Дисперсія світла
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Дисперсія світла

Дисперсія світла, залежність показника заломлення n речовини від частоти n (довжини хвилі l) світла або залежність фазовій швидкості світлових хвиль від частоти. Наслідок Д. с. — розкладання в спектр пучка білого світу при проходженні крізь призму (див. Спектри оптичні ). Вивчення цього спектру привело І. Ньютона (1672) до відкриття Д. с. Для речовин, прозорих в даної області спектру, n збільшується із збільшенням n (зменшенням l), чому і відповідає розподіл кольорів в спектрі; така залежність n від l називається нормальною Д. с.

загрузка...

  Поблизу смуг поглинання речовини хід зміни n з довжиною хвилі значно складніший. Так, для тонкої призми з фарбника ціаніну ( мал. 1 ) в області поглинання червоні промені заломлюються сильніше фіолетових, а найменш заломлюваним буде зелений, потім синій (так звана аномальна Д. с.). У всякої речовини є свої смуги поглинання, і загальний хід показника заломлення обумовлений розподілом цих смуг по спектру. На мал. 2 показаний вигляд інтерференційних смуг в області аномальної дисперсії пари натрію.

  Заломлення світла в речовині виникає унаслідок зміни фазовій швидкості світла; показник заломлення n = c 0 /c, де c 0 — швидкість світла у вакуумі, з — фазова швидкість його в даному середовищі. По електромагнітній теорії світла

 

де e — діелектрична проникність, m — магнітна проникність. У оптичної області спектру для всіх речовин m дуже близько до 1. Тому

 

і Д. с. пояснюється залежністю e від частоти. Ця залежність пов'язана з взаємодією електромагнітного поля світлової хвилі з атомами і молекулами, що приводить до поглинання; показник заломлення при цьому стає комплексним величиною

 

де з характеризує поглинання. У видимій і ультрафіолетовій областях спектру основне значення мають вагання електронів, а в інфрачервоною — коливання іонів.

  Згідно з класичними виставами, під дією електричного поля світлової хвилі електрони атомів або молекул здійснюють вимушені коливання з частотою, рівній частоті хвилі, що приходить. При наближенні частоти світлової хвилі до частоти власних коливань електронів виникає явище резонансу, що обумовлює залежність e від частоти, а також поглинання світла. Ця теорія добре пояснює зв'язок Д. с. із смугами поглинання. Для того, щоб отримати кількісний збіг з досвідом, в класичній теорії доводилося вводити для кожної лінії поглинання деякі емпіричні константи («сили осциляторів»). Згідно електронної теорії, справедливі наближені формули:

 

де N — число часток в одиниці об'єму, е і m — заряд і маса електрона, g — коефіцієнт загасання. На мал. 3 приведені графіки залежності n і з від n/n 0 .

  Квантова теорія підтвердила якісні результати класичної теорії і, крім того, дала можливість пов'язати ці константи з іншими характеристиками електронних оболонок атомів (їх хвилевими функціями в різних енергетичних станах). Квантова теорія пояснила також особливості Д. с. що спостерігаються в тих випадках, коли є значне число атомів в збуджених станах (так звана негативна Д. с.).

  Д. с. в прозорих матеріалах, вживаних в оптичних приладах, має велике значення при розрахунку спектральних приладів в цілях здобуття хороших спектрів, при розрахунку ахроматичних лінз або призм, для знищення Д. с., що викликає хроматичну аберацію, і ін.

  Обертальна дисперсія — зміна кута обертання плоскості поляризації j залежно від довжини хвилі l. У прозорих речовинах кут j зазвичай зростає із зменшенням l, причому для деяких середовищ приблизно виконується закон Біо: j = До /l 2 ( До — постійна для даної речовини). Обертальна Д. с. такого типа називається нормальною. В області поглинання світла хід обертальної Д. с. значно складніше, причому кут j може досягати величезних величин (аномальна обертальна дисперсія). Див. Обертання плоскості поляризації .

  Літ.: Ландсберг Р. С., Оптика, 4 видавництва, М., 1957 (Загальний курс фізики, т. 3); Горелік Р. С., Коливання і хвилі, 2 видавництва, М. — Л., 1959.

  М. Д. Галанін.

Мал. 1. Залежність показника заломлення (суцільна лінія) і поглинання (пунктирна лінія ) від довжини хвилі в m m для тонкої призми з фарбника ціаніну.

Мал. 2. Аномальна дисперсія в парах натрію (фотографія Д. С. Різдвяного).

Мал. 3. Графіки залежностей n і з від n/n 0 .