября 2010 05:49 
Набравшись лучшего в запое...
Забирает! ... и никак не могу спорить с очевидцем и современником.
Владимир Владимирович, 25 октября 2010 05:52 
На основе эффекта Тиндаля создан прибор и методика расчёта концентрации веществ в жидких и воздушных средах (лазерный фотометр), он позволяет определять сверхнизкие концентрации примесей в растворах и газах количественно до 10-9 степени.

Прямо так и "Тиндаля" (визуального эффекта)? И что нового по сравнению с классическими методами рассеяния (до боли чувствительными к малейшей грязи и пыли)? То есть позволять-то он может и позволяет (как неоолигархические барины), но работать в реальной жизни не будет.
Вы правы Владимир Владимирович, в случае концентраций 10-3 - 10-9 мг/л классические фотометры «слепнут», эффект Тиндаля не проявляется, хотя он и присутствует. Причина в том, что при низких концентрациях вещества необходима другая схема прибора (должен анализироваться не прошедший, а рассеянный поток излучения).
Если использовать зелёный лазер на 50 mV, хорошую CCD матрицу с рабочей чувствительностью, Цейсовскую просветлённую оптику и эффект Тиндаля, то в сверхчистой воде ( < 1 микросименса ) можно считать отдельные частички угля менее 600 нм, которые сложно определить физическими и химическими методами анализа.

Например, питьевая вода и раствор хлорида кальция для иньекций дают в фотометре «хвост», похожий на след шатла при взлёте или луч лазера в дождливую погоду.
Владимир Владимирович, 25 октября 2010 20:45 
Светлана Юрьевна,

Я как раз сравнивал с классическими методами рассеяния, где разнообразнейшими конфигурациями (статически, динамически, под разными углами) анализируется рассеяный свет. И вкратце - проблема будет отличить сигнал от одной многомикронной частицы, ста микронных и десятка тысяч "частичек угля менее 600 нм" (то есть все, в принципе, и возможно, но дорого и не очень практично).
Что принципиально нового? Или "велосипед" ради самого процесса изобретений-познаний?
Для повышения чувствительности метода можно обрабатывать изображения полученные с помощью лазерного фотометра в Adobe Photoshop.
Владимир Владимирович, 25 октября 2010 21:08 
Разумно
Неплохо написано.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Планетарный разлом
Планетарный разлом

Наносистемы: физика, химия, математика (2024, Т. 15, № 2)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume15/15-2
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2024, Т. 15, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume15/15-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2024 году
коллектив авторов
29 – 31 мая пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.