Дисперсія світла
ФІЗИКА
Частина 4
ОПТИКА. СПЕЦІАЛЬНА ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ
Розділ 12 ХВИЛЬОВІ ВЛАСТИВОСТІ СВІТЛА
12.1. Дисперсія світла
Серед оптичних явищ особливе місце належить спектрам. Найпоширенішим прикладом є райдуга, що виникає в дощових краплях, освітлених Сонцем. У лабораторії для спостереження цього явища звичайно використовують скляну призму або дифракційну решітку. В усіх випадках ми бачимо замість білого світла смуги червоного кольору на одному кінці, які поступово переходять в оранжевий, жовтий, зелений, голубий, синій і закінчуються
І. Ньютон пояснив появу спектра тим, що біле світло насправді є сумішшю різних кольорів, а призма або дощова крапля лише відокремлюють їх один від одного. Спектр виникає внаслідок того, що промені різних кольорів, які входять до складу білого світла, заломлюються по-різному. На рис. 12.1 суцільною лінією показано шлях фіолетового світла, а штриховою – червоного.
Рис. 12.1
Ми не будемо пояснювати причину заломлення, оскільки для цього потрібні знання атомної структури прозорих середовищ. Світло одного кольору можна виділити, пропускаючи, наприклад,
Кожній прозорій речовині властива дисперсія, яка визначається так:
Де n2, n1 – показники заломлення відповідно для λ2 і λ1.
На рис. 12.2 показано залежність показника заломлення від довжини хвилі n = f(λ). Така залежність може бути для всіх прозорих незабарвлених речовин в межах видимої частини спектра. Як видно з рисунка, зменшення довжини хвилі призводить до збільшення показника заломлення. Залежність n = f(λ) має нелінійний характер. У випадку, зображеному на рис. 12.2, 
< 0. Таку дисперсію називають нормальною, на відміну від аномальної, для якої > 0.
Рис. 12.2
Аномальна дисперсія спостерігається на ділянках поглинання. На ділянці нормальної дисперсії залежність показника заломлення від довжини хвилі можна наближено описати формулою
Де А, В, С – константи речовини, які визначаються експериментально. Для більшості випадків можна обмежитись двома першими членами і записати
Тоді
Явище дисперсії лежить в основі утворення оптичних спектрів, а тригранну скляну призму використовують як складову частину спектрографа – приладу, за допомогою якого дістають такі спектри.
Найважливішими кількісними характеристиками оптичного (як і будь-якого електромагнітного) випромінювання є його інтенсивність і частота коливань (довжина хвилі), що характеризують таке випромінювання. У цілому ці величини визначають спектр випромінювання.
Якщо побудувати діаграму (рис. 12.3), на якій по осі абсцис відкласти довжини світлових хвиль λ (або частоти коливань), а по осі ординат – квадрати амплітуд електричного вектора (інтенсивність), то дістанемо графічне зображення спектра, який зображено на рис. 12.4. Довжина відрізків, зображених на рис. 12.3 для кожної світлової хвилі, пропорційна яскравості її спектральної лінії, які зображено на рис. 12.4. Зображені на рис. 12.3 випромінювання, що відповідають окремим спектральним лініям, є ідеально монохроматичними, тому лінії, що характеризують яскравість їхнього спектра, треба розуміти як геометричні. Насправді неможливо дістати ідеально монохроматичне випромінювання, оскільки воно мало б продовжуватися із незмінною амплітудою, частотою й фазою протягом нескінченного часу. Реальні світлові процеси мають скінченну тривалість, вони складаються з великої кількості скінченних випромінювань окремих атомів. Унаслідок цього замість ідеально вузьких ліній дістають спектральні лінії скінченної ширини, тобто “спектральні лінії” насправді є спектральними смугами більшої чи меншої ширини. Світло, що відповідає спектральній лінії дуже вузької, але скінченної ширини, на практиці беруть за монохроматичне (однокольорове). Його характеризують довжиною хвилі максимуму інтенсивності в спектральній лінії. Монохроматичність таких випромінювань наближена. Тому такі світлові випромінювання називають квазімонохроматичними. Саме такими є всі реальні монохроматичні випромінювання.
Рис. 12.3 Рис. 12.4
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...