Chúng ta thường hay nghe nói đến tia tử ngoại. Tia tử ngoại có nhiều công dụng trong y học, công nghiệp thực phẩm, tiệt trùng nước và không khí. Vậy tia tử ngoại là gì? Nguồn gốc, tính chất và công dụng của nó? Hãy xem bài viết dưới đây.
Mục lục bài viết
1. Tia tử ngoại là gì?
Tia tử ngoại (tia UV) là một loại
2. Phân loại tia tử ngoại:
Tia tử ngoại được chia thành ba loại chính là UVA, UVB và UVC. Mỗi loại có những đặc điểm và ảnh hưởng khác nhau đến sức khỏe và môi trường.
– Tia UVA chiếm 95% tia nắng mặt trời và không bị lớp ozone hấp thụ mà chiếu thẳng xuống mặt đất. Tia UVA có bước sóng từ 380 đến 315 nm và có khả năng xâm nhập vào tầng hạ bì của da, gây lão hóa, nám và ung thư da .
– Tia UVB có bước sóng từ 315 đến 280 nm và có công dụng giúp tổng hợp vitamin D trong cơ thể người. Tuy nhiên, tia UVB cũng là nguyên nhân chính gây nên bỏng nắng, kích ứng da và ung thư da. Tia UVB bị lớp ozone hấp thụ một phần, nhưng vẫn có thể đến mặt đất khi mặt trời cao.
– Tia UVC có bước sóng ngắn hơn 280 nm và là tia có năng lượng cao nhất, có tính tiệt trùng. Tia UVC không đến được trái đất do bị lọc qua khí quyển . Tuy nhiên, tia UVC có thể được tạo ra nhân tạo để sử dụng trong các thiết bị khử khuẩn.
3. Nguồn gốc tia tử ngoại:
Tia tử ngoại có nguồn gốc từ mặt trời và các nguồn nhiệt nhân tạo như hồ quang điện hay đèn thủy ngân. Nói chung, những vật có nhiệt độ trên 2000 độ C đều có phát ra tia tử ngoại.
4. Tính chất tia tử ngoại:
Tia tử ngoại có một số tính chất đặc trưng như sau:
– Tia tử ngoại có khả năng ion hóa, có nghĩa là chúng có thể loại bỏ electron từ nguyên tử hoặc phân tử, tạo ra ion. Chính tính chất này khiến tia tử ngoại có thể gây hại cho da và mắt nếu tiếp xúc quá mức.
– Tia tử ngoại có tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm thay đổi cấu trúc của các hợp chất nhạy sáng. Chúng cũng kích thích sự phát quang ở một số chất, tạo ra ánh sáng huỳnh quang.
– Tia tử ngoại tuân theo các định luật về truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa và nhiễu xạ như ánh sáng thông thường.
– Tia tử ngoại có thể bị hấp thụ bởi nước, thủy tinh và ozone, nhưng lại trong suốt đối với thạch anh. Tia tử ngoại có khả năng gây ra các phản ứng hóa học, kích thích phát quang một số chất, và ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của DNA.
5. Công dụng của tia tử ngoại:
– Trong y học, tia tử ngoại được dùng để tiệt trùng các dụng cụ phẫu thuật, để chữa một số bệnh như bệnh còi xương, viêm da, viêm khớp dạng thấp và một số bệnh về da khác. Tia tử ngoại cũng giúp tổng hợp vitamin D trong cơ thể, kích thích hoạt động của hệ thống miễn dịch và cải thiện tâm trạng .
– Trong công nghiệp thực phẩm, tia tử ngoại được dùng để tiệt trùng cho thực phẩm trước khi đóng gói, để giảm nguy cơ nhiễm khuẩn và kéo dài tuổi thọ của sản phẩm. Tia tử ngoại cũng được dùng để phát hiện các chất phản quang trong thực phẩm, để kiểm tra chất lượng và an toàn.
– Trong tiệt trùng nước và không khí, tia tử ngoại được dùng để diệt khuẩn, virus, nấm mốc và các sinh vật gây hại khác. Tia tử ngoại có ưu điểm là không ảnh hưởng đến mùi vị, màu sắc và pH của nước, không gây ô nhiễm môi trường và không cần sử dụng hóa chất.
– Kích thích sự sản xuất vitamin D và melanin trong da bằng cách sử dụng liều lượng vừa phải của tia UVB.
– Khắc, in ấn và xử lý các vật liệu như nhựa, kim loại và thủy tinh bằng cách sử dụng tia UV để gây ra các phản ứng hóa học hoặc thay đổi tính chất vật lý của chúng.
– Tia tử ngoại được dùng để kiểm tra chất lượng của kim loại, vật liệu và sản phẩm công nghiệp, vì chúng có thể phát hiện được các khuyết tật nhỏ.
Tuy nhiên, tia tử ngoại cũng có những tác hại đối với sức khỏe và môi trường nếu tiếp xúc quá mức. a tử ngoại cũng có thể gây ra các tác hại như:
– Cháy nắng, ung thư da, lão hóa da và suy giảm miễn dịch do tiếp xúc quá mức với tia UVB.
– Hỏng mắt, đục thủy tinh thể và hoại tử võng mạc do tiếp xúc quá mức với tia UVA hoặc UVC.
– Giảm khả năng tự lành vết thương, suy giảm miễn dịch và dị ứng da do tiếp xúc quá mức với tia UVA.
– Giảm sự sinh sản của các sinh vật sống trong nước do tiếp xúc quá mức với tia UVB hoặc UVC.
– Gây suy giảm miễn dịch, dị ứng, bệnh tim mạch và rối loạn tâm lý.
– Làm suy yếu lớp ozone bảo vệ Trái Đất khỏi bức xạ mặt trời do tiếp xúc quá mức với tia UVC.
Vì vậy, để bảo vệ sức khỏe và môi trường, chúng ta cần hạn chế tiếp xúc với tia tử ngoại, đặc biệt là vào những giờ nắng gắt. Chúng ta cũng cần sử dụng các phương tiện bảo vệ như kính râm, mũ, áo khoác, kem chống nắng và các thiết bị lọc tia tử ngoại khi cần thiết.
6. Thí nghiệm tia tử ngoại:
Thí nghiệm tia tử ngoại là những thí nghiệm được thực hiện để khảo sát các tính chất và hiệu ứng của tia tử ngoại trên các vật liệu khác nhau. Một số ví dụ về thí nghiệm tia tử ngoại là:
– Thí nghiệm phát hiện tia tử ngoại: Dựa vào thí nghiệm của Newton về sự tán sắc ánh sáng, người ta đặt một mối hàn của một cặp nhiệt điện vào một màu trên quang phổ, còn mối hàn còn lại để trong cốc nước đá. Khi di chuyển mối hàn từ đầu đỏ đến đầu tím của quang phổ, ta thấy kim điện kế bị lệch. Khi di chuyển mối hàn ra khỏi quang phổ, ta vẫn thấy kim điện kế bị lệch. Điều này chứng tỏ có bức xạ không nhìn thấy được ở hai đầu của quang phổ, gọi là tia hồng ngoại và tia tử ngoại .
– Thí nghiệm khử trùng bằng tia tử ngoại: Dùng một nguồn tia tử ngoại để chiếu vào các mẫu vi sinh vật trên các miếng thạch agar trong các ống nghiệm. Sau một thời gian nhất định, so sánh số lượng vi sinh vật trên các miếng thạch agar trước và sau khi chiếu tia tử ngoại. Kết quả cho thấy số lượng vi sinh vật giảm đi rõ rệt sau khi chiếu tia tử ngoại. Điều này chứng minh tia tử ngoại có khả năng tiêu diệt vi sinh vật hoặc làm giảm khả năng sinh sản của chúng.
– Thí nghiệm phát quang bằng tia tử ngoại: Dùng một nguồn tia tử ngoại để chiếu vào các chất huỳnh quang, chẳng hạn như bột phấn, thuốc lá, vitamin B12. Quan sát các chất huỳnh quang phát ra ánh sáng màu sắc khác nhau khi chiếu tia tử ngoại. Điều này cho thấy các chất huỳnh quang có khả năng hấp thu tia tử ngoại và phát ra ánh sáng có bước sóng dài hơn.
7. Bài tập về tia tử ngoại và lời giải:
– Bài tập 1: Một nguồn phát tia tử ngoại có bước sóng 200 nm và công suất 100 W. Tia tử ngoại từ nguồn phát chiếu vào một mặt phẳng vuông góc với hướng chiếu, cách nguồn 1 m. Tính cường độ bức xạ tia tử ngoại trên mặt phẳng đó.
– Lời giải: Theo công thức cường độ bức xạ của nguồn phát hình cầu đều, ta có:
I = P / (4πr^2)
Trong đó:
– I là cường độ bức xạ (W/m^2)
– P là công suất của nguồn phát (W)
– r là khoảng cách từ nguồn đến mặt phẳng (m)
Thay các giá trị cho biết vào công thức, ta được:
I = 100 / (4π * 1^2) = 7.96 W/m^2
Đây là cường độ bức xạ tia tử ngoại trên mặt phẳng cách nguồn 1 m.
– Bài tập 2: Một đèn phát tia tử ngoại có công suất phát xạ là 100 W, được đặt cách 1 m so với một tấm kim loại hình chữ nhật có chiều dài 20 cm và chiều rộng 10 cm. Biết rằng kim loại có hệ số hấp thụ là 0.8. Tính liều bức xạ tia tử ngoại mà tấm kim loại nhận được trong 1 giây.
– Lời giải:
– Bước 1: Tính diện tích bề mặt của tấm kim loại:
A = 20 cm x 10 cm = 200 cm^2 = 0.02 m^2
– Bước 2: Tính góc sóng của nguồn sáng:
cos(theta) = A / (4 * pi * d^2)
Trong đó:
– A là diện tích bề mặt của vật thể
– d là khoảng cách từ nguồn sáng đến vật thể
– theta là góc sóng của nguồn sáng
cos(theta) = 0.02 / (4 * pi * 1^2) = 0.00159
theta = arccos(0.00159) = 89.91 độ
– Bước 3: Tính cường độ bức xạ của nguồn sáng:
I = P / (4 * pi * d^2)
Trong đó:
– I là cường độ bức xạ của nguồn sáng
– P là công suất phát xạ của nguồn sáng
– d là khoảng cách từ nguồn sáng đến vật thể
I = 100 / (4 * pi * 1^2) = 7.96 W/m^2
– Bước 4: Tính liều bức xạ tia tử ngoại mà tấm kim loại nhận được:
D = I * A * cos(theta) * alpha * t
Trong đó:
0 D là liều bức xạ tia tử ngoại
– I là cường độ bức xạ của nguồn sáng
– A là diện tích bề mặt của vật thể
– cos(theta) là góc sóng của nguồn sáng
– alpha là hệ số hấp thụ của vật liệu
– t là thời gian tiếp xúc
D = 7.96 * 0.02 * 0.00159 * 0.8 * 1 = 0.000202 J/m^2
