チンダル効果は、コロイド中の粒子または液体中の粒子の非常に細かい懸濁液による光の散乱です。チンダル散乱として知られていることに加えて、この現象は、散乱光の強度が波長の 4 乗に反比例するという点でレイリー散乱に似ており、青色光は赤色光よりも大幅に強く散乱されます。日常生活では、オートバイ、特に 2 スモーク マシンから排出される煙に時折見られる青色が良い例です。これは、煙の粒子がエンジン オイルの燃焼によって引き起こされるためです。
チンダル効果は、波長が長いほど透過しやすく、波長が短いほど散乱によって乱反射されるという特徴があります。個々の粒子の直径が 40 ～ 900 nm の範囲にある場合、光を散乱する粒子状物質が光を透過する媒体に分散している場合、チンダル効果を観察することができます。可視光 (400–750 nm)。
コロイド状の混合物や微細な懸濁液に関しては、特に有用です。たとえば、ティンダル効果は比濁計で使用されます。この名前は、この現象について最初に広範な研究を行った 19 世紀の物理学者ジョン・ティンダルにちなんで付けられました。
ティンダル効果
青色光と赤色光を比較すると、一般的に青色光の方が散乱が大きいことが認められます。これは、青色光の波長が赤色光の波長より短いためです。このため、オートバイの排気ガスが吐き出されたときに青く見えることがあります。
チンダル効果を引き起こす粒子の直径は、その組成に応じて 40 ナノメートルから 900 ナノメートルの範囲になります。一方、可視光の波長は、光源に応じて 400 から 750 ナノメートルの範囲です。
チンダル効果の例
牛乳は、脂肪球の形で脂肪とタンパク質の球体を含むコロイドです。ミルクのグラスに向けられた光線は、ミルクの動きの結果として散乱されます。
霧の多い環境でトーチを使用すると、光が移動する経路を確認できます。具体的には、このシナリオでの光の散乱は、霧の中の水滴によって引き起こされます。
側面図では、乳白色のガラスが青色に見えますが、これは虹色の色素が存在するためです。ただし、ガラスを通して光を通すと、代わりにオレンジ色の光が放出されます。
チンダル効果はどのように青い目の外観に寄与していますか?
虹彩の層の 1 つに存在するメラニンの量は、青、茶色、黒の虹彩の主な違いです。黒い虹彩と比較すると、青い虹彩の層にはメラニンの濃度が低く、層がより透明になります。チンダル効果は、光がこの半透明の層に入射し、散乱の結果として散乱するときに発生します。
青色光は赤色光よりも波長が短いため、赤色光よりも大きく散乱されます。散乱されていない光は、目の奥にある虹彩の別の層に吸収されます。
光の散乱は、多くの現象に関与しています。このような現象には、レイリー散乱やミー散乱などがあります。晴れた空の青い色は、空気粒子による光の散乱によって引き起こされます。これは、レイリー散乱の例です。一方、空が曇っている場合、光を散乱させるのは比較的大きな雲のしずくです。
ティンダル効果とレイリー散乱
レイリー散乱は、光散乱粒子のサイズが散乱する光の波長の何倍も小さい必要があることを指定する数式によって定義されます。コロイド粒子はより大きく、長さと幅に関して光の波長のサイズにほぼ近い。コロイド粒子散乱とも呼ばれるチンダル散乱は、関与するコロイド粒子のサイズがはるかに大きいため、レイリー散乱よりもはるかに強力です。粒子サイズ係数がレイリー散乱の強度の数学的ステートメントで持つ大きな指数は、強度に対する粒子サイズ係数の重要性を示しています。ティンダル散乱は、コロイド粒子の形状が回転楕円体である場合、Mie 理論の観点から数学的に分析できます。これにより、光の波長にほぼ近い粒子サイズが観察されます。 T マトリックス法は、複雑な形状の粒子による光の散乱を記述するために使用されます。
結論
チンダル効果とは、コロイド中の粒子が粒子に向けられた光線を散乱させる現象です。実際、この効果は、すべてのコロイド溶液といくつかの非常に細かい懸濁液で見られます。その結果、与えられた溶液がコロイドであるかどうかを判断するために使用できます。コロイド粒子の密度と入射光の周波数により、散乱光の強度が変化します。光ビームがコロイド溶液を通過するとき、溶液中に存在するコロイド粒子がビームの完全な通過を妨げます。光はコロイド粒子と衝突し、この衝突の結果として散乱されます (通常の軌道から逸脱し、これは直線です)。
