當(dāng)丁達(dá)爾效應(yīng)發(fā)生時(shí)，光有了形狀

◎本刊綜合

1836年，英國(guó)物理學(xué)家約翰·丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)，若讓一束匯聚的光通過(guò)溶膠，則從側(cè)面（即與光束垂直的方向）可以看到一個(gè)發(fā)光的圓錐體，于是發(fā)現(xiàn)了神奇的“丁達(dá)爾現(xiàn)象”（也叫“丁達(dá)爾效應(yīng)”）。

圖1 樹(shù)林里的丁達(dá)爾效應(yīng)（圖/千圖網(wǎng)）

丁達(dá)爾效應(yīng)的原理

在光的傳播過(guò)程中，光線照射粒子時(shí)，如果粒子直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于入射光波長(zhǎng)，則發(fā)生光的反射現(xiàn)象；如果粒子直徑小于入射光波長(zhǎng)，則發(fā)生光的散射現(xiàn)象，這時(shí)觀察到的是光波環(huán)繞微粒并向其四周放射的光，被稱為散射光或乳光，丁達(dá)爾效應(yīng)就是光的散射現(xiàn)象或乳光現(xiàn)象。

要產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)，除了需要光源，也需要膠體。云、霧、煙塵這些都是膠體，由于這些膠體的分散劑是空氣，所以它們屬于氣溶膠。同樣地，液溶膠是以液體作為分散劑的溶膠，如蛋白溶液、淀粉溶液等，固溶膠是以固體作為分散劑的溶膠，如有色玻璃等。

發(fā)生丁達(dá)爾效應(yīng)時(shí)，人們可以看到一條條“光路”，它們時(shí)而為圓柱形，時(shí)而為圓錐形，仿佛光有了形狀。

實(shí)驗(yàn)室中的丁達(dá)爾效應(yīng)

在化學(xué)中，根據(jù)溶質(zhì)的直徑大小，可將分散系（一種或多種物質(zhì)分散在另一種或多種物質(zhì)中所得到的混合物）分為真溶液、膠體、大分子溶液等，其中膠體的溶質(zhì)直徑范圍與能形成丁達(dá)爾效應(yīng)的粒子直徑范圍較吻合。因此，可用丁達(dá)爾效應(yīng)辨別膠體與真溶液。

如圖2所示，當(dāng)光束通過(guò)Fe(OH)3膠體時(shí)，可以看到一條光路，而當(dāng)光束通過(guò)CuSO4溶液時(shí)，則看不到。

圖2 丁達(dá)爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

生活中的丁達(dá)爾效應(yīng)

丁達(dá)爾效應(yīng)在日常生活中隨處可見(jiàn)：在大氣層中，日落時(shí)分或雨后云層較多時(shí)，大氣中有霧氣或灰塵，剛好太陽(yáng)光投射在上面，被分割成一條條“光路”，這是丁達(dá)爾效應(yīng)；當(dāng)人們漫步在林間小道，抬頭仰望天空，陽(yáng)光透過(guò)樹(shù)葉的孔隙傾瀉而下，一束束地打在人們身上，這也是丁達(dá)爾效應(yīng)……

攝影界將丁達(dá)爾效應(yīng)趣稱為“耶穌光”，因其看起來(lái)十分圣潔、壯觀。在空氣濕度大的清晨、雨過(guò)天晴時(shí)、云層密度大的黃昏時(shí)分或是霧氣多的山區(qū)都容易形成“耶穌光”，此時(shí)攝影愛(ài)好者可選擇較暗的背景，縮小光圈，運(yùn)用點(diǎn)測(cè)光形成明暗對(duì)比，將這美好的畫(huà)面記錄下來(lái)。

圖3 耶穌光（圖/千圖網(wǎng)）

觀看電影時(shí)，在電影院黑暗的環(huán)境下，由正對(duì)著屏幕的高功率投影儀發(fā)出來(lái)的光束也是丁達(dá)爾效應(yīng)。電影院空氣中含有較多的塵埃，充當(dāng)了膠體。同理可得，黑暗中的聚光燈、漆黑環(huán)境下的手電筒光柱、夜間激光燈等都是丁達(dá)爾效應(yīng)。

圖4 投影儀的丁達(dá)爾效應(yīng)（圖/千圖網(wǎng)）

除了黑夜，丁達(dá)爾效應(yīng)在惡劣天氣時(shí)也發(fā)揮著作用。霧霾、沙塵暴等惡劣天氣出現(xiàn)時(shí)，汽車駕駛員常常因看不清楚而誤判信號(hào)燈指示，于是研究者利用丁達(dá)爾效應(yīng)設(shè)計(jì)了一種新型交通信號(hào)燈輔助裝置，紅燈亮?xí)r，路口信號(hào)燈散發(fā)多道光束，形成視覺(jué)沖擊，幫助駕駛員準(zhǔn)確辨別交通信號(hào)，避免誤判引發(fā)事故。