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

 

Микрогнездо
Микрогнездо

Конкурс логотипа ФНМ МГУ
Факультет наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова объявляет творческий конкурс логотипа (эмблемы) ФНМ, работы принимаются с 21 августа до 15 сентября 2019 года. Участники - все, кто имеет или когда бы то ни было имел отношение к ФНМ МГУ: студенты, аспиранты, преподаватели, сотрудники, выпускники, а также все творческие люди из большой университетской семьи.

Продолжается прием статей в 11-й выпуск Межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов»
Продолжается прием статей в 11-й выпуск Межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов»

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ”
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ” 5-9 августа 2019 года в Новосибирске

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
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.