เมื่อแสงตกกระทบลงบนวัสดุ จะทำให้ปริมาณแสงบางส่วนสะท้อนกลับออกมา บางส่วนหักเห ทะลุผ่านเข้าไปในวัสดุนั้น และบางส่วนของแสงก็ถูกอะตอมและโมเลกุลของวัสดุดูดซับไป ซึ่งผลรวมของพลังงานของแสงที่สะท้อนจากวัสดุ หักเหผ่านเข้าไป และที่ถูกดูดซับไว้จะต้องเป็น 100% ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน

ปริมาณของแสงที่วัสดุแต่ละชนิดสามารถดูดซับไว้ได้นั้นขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบ สัมประสิทธิ์การดูดซับแสงของวัสดุนั้น และระยะทางที่แสงเดินทางในวัสดุ ยิ่งแสงเดินทางเข้าไปในวัสดุมากขึ้น ปริมาณแสงที่ทะลุออกมาก็จะน้อยลง ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณแสงที่เคลื่อนที่ออกมาจากวัสดุ ปริมาณแสงที่ตกกระทบ คุณสมบัติของวัสดุในการดูดซับแสง และระยะทางที่แสงเดินทางเข้าไปในวัสดุ อธิบายได้ด้วยกฎของ Beer-Lambert-Bouguer ที่คิดค้นขึ้นมาเมื่อประมาณ 150 ปีมาแล้ว โดยนักวิทยาศาสตร์ทั้งสามท่านคือ August Beer, Johann Heinrich และ Pierre Bouguer นอกจากนี้ การเปลี่ยนทิศทางการสั่นของสนามไฟฟ้า (ทิศทางของโพลาไรเซชัน) ของแสงก็สามารถทำให้วัสดุดูดซับแสงที่ตกกระทบได้ในปริมาณที่เปลี่ยนไปได้เช่นกัน

วัสดุรับแสงไปทำอะไร

เมื่อพลังงานแสงเคลื่อนที่เข้าไปในวัสดุ ซึ่งภายในวัสดุเองก็ประกอบด้วยอะตอมและโมเลกุลอยู่ พลังงานแสงนี้จะทำให้อิเล็กตรอนในอะตอมที่อยู่ระดับพลังงานชั้นล่างที่มีความเสถียรเปลี่ยนตำแหน่งไปอยู่ในระดับชั้นพลังงานที่สูงกว่า ในส่วนสำหรับโมเลกุลเองก็จะเกิดการสั่น หมุน หรือเปลี่ยนตำแหน่งได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับว่าแสงที่ตกกระทบมีความยาวคลื่นเท่าไหร่...มาถึงจุดนี้ก็คงคิดได้ในระดับหนึ่งแล้วว่าเพราะเหตุนี้นี่เองที่ทำให้ปริมาณแสงที่เคลื่อนที่ออกมามีปริมาณลดลง

เมื่ออิเล็กตรอนเปลี่ยนระดับชั้นพลังงานไปอยู่ในที่ที่สูงกว่าแล้วก็จะพยายามกลับลงมาอยู่ในระดับชั้นพลังงานที่ต่ำกว่า เพราะมีความเสถียรกว่านั่นเอง การลดระดับของอิเล็กตรอนกลับลงมาก็จะทำให้เกิดการคายพลังงานด้วย พลังงานที่คายออกมาจะอยู่ในรูปของพลังงานความร้อน และ พลังงานแสง เพียงแต่ว่าแสงที่ได้นี้จะมีความยาวคลื่นแสงที่สูงขึ้น หรือในอีกนัยหนึ่งก็คือพลังงานแสงที่ได้ใหม่นี้จะมีค่าน้อยกว่าพลังงานของแสงตกกระทบ

ธรรมชาติสาธิตให้ดูเรียบร้อยแล้ว

เอาแบบใกล้ตัวที่สุดก็คงต้องไปดูที่ใบไม้สีเขียว...จากความรู้เรื่องการสังเคราะห์แสงของพืช เรารู้ว่าคลอโรฟิลด์จะดูดซับแสงสีน้ำเงินและสีแดงได้ดี ส่วนแสงสีอื่นที่เหลือก็จะสะท้อนออกมาสู่ตาเราทำให้เราเห็นสีเขียว

ถ้าจะให้เห็นชัดเจนขึ้นลองเด็ดเอาใบไม้มาสักใบแล้วดูแสงที่ทะลุผ่านใบไม้ผ่านแผ่นพลาสติกสีน้ำเงิน สีเขียว และสีแดง จะพบว่าพื้นที่ระหว่างเส้นใบจะมีความทึบแสงมากที่สุดเมื่อมองผ่านแผ่นพลาสติกสีน้ำเงิน และจะมีระดับความทึบลดลงเมื่อมองผ่านแผ่นพลาสติกสีแดง แต่เมื่อมองใบไม้ผ่านแผ่นพลาสติกสีเขียว พื้นที่ระหว่างเส้นใบจะมีความสว่างของแสงมากทีเดียว

เรายังสามารถนำแผ่นพลาสติกใสสามสีมาทดลองต่อได้อีก อย่างแสงที่ทะลุผ่านแผ่นพลาสติกนี้ออกมา เนื่องจากแผ่นพลาสติกสีน้ำเงินที่หาได้ทั่วไปจะให้แสงตั้งแต่สีน้ำเงินจนถึงอินฟราเรดทะลุผ่านได้ดี ส่วนแผ่นพลาสติกสีเขียวก็จะให้แสงที่มีความยาวคลื่นมากขึ้นกว่าความยาวคลื่นเริ่มต้นที่ได้จากแผ่นพลาสติกสีน้ำเงินทะลุผ่านออกไป ในขณะทีแผ่นพลาสติกสีแดงจะให้แสงที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่สีแดงขึ้นไปวิ่งผ่านไป ดังนั้นเมื่อเรามองแสงสีขาวผ่านแผ่นพลาสติกสามแผ่นซ้อนกัน ความมืดก็จะปรากฏขึ้น

หรือถ้ามีกระดาษสี และหลอดไฟ Light Emitting Diode (LED) ดวงเล็กๆ ที่ให้แสงที่มีสีออกมาก็สามารถสาธิตการดูดซับแสงจากวัสดุได้เช่นกัน จากรูปได้ใช้แสงจาก LED สีเขียวส่องไปที่กระดาษสีเขียว แดง และน้ำเงิน ซึ่งจะเห็นได้ชัดว่ากระดาษสีเขียวจะสะท้อนแสงออกมาได้ดีกว่ากระดาษสีที่เหลือ ทั้งนี้ก็เนื่องมาจากเม็ดสีที่เคลือบอยู่บนกระดาษสีเขียวดูดซับแสงสีเขียวได้น้อยนั่นเอง

 

รู้แล้วเอาไปทำอะไร

  • ตรวจปริมาณสารเคมีในน้ำ และ เครื่องดื่ม เนื่องจากสารเคมีแต่ละชนิดมีคุณสมบัติในการดูดซับแสงสีต่างๆ (ความยาวคลื่นต่างๆ) ไม่เท่ากัน บางครั้งเรียกว่า Chemical Fingerprint เครื่องมือที่ใช้ในลักษณะนี้เรียกว่า Spectrometer รูปข้างล่างเป็นเครื่องมือที่มีใช้ในห้องปฏิบัติการของเนคเทค หรือสามารถออกแบบและสร้างให้สามารถพกพาสำหรับใช้ในภาคสนามก็ได้

  • ตรวจคุณภาพของสิ่งพิมพ์ว่ามีสีตรงกับที่ต้องการหรือได้มาตรฐานหรือไม่
  • ช่วยในเรื่องการตกแต่งภายใน และ การตกแต่งสีของอาคารด้วยแสง โดยจะต้องออกแบบและเลือกแหล่งกำเนิดแสง โคมไฟสะท้อนแสง และเฟอร์นิเจอร์ที่มีสีที่เหมาะสม