Svetlobna disperzija

Iz Wikipedije, proste enciklopedije

Pojdi na navigacijo Pojdi na iskanje
Razgradnja svetlobe v spekter zaradi disperzije pri prehodu skozi prizmo (Newtonov poskus).

Disperzija svetlobe ( razgradnja svetlobe ; razpršitev svetlobe [1] ) je skupek pojavov, ki jih povzroča odvisnost absolutnega lomnega količnika snovi od frekvence (ali valovne dolžine ) svetlobe (frekvenčna disperzija) ali, isto stvar , z odvisnostjo fazne hitrosti svetlobe v snovi od frekvence (ali valovne dolžine). Eksperimentalno ga je odkril Isaac Newton okoli leta 1672 , čeprav je teoretično dovolj dobro razložen veliko pozneje [2] .

Prostorska disperzija je odvisnost tenzorja dielektrične konstante medija od valovnega vektorja . Ta odvisnost povzroča številne pojave, imenovane prostorski polarizacijski učinki.

Lastnosti in manifestacije

Eden najjasnih primerov disperzije je razgradnja bele svetlobe, ko prehaja skozi prizmo (Newtonov poskus). Bistvo pojava disperzije je razlika v faznih hitrostih širjenja svetlobnih žarkov z različnimi valovnimi dolžinami v prozorni snovi - optičnem mediju (medtem ko je v vakuumu hitrost svetlobe vedno enaka, ne glede na valovno dolžino in, torej barva). Običajno krajša kot je valovna dolžina svetlobe, višji je lomni količnik medija zanjo in nižja je fazna hitrost valovanja v mediju:

  • pri rdeči svetlobi je fazna hitrost širjenja v mediju največja, stopnja loma pa najmanjša,
  • za vijolično svetlobo je fazna hitrost širjenja v mediju minimalna, stopnja loma pa maksimalna.

Vendar pa je pri nekaterih snoveh (na primer v hlapi joda ) opazen učinek anomalne disperzije , pri kateri se modri žarki lomijo manj kot rdeči, medtem ko druge žarke snov absorbira in se izmika opazovanju. Strogo rečeno, anomalna disperzija je zelo razširjena, na primer opazimo jo v skoraj vseh plinih pri frekvencah blizu absorpcijskih črt, v hlapah joda pa je zelo priročno za opazovanje v optičnem območju, kjer zelo močno absorbirajo svetlobo.

Razpršenost svetlobe je omogočila prvič precej prepričljivo prikazati sestavljeno naravo bele svetlobe.

Bela svetloba se razgradi v spekter zaradi prehoda skozi uklonsko rešetko ali odboja od nje (to ni povezano s pojavom disperzije, ampak je razloženo z naravo difrakcije). Difrakcijski in prizmatični spekter se nekoliko razlikujeta: prizmatični spekter je stisnjen v rdečem delu in raztegnjen v vijoličnem in je razporejen v padajočem vrstnem redu valovne dolžine: od rdeče do vijolične; normalni (difrakcijski) spekter je enoten v vseh regijah in je razporejen v vrstnem redu naraščajočih valovnih dolžin: od vijolične do rdeče.

Po analogiji z disperzijo svetlobe se podobni pojavi odvisnosti širjenja valov katere koli druge narave od valovne dolžine (ali frekvence) imenujejo tudi disperzija. Iz tega razloga se na primer izraz disperzijski zakon , ki se uporablja kot ime kvantitativnega razmerja med frekvenco in valovnim številom , ne uporablja samo za elektromagnetno valovanje , temveč za kateri koli valovni proces.

Razpršenost pojasnjuje dejstvo, da se mavrica pojavi po dežju (natančneje, dejstvo, da je mavrica večbarvna, ne bela).

Razpršenost je vzrok za kromatske aberacije – eno od aberacij optičnih sistemov , vključno s fotografskimi in video objektivi .

Augustin Cauchy je predlagal empirično formulo za približevanje odvisnosti lomnega količnika medija od valovne dolžine:

,

kje - valovna dolžina v vakuumu; a , b , c - konstante, katerih vrednosti za vsak material je treba določiti v poskusu. V večini primerov se lahko omejite na prva dva izraza Cauchyjeve formule. Kasneje so bile predlagane druge natančnejše, a hkrati bolj zapletene formule za približevanje.

Razpršenost svetlobe v naravi in ​​umetnosti

Zaradi disperzije je mogoče opaziti različne barve.
  • Mavrica , katere barve so posledica razpršenosti, je ena ključnih podob kulture in umetnosti.
  • Zaradi razpršenosti svetlobe je na ploskvah diamantov in drugih prozornih fasetiranih predmetov ali materialov mogoče opaziti barvno "igro svetlobe".
  • V takšni ali drugačni meri se mavrični učinki pojavljajo precej pogosto, ko svetloba prehaja skozi skoraj vsak prozoren predmet. V umetnosti jih je mogoče posebej poudariti in/ali poudariti.
  • Razgradnja svetlobe v spekter (zaradi disperzije), ko se lomi v prizmi, je precej pogosta tema v vizualni umetnosti. Na primer, naslovnica albuma Pink Floyd The Dark Side of the Moon prikazuje lom svetlobe v prizmi z razpadom v spekter.

Poglej tudi

Opombe (uredi)

  1. Egorov N.G. Sipanje svetlobe // Enciklopedični slovar Brockhausa in Efrona : v 86 zvezkih (82 zvezkih in 4 dodatni). - SPb. , 1890-1907.
  2. Velika ruska enciklopedija : [v 35 zvezkih] / pogl. ur. Yu.S.Osipov . - M .: Velika ruska enciklopedija, 2004-2017.

Literatura

  • Yashtold-Govorko V.A.Fotografija in obdelava. Streljanje, formule, termini, recepti. - Ed. 4., obr. - M .: Umetnost, 1977.

Povezave