當丁達爾效應發生時，光有了形狀

◎本刊綜合

1836年，英國物理學家約翰·丁達爾發現，若讓一束匯聚的光通過溶膠，則從側面（即與光束垂直的方向）可以看到一個發光的圓錐體，于是發現了神奇的“丁達爾現象”（也叫“丁達爾效應”）。

圖1 樹林里的丁達爾效應（圖/千圖網）

丁達爾效應的原理

在光的傳播過程中，光線照射粒子時，如果粒子直徑遠遠大于入射光波長，則發生光的反射現象；如果粒子直徑小于入射光波長，則發生光的散射現象，這時觀察到的是光波環繞微粒并向其四周放射的光，被稱為散射光或乳光，丁達爾效應就是光的散射現象或乳光現象。

要產生丁達爾效應，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。

發生丁達爾效應時，人們可以看到一條條“光路”，它們時而為圓柱形，時而為圓錐形，仿佛光有了形狀。

實驗室中的丁達爾效應

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

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

圖2 丁達爾效應實驗

生活中的丁達爾效應

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

攝影界將丁達爾效應趣稱為“耶穌光”，因其看起來十分圣潔、壯觀。在空氣濕度大的清晨、雨過天晴時、云層密度大的黃昏時分或是霧氣多的山區都容易形成“耶穌光”，此時攝影愛好者可選擇較暗的背景，縮小光圈，運用點測光形成明暗對比，將這美好的畫面記錄下來。

圖3 耶穌光（圖/千圖網）

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

圖4 投影儀的丁達爾效應（圖/千圖網）

除了黑夜，丁達爾效應在惡劣天氣時也發揮著作用。霧霾、沙塵暴等惡劣天氣出現時，汽車駕駛員常常因看不清楚而誤判信號燈指示，于是研究者利用丁達爾效應設計了一種新型交通信號燈輔助裝置，紅燈亮時，路口信號燈散發多道光束，形成視覺沖擊，幫助駕駛員準確辨別交通信號，避免誤判引發事故。