Efecto Tyndall - Tyndall effect

La harina suspendida en agua parece ser azul porque solo la luz dispersa llega al espectador y las partículas de harina dispersan la luz azul más que la luz roja .

El efecto Tyndall es la dispersión de la luz por partículas en un coloide o en una suspensión muy fina . También conocida como dispersión de Tyndall , es similar a la dispersión de Rayleigh , ya que la intensidad de la luz dispersada es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda , por lo que la luz azul se dispersa mucho más intensamente que la luz roja . Un ejemplo en la vida cotidiana es el color azul que a veces se ve en el humo que emiten las motocicletas , en particular las máquinas de dos tiempos donde el aceite de motor quemado proporciona estas partículas.

Bajo el efecto Tyndall, las longitudes de onda más largas se transmiten más mientras que las longitudes de onda más cortas se reflejan más difusamente a través de la dispersión . El efecto Tyndall se observa cuando la materia particulada que dispersa la luz se dispersa en un medio que de otro modo transmite la luz, cuando el diámetro de una partícula individual está en el rango de aproximadamente entre 40 y 900 nm , es decir, algo por debajo o cerca de las longitudes de onda de la luz visible ( 400–750 nm).

Es particularmente aplicable a mezclas coloidales y suspensiones finas; por ejemplo, el efecto Tyndall se usa en nefelómetros para determinar el tamaño y la densidad de partículas en aerosoles y otras materias coloidales (ver ultramicroscopio y turbidímetro ).

Lleva el nombre del físico del siglo XIX John Tyndall , quien fue el primero en estudiar el fenómeno en profundidad.

Descubrimiento

Antes de su descubrimiento del fenómeno, John Tyndall era conocido principalmente por su trabajo sobre la absorción y emisión de calor radiante a nivel molecular. En sus investigaciones en esa zona, se había hecho necesario utilizar aire del que se habían eliminado todos los rastros de polvo flotante y otras partículas , y la mejor forma de detectar estas partículas era bañar el aire con una luz intensa. En la década de 1860, John Tyndall hizo una serie de experimentos con luz, haciendo brillar rayos a través de varios gases y líquidos y registrando los resultados. Al hacerlo, Tyndall descubrió que al llenar gradualmente el tubo con humo y luego hacer brillar un rayo de luz a través de él, el rayo parecía ser azul desde los lados del tubo pero rojo desde el otro extremo. Esta observación permitió a Tyndall proponer primero el fenómeno que luego llevaría su nombre.

Comparación con la dispersión de Rayleigh

El efecto Tyndall en vidrio opalescente : parece azul desde un lado, pero la luz naranja brilla a través.

La dispersión de Rayleigh se define mediante una fórmula matemática que requiere que las partículas de dispersión de luz sean mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz. Para que una dispersión de partículas califique para la fórmula de Rayleigh, los tamaños de partículas deben estar por debajo de aproximadamente 40 nanómetros (para luz visible), y las partículas pueden ser moléculas individuales. Las partículas coloidales son más grandes y están en la vecindad aproximada del tamaño de una longitud de onda de luz. La dispersión de Tyndall, es decir, la dispersión de partículas coloidales, es mucho más intensa que la dispersión de Rayleigh debido a los tamaños de partículas más grandes involucrados. La importancia del factor de tamaño de partícula para la intensidad se puede ver en el gran exponente que tiene en el enunciado matemático de la intensidad de la dispersión de Rayleigh. Si las partículas coloides son esferoides , la dispersión de Tyndall se puede analizar matemáticamente en términos de la teoría de Mie , que admite tamaños de partículas en la vecindad aproximada de la longitud de onda de la luz. Dispersión de la luz por partículas de forma compleja se describen por el método T-matriz .

Iris azules

Un iris azul

Un iris azul en un ojo es azul debido a la dispersión de Tyndall en una capa translúcida en el iris. Los lirios marrones y negros tienen la misma capa, excepto que contienen más melanina . La melanina absorbe la luz. En ausencia de melanina, la capa es translúcida (es decir, la luz que la atraviesa se dispersa de forma aleatoria y difusa) y una parte notable de la luz que entra en esta capa translúcida reaparece a través de un camino disperso. Es decir, hay retrodispersión , la redirección de las ondas de luz hacia el aire libre. La dispersión tiene lugar en mayor medida en las longitudes de onda más cortas. Las longitudes de onda más largas tienden a pasar directamente a través de la capa translúcida con trayectorias inalteradas, y luego se encuentran con la siguiente capa más atrás en el iris, que es un absorbente de luz. Por lo tanto, las longitudes de onda más largas no se reflejan (por dispersión) de regreso al aire libre tanto como las longitudes de onda más cortas. Debido a que las longitudes de onda más cortas son las longitudes de onda azules, esto da lugar a un tono azul en la luz que sale del ojo. El iris azul es un ejemplo de color estructural , en contraste con un color de pigmento .

Fenómenos similares que no son la dispersión de Tyndall

Cuando el cielo del día está nublado , la luz del sol atraviesa la capa turbia de las nubes, lo que produce una luz difusa y dispersa en el suelo. Esto muestra la dispersión de Mie en lugar de la dispersión de Tyndall porque las gotas de las nubes son más grandes que la longitud de onda de la luz y dispersan todos los colores aproximadamente por igual. Cuando el cielo diurno está despejado , el color del cielo es azul debido a la dispersión de Rayleigh en lugar de la dispersión de Tyndall porque las partículas de dispersión son las moléculas de aire, que son mucho más pequeñas que las longitudes de onda de la luz visible. De manera similar, el término efecto Tyndall se aplica incorrectamente a la dispersión de la luz por partículas de polvo macroscópicas grandes en el aire; sin embargo, debido a su gran tamaño, no presentan dispersión de Tyndall.

Ver también

Referencias