Виды дисперсии

Дисперсия света

Вопрос 1. Дисперсия света. Виды дисперсии

Введение

Явление дисперсии света

Взаимодействие света с веществом.

Лекция 5

План лекции:

1. Дисперсия света. Виды дисперсии.

2. Основы электронной теории дисперсии света. Формула дисперсии.

3. Дисперсионный спектр.

4. Применение дисперсии.

5. Спектры испускания и спектры поглощения.

 

Почти все оптические явления в той или иной степени обусловлены взаимодействием света с веществом. Это предопределено электрической природой вещества и электромагнитной природой света. В одних случаях (дифракция, преломление, отражение) механизм такого взаимодействия несущественендля описания явления, в других – молекулярный подход важенне только для объяснения природы явления, но и для получения информации о строении вещества.

 

Если пропустить пучок белого света через стеклянную призму, то на экране возникает полоска с непрерывно меняющейся окраской, которая называется призматическим или дисперсионным спектром.

Разложение белого света в спектр при прохождении через призму – проявление дисперсии.

Дисперсией называют зависимость скорости распространения световых волн в среде (т.е. показателя преломления среды) от частоты (длины волны) света:

(1)

 

Почему же белый свет, проходя через призму, разлагается в спектр?

С точки зрения волновой теории всякий колебательный процесс можно характеризовать частотой колебаний, амплитудой и фазой. Амплитуда колебаний (точнее, ее квадрат) определяет энергию колебаний. Фаза играет основную роль в явлениях интерференции. Цвет всех лучей связан с длиной волны. Дисперсия света характерна для всех сред, кроме вакуума.

В вакууме скорость распространения ЭМВ любой длины одна и та же – м/с, а в веществе зависит от длины волны. Поэтому отличаются показатели преломления для различных волн, входящих в состав белого света.

Проходя через призму, составные части белого луча испытывают различное преломление и выходят расходящимся цветным пучком.

Явление дисперсии света наблюдается не только при прохождении света через призму, но во многих других случаях. Так, например, преломление солнечного света в водяных каплях, образующихся в атмосфере, сопровождается разложением его на цветные лучи; этим объясняется образование радуги.

 

Опыт показывает, что для большинства веществ показатель преломления n уменьшается с увеличением (табл.1).

Дисперсию такого рода называют нормальной:

 

(2)

Кривая зависимости (рис.1) – кривая дисперсии – показывает, что зависимость нелинейная.

 

 

рис.1

 

Показатель преломления стекла в области коротких волн изменяется быстрее, чем в области длинных.

В парах йода и некоторых жидкостях наблюдается аномальная дисперсия:

(3)

nубывает с уменьшением длины волны .На рис. 2 сплошной линией показана зависимость ,где AB и CD – области нормальной дисперсии, BC – аномальной.

 

 

рис.2

 

Аномальная дисперсия наблюдается в тех интервалах длин волн, где происходит сильное поглощение света, что затрудняет ее исследование. Именно поэтому аномальная дисперсия была обнаружена спустя почти 100 лет после первых работ Ньютона по дисперсии.