Дисперсія світла

Завдяки дисперсії біле світло можна розкласти в спектр за допомогою призми

Дисперсія світла — залежність показника заломлення (або діелектричної проникності) середовища від частоти світла. Внаслідок зміни показника заломлення змінюється також довжина хвилі.

$k(\omega )={\frac {2\pi }{\lambda (\omega )}}=n(\omega ){\frac {\omega }{c}}$,

де $k(\omega )$ - хвильове число, $\lambda (\omega )$ - довжина хвилі, $n(\omega )$ - показник заломлення, $\omega$ - циклічна частота, c - швидкість світла.

Відношення

$v_{ph}={\frac {\omega }{k}}={\frac {c}{n}}$

називають фазовою швидкістю.

Нормальна та аномальна дисперсії

Здебільшого показник заломлення зростає при збільшенні частоти. Це зростання називають нормальною дисперсією. Аномальна дисперсія — зменшення показника заломлення при збільшенні частоти — виникає в спектральних областях, близьких до частот інтенсивного поглинання.

При нормальній дисперсії червоне світло заломлюється слабше, ніж блакитне.

Фізична природа явища

Середовище реагує на зміну зовнішнього електричного поля зміною наведеної в ньому поляризації. Поляризація виникає завдяки зміщенню зв'язаних зарядів, наприклад, зміщенню електронів відносно ядер атомів. Процеси зміщення не відбуваються миттєво, а вимагають певного часу. Крім того, зміщення можуть бути різними за величиною, й ставати особливо значними тоді, коли частота зміни зовнішнього поля потрапляє в резонанс із коливаннями, характерними для системи.

Коли електричне поле світлової хвилі, яка розповсюджується в середовищі, змінюється повільно, середовище встигає повністю відреагувати на зміну поля. Якщо ж електричне поле змінюється дуже швидко, електрони не встигають відслідковувати його зміни. Цим пояснюються різні значення показника заломлення при різних частотах електромагнітних хвиль.

Дивись також

Дисперсія хвилі

Література

• Романюк М. О., Крочук А. С., Пашук І. П. Оптика. — Л. : ЛНУ ім. Івана Франка, 2012. — 564 с.

Пучок світла, проходячи через трикутну призму, відхиляється до грані, що лежить навпроти заломлюється кута призми. Однак якщо це буде пучок саме білого світла, то він, після того як пройде через призму, не тільки відхилиться, а й розкладеться на кольорові пучки. Таке явище називається дисперсія світла. Воно було вперше вивчено Ісааком Ньютоном в 1666 році в серії чудових дослідів.

Джерелом світла в дослідах Ньютона служило невеликий круглий отвір, розташоване у віконниці вікна, освітлюваного променями Сонця. Коли перед отвором встановлювалася призма, то на стіні замість круглого плями з’являлася пофарбована смужка, названа Ньютоном спектром. Такий спектор складається з семи основних кольорів: червоного, помаранчевого, жовтого, зеленого, блакитного, синього і фіолетового, які поступово переходили один в іншій. Кожен з них займає в спектрі простір різного розміру. Найбільшу довжину має фіолетова смуга, найменшу – червона.

Наступний досвід полягав у тому, що з широкого пучка кольорових променів, отриманих за допомогою призми, екраном з невеликим отвором виділилися вузькі пучки певної кольоровості і прямували на другу призму.

Призма відхиляючи їх, не змінює кольору цих променів. Такі промені називаються прості або монохроматичними (одноколірними).

Досвід показує, що червоні промені відчувають менше відхилення в порівнянні з фіолетовими, тобто промені різної кольоровості неоднаково заломлюються призмою.

Збираючи лінзою кольорові пучки променів, що вийшли з призми, Ньютон отримав на білому екрані замість пофарбованої смуги біле зображення отвори.

З усіх проведених дослідів Ньютон зробив такі висновки:

білий світ за своєю природою є складним світлом, який складається з кольорових променів; у променів світла різної кольоровості різні і показники заломлення речовини; в результаті цього, коли пучок білого світла відхиляється призмою, він розкладається в спектр; якщо Сполучені кольорові промені спектру, то знову вийде білий світ. Таким чином, дисперсія світла – це явище, яке обумовлено залежністю показника заломлення речовини від довжини хвилі (або частоти).

Дисперсія світла відзначається не тільки, коли світло проходить через призму, а й у різних інших випадках заломлення світла. Так, зокрема, переломлення в краплях води сонячного світла супроводжується його розкладанням на різнокольорові промені, цим пояснюється освіта веселки.

Ньютон для отримання спектру направляв на призму досить широкий циліндричний пучок сонячного світла через круглий отвір, зроблений у віконниці .

Отриманий таким способом спектр являє собою ряд різнокольорових зображень круглого отвору, частково накладаються один на одного. Для отримання більш чистого спектру, при вивченні такого явища як дисперсія світла, Ньютон запропонував користуватися не круглим отвором, а вузькою щілиною, паралельної заломлюють ребру призми. За допомогою лінзи на екрані отримують чітке зображення щілини, після чого за лінзою встановлюється призма, яка дає спектр.

Найбільш чисті і яскраві спектри отримують за допомогою спеціальних приладів – спектроскопів і спектрографів.

Поглинання світла – це явище, при якому енергія світлової хвилі зменшується при е? проходженні через речовину. Це відбувається внаслідок перетворення енергії хвилі світла в енергію вторинного випромінювання або, іншими словами, внутрішню енергію речовини, яка має інший спектральний склад та інші напрямки розповсюдження.

Поглинання світла зможе викликати нагрівання речовини, іонізацію або збудження молекул або атомів , фотохімічні реакції, а також інші процеси в речовині.