Виды дисперсии

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 несущественен для описания явления, в других – молекулярный подход важен не 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 характерн а 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)

n убывает 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.