Essensen af fænomenet lysspredning. Hvilken videnskabsmand opdagede fænomenet spredning

Et af resultaterne af lysets interaktion med stof er dets spredning.

Lys spredning kaldet brydningsindeksafhængighedn stoffer fra frekvensν (bølgelængderλ) lys eller afhængigheden af lysbølgernes fasehastighed af deres frekvens.

Lysspredning er repræsenteret som en afhængighed:

Konsekvensen af spredning er nedbrydning til et spektrum af en stråle af hvidt lys, når den passerer gennem et prisme (fig. 10.1). De første eksperimentelle observationer af lysspredning blev udført i 1672 af I. Newton. Han forklarede dette fænomen ved forskellen i massen af blodlegemerne.

Lad os overveje spredningen af lys i et prisme. Lad en monokromatisk lysstråle falde på et prisme med brydningsvinkel EN og brydningsindeks n(Fig. 10.2) i en vinkel.


Ris. 10.1	Ris. 10.2

Efter dobbeltbrydning (på venstre og højre side af prismet) brydes strålen fra den oprindelige retning med en vinkel φ. Fra Fig. følger det

Lad os antage, at vinklerne EN og er små, så vil vinklerne , , også være små, og i stedet for disse vinklers sinus kan du bruge deres værdier. Derfor, og fordi , derefter eller .

Den følger det

(10.1.1)

de der. Jo større brydningsvinklen for prismet er, jo større er afbøjningsvinklen for stråler med et prisme..

Af udtryk (10.1.1) følger det, at afbøjningsvinklen for stråler med et prisme afhænger af brydningsindekset n, A n er derfor en funktion af bølgelængden stråler med forskellige bølgelængder afbøjes i forskellige vinkler efter at have passeret gennem prismet. En stråle af hvidt lys bag et prisme nedbrydes til et spektrum kaldet dispersiv eller prismatisk , hvilket er hvad Newton observerede. Ved hjælp af et prisme såvel som ved at bruge et diffraktionsgitter, der nedbryder lys til et spektrum, er det således muligt at bestemme dets spektrale sammensætning.

Lad os overveje forskelle i diffraktion og prismatiske spektre.

· Diffraktionsgitter nedbryder lys direkte efter bølgelængde Derfor kan bølgelængden (frekvensen) beregnes ud fra de målte vinkler (i retningerne af de tilsvarende maksima). Nedbrydningen af lys til et spektrum i et prisme sker i henhold til værdierne af brydningsindekset, derfor, for at bestemme lysets frekvens eller bølgelængde, skal du kende afhængigheden eller.

· Sammensatte farver i diffraktion Og prismatisk spektre er placeret forskelligt. Vi ved, at vinklens sinus i et diffraktionsgitter er proportional med bølgelængden . Derfor har røde stråler længere længde bølger afbøjes kraftigere af diffraktionsgitteret end violette bølger. Prismet nedbryder lysstrålerne i spektret i henhold til værdierne af brydningsindekset, som for alle transparente stoffer falder med stigende bølgelængde (dvs. med aftagende frekvens) (fig. 10.3).

Derfor afbøjes røde stråler svagere af prismet, i modsætning til et diffraktionsgitter.

Størrelse(eller ), hedder spredning af stof, viser, hvor hurtigt brydningsindekset ændrer sig med bølgelængden.

Fra Fig. 10.3 følger det, at brydningsindekset for transparente stoffer stiger med stigende bølgelængde, derfor stiger den absolutte værdi også med faldende λ. Denne spredning kaldes normal . Nær absorptionslinjer og -bånd vil dispersionskurvens forløb være anderledes, nemlig n falder med faldende λ. Sådan et afhængighedsforløb n fra λ kaldes unormal spredning . Lad os se nærmere på disse typer spredning.

Enhver jæger vil gerne vide, hvor fasanen sidder. Som vi husker, betyder denne sætning rækkefølgen af farver i spektret: rød, orange, gul, grøn, blå, indigo og violet. Hvem viste det hvid farve dette er helheden af alle farver, hvad har en regnbue, smukke solnedgange og solopgange, glans at gøre med dette ædelsten? Alle disse spørgsmål besvares af vores lektion, hvis emne er: "Spredning af lys."

Indtil anden halvdel af 1600-tallet var det ikke helt klart, hvilken farve det var. Nogle videnskabsmænd sagde, at dette er en egenskab ved selve kroppen, nogle sagde, at disse er forskellige kombinationer af lys og mørke, og derved forvirrede begreberne farve og belysning. Et sådant farvekaos herskede, indtil Isaac Newton udførte et eksperiment med at transmittere lys gennem et prisme (fig. 1).

Ris. 1. Strålernes vej i et prisme ()

Lad os huske, at en stråle, der passerer gennem et prisme, undergår brydning, når den går fra luft til glas og derefter en anden brydning - fra glas til luft. Strålens bane er beskrevet af brydningsloven, og graden af afvigelse er karakteriseret ved brydningsindekset. Formler, der beskriver disse fænomener:

Ris. 2. Newtons eksperiment ()

I et mørkt rum trænger en smal stråle af sollys ind gennem skodderne. En lysstråle, der passerede gennem et prisme, blev brudt i det, og en flerfarvet strimmel dukkede op på skærmen bag prismet, som Newton kaldte et spektrum (fra det latinske "spektrum" - "syn"). Hvid farve blev til alle farver på én gang (fig. 2). Hvilke konklusioner traf Newton?

1. Lys har en kompleks struktur (at tale moderne sprog- hvidt lys indeholder elektromagnetiske bølger med forskellige frekvenser).

2. Lys af forskellige farver adskiller sig i graden af brydning (kendetegnet ved forskellige indikatorer brydning i et givet medium).

3. Lysets hastighed afhænger af mediet.

Newton skitserede disse konklusioner i sin berømte afhandling "Optics". Hvad er årsagen til denne nedbrydning af lys til et spektrum?

Som Newtons eksperiment viste, var rød den svageste brudte farve, og violet var den mest brudte. Husk på, at brydningsgraden af lysstråler er karakteriseret ved brydningsindekset n. Rød farve adskiller sig fra violet i frekvens; Da brydningsindekset stiger, når vi bevæger os fra den røde ende af spektret til den violette ende, kan vi konkludere, at brydningsindekset for glas stiger, når lysets frekvens stiger. Dette er essensen af fænomenet spredning.

Lad os huske, hvordan brydningsindekset er relateret til lysets hastighed:

n ~ ν; V ~ => ν =

n - brydningsindeks

C - lysets hastighed i vakuum

V - lysets hastighed i mediet

ν - lysets frekvens

Det betyder, at jo højere lysets frekvens er, jo lavere er lysets hastighed, der udbreder sig i glas højeste hastighed inde i glasprismet er rødt, og laveste hastighed- violet.

Forskellen i lysets hastighed for forskellige farver udføres kun i nærværelse af et medium naturligt, i et vakuum, udbreder enhver lysstråle af enhver farve sig med samme hastighed m/s. Således fandt vi ud af, at årsagen til nedbrydningen af hvid farve til et spektrum er fænomenet spredning.

Spredning- afhængighed af lysets udbredelseshastighed i et medium af dets frekvens.

Fænomenet spredning, opdaget og studeret af Newton, afventede sin forklaring i mere end 200 år først i det 19. århundrede, foreslog den hollandske videnskabsmand Lawrence den klassiske teori om spredning.

Årsagen til dette fænomen er samspillet mellem eksterne elektromagnetisk stråling, det vil sige lys med mediet: Jo højere frekvensen af denne stråling er, jo stærkere er interaktionen, hvilket betyder, jo mere vil strålen afvige.

Spredningen, som vi talte om, kaldes normal, det vil sige, at frekvensindikatoren stiger, hvis frekvensen af elektromagnetisk stråling stiger.

I nogle sjældne medier er unormal spredning mulig, det vil sige, at brydningsindekset for mediet stiger, når frekvensen falder.

Vi så, at hver farve svarer til en bestemt bølgelængde og frekvens. Bølge svarende til samme farve i forskellige miljøer har samme frekvens, men forskellige længder bølger Oftest, når man taler om bølgelængden svarende til en bestemt farve, så mener man bølgelængden i vakuum eller luft. Lyset, der svarer til hver farve, er monokromatisk. "Mono" betyder en, "chromos" betyder farve.

Ris. 3. Arrangement af farver i spektret efter bølgelængder i luften ()

Den længste bølgelængde er rød (bølgelængde - fra 620 til 760 nm), den korteste bølgelængde er violet (fra 380 til 450 nm) og de tilsvarende frekvenser (fig. 3). Som du kan se, er der ingen hvid farve i tabellen, hvid farve er summen af alle farver, denne farve svarer ikke til nogen strengt defineret bølgelængde.

Hvad forklarer farverne på de kroppe, der omgiver os? De forklares af kroppens evne til at reflektere, det vil sige at sprede stråling, der falder ind på den. For eksempel falder en hvid farve, som er summen af alle farver, på en eller anden krop, men denne krop reflekterer bedst rød farve, og absorberer andre farver, så vil den virke præcis rød for os. Den krop, der bedst reflekterer blå, vises af blå farve og så videre. Hvis kroppen afspejler alle farver, vil den ende med at fremstå hvid.

Det er spredningen af lys, det vil sige brydningsindeksets afhængighed af bølgefrekvensen, der forklarer naturens smukke fænomen - regnbuen (fig. 4).

Ris. 4. Fænomenet regnbuen ()

Regnbuer opstår, når sollys brydes og reflekteres af vanddråber, regn eller tåge, der flyder i atmosfæren. Disse dråber afleder lys af forskellige farver på forskellige måder, som følge heraf nedbrydes hvid farve til et spektrum, det vil sige, at der sker spredning, en observatør, der står med ryggen til lyskilden, ser en flerfarvet glød, der udgår fra rummet; langs koncentriske buer.

Dispersion forklarer også det bemærkelsesværdige farvespil på ædelstens facetter.

1. Fænomenet spredning er nedbrydning af lys til et spektrum, på grund af brydningsindeksets afhængighed af frekvensen af elektromagnetisk stråling, det vil sige lysets frekvens. 2. Kropsfarve bestemmes af kroppens evne til at reflektere eller sprede en bestemt frekvens af elektromagnetisk stråling.

Bibliografi

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fysik ( et grundlæggende niveau af) - M.: Mnemosyne, 2012.
Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fysik 10 klasse. - M.: Mnemosyne, 2014.
Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fysik - 9, Moskva, Uddannelse, 1990.

Lektier

Hvilke konklusioner trak Newton efter sit eksperiment med et prisme?
Definer spredning.
Hvad bestemmer kropsfarven?

Internetportal B -i-o-n.ru ().
Internetportal Sfiz.ru ().
Internetportal Femto.com.ua ().

Lys spredning

Hver af os har nogensinde set, hvordan stråler skinner på slebne glasprodukter eller for eksempel på diamanter. Dette kan observeres på grund af et fænomen kaldet lysspredning. Dette er en effekt, der afspejler afhængigheden af brydningsindekset for et objekt (stof, medium) af længden (frekvensen) af lysbølgen, der passerer gennem dette objekt. Konsekvensen af denne afhængighed er nedbrydningen af strålen til et farvespektrum, for eksempel når den passerer gennem et prisme.

Lysspredning er udtrykt ved følgende lighed:

hvor n er brydningsindekset, ƛ er frekvensen og ƒ er bølgelængden. Brydningsindekset stiger med stigende frekvens og faldende bølgelængde. Vi observerer ofte spredning i naturen.

Dens smukkeste manifestation er regnbuen, som er dannet på grund af spredning solstråler når de passerer gennem talrige regndråber.

Opdagelses- og forskningshistorie.

I 1665-1667 rasede en pestepidemi i England, og den unge Isaac Newton besluttede at søge tilflugt fra den i sit hjemland Woolsthorpe. Før han rejste til landsbyen, købte han glasprismer for at "udføre eksperimenter med de berømte fænomener blomster."

Allerede i det 1. århundrede Ny æra Det var kendt, at når man passerer gennem en gennemsigtig enkeltkrystal med form af et sekskantet prisme, nedbrydes sollys til en farvet stribe - et spektrum. Endnu tidligere, i det 4. århundrede f.Kr., fremsatte den antikke græske videnskabsmand Aristoteles sin teori om farver. Han mente, at det vigtigste er sollys (hvidt) lys, og alle andre farver opnås fra det ved at tilføje til det forskellige mængder mørkt lys. Denne idé om lys dominerede videnskaben indtil det 17. århundrede, på trods af at der blev udført adskillige eksperimenter med nedbrydning af sollys ved hjælp af glasprismer.

Mens han udforskede blomsternes natur, fandt Newton på og udførte en lang række forskellige optiske eksperimenter. Nogle af dem, uden væsentlige ændringer i metodikken, bruges stadig i fysiklaboratorier.

Det første eksperiment med spredning var traditionelt. Efter at have lavet et lille hul i lukkeren til vinduet i et mørklagt rum, placerede Newton et glasprisme i banen for strålen af stråler, der passerede gennem dette hul. På den modsatte væg modtog han et billede i form af en stribe af vekslende farver. Newton opdelte spektret af sollys opnået på denne måde i syv regnbuens farver - rød, orange, gul, grøn, blå, indigo, violet.

Etableringen af præcis syv primærfarver i spektret er til en vis grad vilkårlig: Newton søgte at tegne en analogi mellem spektret af sollys og musikalsk lyd. Hvis vi betragter spektret uden en sådan fordom, så bryder spektrumbåndet, der opstår på grund af spredning, op i tre hoveddele - rød, gul-grøn og blå-violet. De resterende farver optager relativt smalle områder mellem disse grundlæggende. Generelt er det menneskelige øje i stand til at skelne op til 160 forskellige farvenuancer i sollysspektret.

I efterfølgende spredningsforsøg lykkedes det Newton at kombinere farvede stråler til hvidt lys.

Som et resultat af sin forskning kom Newton, i modsætning til Aristoteles, til den konklusion, at når "hvid og sort blandes, opstår der ingen farve...". Alle farverne i spektret er indeholdt i sollys, og et glasprisme adskiller dem kun, da forskellige farver brydes forskelligt af glas. Violette stråler brydes stærkest, røde stråler brydes svagest.

Efterfølgende fastslog videnskabsmænd det faktum, at når man betragter lys som en bølge, skal hver farve være forbundet med sin egen bølgelængde. Det er meget vigtigt, at disse bølgelængder ændres på en kontinuerlig måde, svarende til de forskellige nuancer af hver farve.

Ændringen i et mediums brydningsindeks afhængigt af længden af bølgen, der udbreder sig i det, kaldes dispersion (fra det latinske verbum "at sprede"). Brydningsindekset for almindeligt glas er tæt på 1,5 for alle bølgelængder af synligt lys.

Newtons og andre forskeres eksperimenter viste, at når lysets bølgelængde øges, falder brydningsindekset for de undersøgte stoffer monotont. Men i 1860, mens han målte brydningsindekset for joddamp, opdagede den franske fysiker Leroux, at røde stråler brydes stærkere af dette stof end blå. Han kaldte dette fænomen unormal spredning af lys. Efterfølgende blev der opdaget unormal spredning i mange andre stoffer.

I moderne fysik er både normal og unormal spredning af lys forklaret på samme måde. Forskellen mellem normal og unormal spredning er som følger. Normal spredning sker med lysstråler, hvis bølgelængde er langt fra det område, hvor bølgerne absorberes af stoffet. Unormal dispersion observeres kun i absorptionsområdet.

Hvis man ser nærmere på spredningen af lys, kan man opdage dens sammenhæng med elektromagnetisk strålings gennemtrængende evne. Jo kortere bølgelængden af elektromagnetisk stråling er, jo større er chancen for, at stråling trænger gennem stof i rummet mellem atomer. Derfor har røntgen- og gammastråling en meget høj gennemtrængningsevne.

Spredning af lys i naturen og kunsten

På grund af spredning kan det observeres forskellige farver Sveta.

Regnbuen, hvis farver skyldes spredning, er et af kulturens og kunstens nøglebilleder.

Takket være lysspredning er det muligt at observere det farvede "lysspil" på facetterne af en diamant og andre gennemsigtige facetterede genstande eller materialer.

I en eller anden grad findes regnbueeffekter ret ofte, når lys passerer gennem næsten enhver gennemsigtig genstand. I kunsten kan de specifikt intensiveres og understreges.

Nedbrydning af lys til et spektrum (på grund af spredning), når det brydes i et prisme er et ret almindeligt emne i finere kunst. For eksempel viser coveret på albummet Dark Side Of The Moon af Pink Floyd lysets brydning i et prisme med nedbrydning til et spektrum.

Opdagelsen af spredning var meget betydningsfuld i videnskabens historie. På videnskabsmandens gravsten er der en inskription med følgende ord: " Her ligger Sir Isaac Newton, adelsmanden, der... var den første til at forklare, med matematikkens fakkel, planeternes bevægelser, kometernes stier og havenes tidevand.

Han undersøgte forskellen i lysstråler og de forskellige egenskaber af farver, der opstår i denne proces, som ingen tidligere havde haft mistanke om. … Lad dødelige glæde sig over, at en sådan udsmykning af den menneskelige race eksisterede."

Lys spredning- dette er afhængigheden af brydningsindekset n stoffer afhængigt af lysets bølgelængde (i vakuum)

eller, hvilket er det samme, afhængigheden af lysbølgernes fasehastighed af frekvensen:

Spredning af et stof kaldet derivatet af n Ved

Dispersion - afhængigheden af et stofs brydningsindeks af bølgefrekvensen - manifesterer sig særligt tydeligt og smukt sammen med effekten af dobbeltbrydning (se video 6.6 i det foregående afsnit), observeret når lys passerer gennem anisotrope stoffer. Faktum er, at brydningsindekserne for almindelige og ekstraordinære bølger afhænger forskelligt af bølgens frekvens. Som et resultat afhænger farven (frekvensen) af lys, der passerer gennem et anisotropt stof placeret mellem to polarisatorer, både af tykkelsen af laget af dette stof og af vinklen mellem polarisatorernes transmissionsplaner.

For alle transparente, farveløse stoffer i den synlige del af spektret, når bølgelængden falder, stiger brydningsindekset, det vil sige, at stoffets spredning er negativ: . (Fig. 6.7, område 1-2, 3-4)

Hvis et stof absorberer lys i et bestemt område af bølgelængder (frekvenser), så er dispersionen i absorptionsområdet

viser sig at være positiv og bliver kaldt abnorm (Fig. 6.7, område 2–3).

Ris. 6.7. Afhængighed af kvadratet af brydningsindekset (fyldt kurve) og stoffets lysabsorptionskoefficient
(stiplet kurve) versus bølgelængdelnær et af absorptionsbåndene()

Newton studerede normal spredning. Nedbrydningen af hvidt lys til et spektrum, når det passerer gennem et prisme, er en konsekvens af lysspredning. Når en stråle af hvidt lys passerer gennem et glasprisme, a flerfarvet spektrum (Fig. 6.8).

Ris. 6.8. Passagen af hvidt lys gennem et prisme: på grund af forskellen i brydningsindekset for glas for forskellige
bølgelængder, strålen dekomponeres i monokromatiske komponenter - et spektrum vises på skærmen

Rødt lys har den længste bølgelængde og det mindste brydningsindeks, så røde stråler afbøjes mindre end andre af prismet. Ved siden af dem vil der være stråler af orange, derefter gult, grønt, blåt, indigo og til sidst violet lys. Det komplekse hvide lys, der falder ind på prismet, nedbrydes til monokromatiske komponenter (spektrum).

Et slående eksempel spredningen er en regnbue. En regnbue observeres, hvis solen er bagved observatøren. Røde og violette stråler brydes af sfæriske vanddråber og reflekteres fra deres indre overflade. Røde stråler brydes mindre og kommer ind i observatørens øje fra dråber placeret i en højere højde. Derfor viser regnbuens øverste stribe sig altid rød (fig. 26.8).

Ris. 6.9. Fremkomsten af en regnbue

Ved hjælp af lovene for refleksion og brydning af lys er det muligt at beregne lysstrålernes vej med total refleksion og spredning i regndråber. Det viser sig, at strålerne er spredt med størst intensitet i en retning, der danner en vinkel på omkring 42° med retningen af solens stråler (fig. 6.10).

Ris. 6.10. Regnbuens placering

Det geometriske sted for sådanne punkter er en cirkel med centrum i punktet 0. En del af det er skjult for iagttageren R under horisonten er buen over horisonten den synlige regnbue. Dobbelt refleksion af stråler i regndråber er også mulig, hvilket fører til en andenordens regnbue, hvis lysstyrke naturligvis er mindre end lysstyrken af hovedregnbuen. For hende giver teorien en vinkel 51 °, det vil sige, at den anden ordens regnbue ligger uden for den vigtigste. I den er rækkefølgen af farver omvendt: den ydre bue er malet ind lilla, og den nederste - i rød. Regnbuer af tredje og højere orden observeres sjældent.

Elementær teori om spredning. Afhængighed af et stofs brydningsindeks af længde elektromagnetisk bølge(frekvenser) forklaret ud fra teori tvangssvingninger. Strengt taget overholder bevægelsen af elektroner i et atom (molekyle) kvantemekanikkens love. Dog for en kvalitativ forståelse optiske fænomener vi kan begrænse os til ideen om elektroner bundet i et atom (molekyle) af en elastisk kraft. Når man afviger fra ligevægtspositionen, begynder sådanne elektroner at oscillere, mister gradvist energi til at udsende elektromagnetiske bølger eller overfører deres energi til gitterknuder og opvarmer stoffet. Som følge heraf vil oscillationerne blive dæmpet.

Når den passerer gennem et stof, virker en elektromagnetisk bølge på hver elektron med Lorentz-kraften:

Hvor v- hastigheden af en oscillerende elektron. I en elektromagnetisk bølge er forholdet mellem de magnetiske og elektriske feltstyrker lig med

Derfor er det ikke svært at estimere forholdet mellem de elektriske og magnetiske kræfter, der virker på elektronen:

Elektroner i stof bevæger sig med hastigheder meget lavere end lysets hastighed i et vakuum:

Hvor - spændingsamplitude elektrisk felt i en lysbølge, er bølgens fase bestemt af den pågældende elektrons position. For at forenkle beregningerne forsømmer vi dæmpning og skriver elektronbevægelsesligningen i formen

hvor er den naturlige frekvens af elektronoscillationer i atomet. Vi har allerede overvejet løsningen af en sådan differential inhomogen ligning tidligere og opnået

Følgelig er forskydningen af elektronen fra ligevægtspositionen proportional med den elektriske feltstyrke. Forskydninger af kerner fra ligevægtspositionen kan negligeres, da kernernes masser er meget store sammenlignet med elektronens masse.

Et atom med en forskudt elektron får et dipolmoment

(For overskuelighedens skyld, lad os nu antage, at der kun er én "optisk" elektron i atomet, hvis forskydning yder et afgørende bidrag til polariseringen). Hvis en enhed volumen indeholder N atomer, så kan mediets polarisering (dipolmoment pr. volumenenhed) skrives på formen

Muligt i virkelige miljøer forskellige typer vibrationer af ladninger (grupper af elektroner eller ioner), der bidrager til polarisering. Disse typer af svingninger kan have forskellige mængder af ladning e i og masser jeg, samt forskellige naturlige frekvenser (vi vil betegne dem med indekset k), i dette tilfælde antallet af atomer pr. volumenenhed med en given type vibration Nk proportional med koncentrationen af atomer N:

Dimensionsløs proportionalitetskoefficient fk karakteriserer effektivt bidrag hver type oscillation ind i mediets totale polarisering:

På den anden side, som bekendt,

hvor er stoffets dielektriske modtagelighed, som er relateret til dielektricitetskonstanten e forhold

Som et resultat får vi udtrykket for kvadratet af brydningsindekset for et stof:

Nær hver af de naturlige frekvenser lider funktionen defineret af formel (6.24) af en diskontinuitet. Denne opførsel af brydningsindekset skyldes det faktum, at vi forsømte dæmpningen. På samme måde, som vi så tidligere, fører negligering af dæmpning til en uendelig stigning i amplituden af tvungne oscillationer ved resonans. At tage højde for dæmpning redder os fra uendeligheder, og funktionen har formen vist i fig. 6.11.

Ris. 6.11. Afhængighed Dielektrisk konstant miljøpå frekvensen af den elektromagnetiske bølge

I betragtning af forholdet mellem frekvens og elektromagnetisk bølgelængde i vakuum

det er muligt at opnå afhængigheden af et stofs brydningsindeks P på bølgelængden i området for normal spredning (sektioner 1–2 Og 3–4 i fig. 6.7):

Bølgelængderne svarende til de naturlige frekvenser af oscillationer er konstante koefficienter.

I området unormal spredning() frekvensen af det eksterne elektromagnetiske felt er tæt på en af de naturlige frekvenser af oscillationer af molekylære dipoler, det vil sige, at der opstår resonans. Det er i disse områder (f.eks. område 2-3 i fig. 6.7), at der observeres betydelig absorption af elektromagnetiske bølger; stoffets lysabsorptionskoefficient er vist med den stiplede linje i fig. 6.7.

Begrebet gruppehastighed. Begrebet gruppehastighed er tæt forbundet med fænomenet spredning. Når udbredelse i et miljø med spredning af virkelige elektromagnetiske impulser for eksempel, de bølgetog, vi kender, udsendt af individuelle atomudsendere, de "spreder sig" - en udvidelse af omfanget i rum og varighed i tid. Dette skyldes, at sådanne impulser ikke er en monokromatisk sinusbølge, men en såkaldt bølgepakke, eller en gruppe af bølger - et sæt af harmoniske komponenter med forskellige frekvenser og forskellige amplituder, som hver især forplanter sig i mediet med sin egen fasehastighed (6.13).

Hvis en bølgepakke forplantede sig i et vakuum, ville dens form og rumlige tidsudstrækning forblive uændret, og udbredelseshastigheden af et sådant bølgetog ville være lysets fasehastighed i vakuum

På grund af tilstedeværelsen af spredning er afhængigheden af frekvensen af en elektromagnetisk bølge på bølgetallet k bliver ulineær, og bølgetogets udbredelseshastighed i mediet, det vil sige hastigheden af energioverførsel, bestemmes af den afledede

hvor er bølgetallet for den "centrale" bølge i toget (der har den største amplitude).

Vi vil ikke udlede denne formel i generel opfattelse, men lad os bruge et bestemt eksempel til at forklare dets fysiske betydning. Som en model af en bølgepakke vil vi tage et signal bestående af to plane bølger, der udbreder sig i samme retning med identiske amplituder og indledende faser, men forskellige frekvenser, forskudt i forhold til den "centrale" frekvens med en lille mængde. De tilsvarende bølgetal forskydes i forhold til det "centrale" bølgetal med et lille beløb . Disse bølger er beskrevet ved udtryk.

DEFINITION

Lys spredning kald afhængigheden af et stofs brydningsindeks (n) af lysets frekvens () eller bølgelængde () i et vakuum (ofte er indekset 0 udeladt):

Nogle gange defineres dispersion som afhængigheden af lysbølgernes fasehastighed (v) af frekvensen.

Den velkendte konsekvens af spredning er nedbrydning af hvidt lys til et spektrum, når det passerer gennem et prisme. I. Newton var den første til at registrere sine observationer af lysspredning. Dispersion er en konsekvens af afhængigheden af polarisering af atomer af frekvens.

Grafisk afhængighed af brydningsindekset af frekvens (eller bølgelængde) - spredningskurve.

Spredning opstår som følge af vibrationer af elektroner og ioner.

Spredning af lys i et prisme

Hvis en monokromatisk lysstråle rammer et prisme, hvis brydningsindeks er lig med n, i en vinkel (fig. 1), så afviger strålen efter dobbelt brydning fra den oprindelige retning med en vinkel:

Hvis vinkler A, er små, er alle andre vinkler i formel (2) derfor små. I dette tilfælde kan brydningsloven ikke skrives gennem disse vinklers sinus, men direkte gennem værdierne af selve vinklerne i radianer:

Når vi ved det, har vi:

Som følge heraf er afbøjningsvinklen for stråler ved hjælp af et prisme direkte proportional med værdien af prismets brydningsvinkel:

og afhænger af størrelsen. Og vi ved, at brydningsindekset er en funktion af bølgelængden. Det viser sig, at stråler med forskellige bølgelængder, efter at have passeret gennem prismet, vil blive afbøjet i forskellige vinkler. Det bliver klart, hvorfor en stråle af hvidt lys vil nedbrydes til et spektrum.

Spredning af et stof

Værdi (D) lig med:

hedder spredning af stof. Det viser ændringshastigheden i brydningsindekset afhængigt af bølgelængden.

Brydningsindekset for transparente stoffer stiger monotont med aftagende bølgelængde, hvilket betyder, at størrelsen af D stiger med aftagende bølgelængde. Denne spredning kaldes normal. Fænomenet normal spredning er grundlaget for driften af prismespektrografer, som kan bruges til at studere spektral sammensætning Sveta.

Eksempler på problemløsning

EKSEMPEL 1

Dyrke motion

Hvad er de vigtigste forskelle i diffraktions- og prismatiske spektre?

Løsning

Et diffraktionsgitter sorterer lys i bølgelængder. Fra de opnåede og målte vinkler til retningerne af de tilsvarende maksima kan bølgelængden beregnes. I modsætning til et diffraktionsgitter sorterer et prisme lys efter brydningsindeksværdier, derfor er det nødvendigt at have en afhængighed for at finde lysets bølgelængde.

Ud over ovenstående er farverne i spektret opnået som følge af diffraktion og det prismatiske spektrum placeret forskelligt. For et diffraktionsgitter blev det fundet, at afbøjningsvinklens sinus er proportional med bølgelængden. Det betyder, at diffraktionsgitteret afviser røde stråler mere end violette stråler. Prismet adskiller strålerne efter brydningsindekset, og for alle transparente stoffer aftager det monotont med stigende bølgelængde. Det viser sig, at røde stråler, som har et lavere brydningsindeks, vil blive afbøjet af prismet mindre end violette stråler (fig. 2).

EKSEMPEL 2

Dyrke motion

Hvad bliver afbøjningsvinklen () af strålen med et glasprisme, hvis den falder normalt på sin overflade? Prismestoffets brydningsindeks er n=1,5. Prismets brydningsvinkel er tredive grader ().

Løsning

Når du løser problemet, kan du bruge Fig. 1 i den teoretiske del af artiklen. Det skal bemærkes, at. Af fig. 1 følger, at

I henhold til brydningsloven skriver vi: