Определение дисперсии света
Солнце проходит сквозь прозрачные или условно прозрачные вещества, такие как вода, стекло, хрусталь. В этом случае белый луч, который мы считаем бесцветным, разбивается на составляющие его цвета радуги.
Это связано с тем, что волны, падая с одного вещества на другое, частично или полностью меняют свое направление. Это изменение направления называется рефракцией.
Но почему поток переходит от белого к разноцветному? Это связано с тем, что он не монохромный, а содержит полную цветовую гамму. Когда диапазоны всех цветов сливаются, мы видим белый свет. Кроме того, каждый цвет имеет разную длину волны. И в зависимости от этого по-своему меняет угол преломления.
Например, для зеленого диапазона угол отклонения будет больше, чем для оранжевого, а для синего больше, чем для зеленого. В этом случае скорость распространения изменяется при прохождении через другую среду, но частота остается прежней.
Объяснив эти наблюдения, такое понятие можно определить как разложение белого света на его составляющие.
Дисперсия — это зависимость показателя преломления от длины волны или зависимость скорости света в веществе от длины волны. Это определение можно представить в виде формулы: n = f (v) или n = f (v), где
n — индекс распределения, — длина, — частота.
Где встречается в природе
Мы часто наблюдаем разложение волнового потока в природе, но иногда даже не осознаем, что это дисперсия.
- Солнце садится, превращая все в красное или оранжевое. Это происходит из-за разложения молнии в газе, который составляет нашу атмосферу.
- На дне аквариума или резервуара с довольно прозрачной водой мы можем видеть отражения радуги. Этот солнечный диапазон, преломленный в воде, разбивается на спектр цветов.
- Алмазы, измельченные кристаллы, фиониты сияют во всех гранях при полном свете.
Первые шаги на пути к открытию дисперсии
Задолго до того, как явление разложения спектра было описано и объяснено с точки зрения современной физики и представлений о волновой природе излучения, люди наблюдали и пытались понять суть этого явления.
Древнегреческий ученый Аристотель в III веке до нашей эры активно изучал и пытался объяснить некоторые свойства светового потока. Он наблюдал рассеяние света в природе и даже пытался экспериментально выяснить, как работает солнечное излучение.
Так он обнаружил, что солнечные лучи могут иметь разные цвета. И я попытался описать суть этого явления. Ученый объяснил это тем, что свет приобретает другой оттенок из-за разного «количества тьмы», которое он содержит. Если темноты много, освещение становится фиолетовым, если мало — красным.
Уже тогда ученый предполагал, что белый спектр является основным и состоит из множества оттенков.
Открытие Ньютона
Естественно, Исаак Ньютон первым продемонстрировал и экспериментально описал зависимость преломления светового потока от длины волны. С 1666 года он активно занимается изучением явления трансформации бесцветной гаммы.
В солнечный день ученый затемнил комнату и оставил лишь небольшую щель в окне, через которую проходила тонкая полоска солнечного света. Ньютон приготовил треугольную кристаллическую призму, чтобы луч попадал в него. Пройдя через прозрачный кристалл, белый свет превратился в серию разноцветных полос.
Цвета располагались строго по порядку от красного к пурпурному. Ученый выделил семь полос разных оттенков и назвал эту серию спектром (от латинского «видимый).
Сегодня дифракционные решетки используются для экспериментального наблюдения за расширением диапазона. Это стеклянные пластины с тонкими бороздками и отверстиями. С их помощью можно наблюдать нарушение не только цветового спектра, но и расщепление самого луча.
Рекомендуем посмотреть видео:
Аномальная дисперсия
Нормальная дисперсия характеризуется тем, что чем выше частота излучения, тем больше угол преломления.
Аномальное — это разновидность нормального расщепления видимого диапазона, когда при распространении света в веществе показатель преломления уменьшается с увеличением частоты светового потока. То есть обратная зависимость.
На практике различия между двумя типами явлений обнаруживаются в парах некоторых газов. Когда луч распадается, красные волны преломляются больше, чем синие, и определенный интервал поглощается веществом.