mozok.click » Фізика » Дисперсія світла
Інформація про новину
  • Переглядів: 359
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 22:24
12-02-2018, 22:24

Дисперсія світла

Категорія: Фізика

Явище дисперсн світла. Якщо в темній кімнаті скляну призму освітити пучком світла від лампи розжарювання, то, придивившись, можна побачити, хцо у склі на межі з повітрям пучок білого світла розщепився на декілька кольорових пучків (мал. 226).

Це явище вперше досліджував І. Ньютон у 1666 р. і назвав його дисперсією (від латинського dispergo - розкидаю), а кольорову гаму - спектром (від латинського spectrum - марево).

Замість скла можна використовувати лід, органічне скло та інші прозорі для світла матеріали. Чим більший показник заломлення матеріалу, тим

яскравіше виражене явище дисперсії. Середовища, в яких спостерігається явище дисперсії, називаються диспергуючими.

З’ясуємо, у чому суть явища дисперсії. У вакуумі всі світлові хвилі, так само, як і електромагнітні хвилі інших діапазонів довжин хвиль (частот), поширюються з однаковою швидкістю с = 3 • 10м/с. Під час перетину межі поділу середовищ швидкість електромагнітної хвилі змінюється, внаслідок чого відбувається її заломлення.



Причому кожна монохроматична хвиля має свою певну швидкість поширення в середовищі. Пояснення цього дас теорія дисперсії X. Лорен-ца на основі електромагнітної теорії світла і електронної будови речовини. Під час проходження електромагнітної хвилі крізь діелектрик на кожен електрон діє електрична сила, яка змушує їх здійснювати коливання. Коливання електронів є джерелом вторинних хвиль, котрі накладаються на первинні хвилі. Вторинні хвилі внаслідок інерції електронів дещо запізнюються в часі і, накладаючись на первинні хвилі, дають результуючі хвилі з відставанням за фазою порівняно з первинними. Зсув фаз між первинною і результуючою хвилями залежить від частоти коливань напруженості електромагнітного поля Е, тобто світло різних довжин хвиль (частот) матиме різні швидкості поширення в речовині, а отже, і різні значення показника

заломлення, оскільки показник заломленпя визначається як

Із закону заломлення світла

випливає, що

Оскільки швидкість поширення світла и в середовищі для кожної монохроматичної хвилі має своє певне значення, то відповідно для кожної монохроматичної хвилі siny і відповідно кут заломлення у також набуватиме певного значення.

Нині, термін «дисперсія*, який спочатку було введено для пояснення розкладання білого світла в спектр, має ширший зміст. У теорії хвиль термін чдисперсія хвиль» означає залежність фазової швидкості гармонічної хвилі від частоти (довжини) хвилі і, як наслідок, зміну форми довільних (негармонійних) збурень у процесі їх поширення.

Під дисперсією світла розуміють сукупність оптичних явищ, зумовлених залежністю діелектричної проникності речовини (а відповідно і показника заломлення) від частоти (довжини) світлової хвилі.

Оскільки колір світла визначається частотою світлової хвилі, то вживають і таке визначення: дисперсія світла - це залежність показника заломлення світла (а отже, і швидкості) від його кольору.

Як правило, показник заломлення світла зростає зі збільшенням частоти світла (нормальна дисперсія). Проте поблизу смуг поглинання світла речо

виною спостерігається обернене явище, так звана аномальна дисперсія, коли із збільшенням частоти світла (зменшенням довжини хвилі) показник заломлення світла зменшується.


Нормальна дисперсія видимих променів спостерігається у всіх прозорих безбарвних діелектриках: кварці, склі, воді тощо. Мірою дисперсії, тобто величиною, що показує, на скільки розходяться при заломленні промені в спектрі, служить так звана середня дисперсія, яка є різницею показників заломлення для двох довжин хвиль: голубої та червоної (л - п ).

Графічну залежність показника заломлення від довжини хвилі для деяких речовин наведено на мал. 227. З графіків видно, що залежність п = f(\) має нелінійний характер і зі збільшенням довжини хвилі показник заломлення зменшується. Короткі хвилі заломлюються сильніше, ніж довгі. Іншими словами, червоний колір у речовині поширюється з найбільшою швидкістю, тому менше заломлюється, а промінь фіолетового кольору поширюється з найменшою швидкістю і найбільше заломлюється.

Неперервний спектр світла. СвітлоСонця, лампи розжарювання, свічки розкладається призмою в суцільний (неперервний) спектр. Це свідчить про те, що ці тіла випромінюють хвилі усіх можливих частот (довжин) хвиль.

Зкривоїдисперсіїдляскла(мал. 227) видно, що в області коротких хвиль показник заломлення скла зі зміною довжини хвилі змінюється швидко, а в області довгих хвиль - повільно. Тому дисперсійний спектр білого світла стиснутий у червоній частині і розтягнутий у фіолетовій. Як відомо, дифракційна ґратка також розкладає біле світло у спектр, але утворений нею спектр окрім кольорових смужок має ще й чорні. До того ж дифракційний спектр (мал. 222, § 55) відрізняється від дисперсійного ще й тим, що в ньому кольори розміщуються в порядку зростання довжин хвиль, і він рівномірно розтягнутий на всіх своїх ділянках.


Розкладанням білого світла на кольори внаслідок заломлення пояснюється виникнення веселки. Веселку видно тоді, коли спостерігач дивиться в напрямку від Сонця і в повітрі є водяні краплі (мал. 228). Для певного кута падіння променів на краплю на межі вода-повітря всередині краплі відбувається повне відбивання. Оскільки фіолетові промені заломлюються більше ніж червоні, після виходу з краплі вони розбігаються: червоні промені утворюють з падаючим променем кут близько 43°, а фіолетові - близько 41°.

Спектроскоп. Окрім неперервних, як нами далі буде з’ясовано, існують лінійчасті та смугасті спектри, вивчення яких дало змогу з’ясувати будову атома.

Одним з приладів, за допомогою якого досліджуються спектри є спектроскоп (мал. 229).

Основними елементами спектроскопа є коліматор 2, зорова труба 2, трикутна призма 3. В коліматорі є щілина 4, через яку проходить світло від досліджуваного джерела світла. Проходячи крізь призму, світло заломлюється і дає спектр, який спостерігається крізь окуляр 5 зорової труби. Для захисту призми від стороннього світла її прикривають кришкою. За допомогою мікрометричного гвинта 6 можна зміщувати зорову трубу в горизонтальній площині та визначати довжину світлової хвилі, яка відповідає певній лінії спектра.

Потрапляючи через об’єктив у зорову трубу, всі паралельні промені дають зображення щілини у фокальній площині об’єктива, а оскільки промені різних частот (кольорів) паралельні різним побічним осям, кожне зображення щілини (лінія певної частоти) буде на певному місці. Якщо спектроскоп призначений для вимірювань, то на зображення ліній за допомогою спеціального пристрою накладається зображення шкали з поділками, що дає змогу точно визначити положення лінії у спектрі.

Дайте відповіді на запитання

1. Чому біле світло, проходячи крізь призму, розкладається в кольоровий спектр?

2. Яке світло буде поширюватися в речовині призми (склі) з більшою швидкістю -червоне чи фіолетове?

3. Подивіться крізь призму на білий аркуш паперу, коли її заломне ребро паралельне одному з боків аркуша. Як і чому розташовані кольорові смуги відносно аркуша?






^