Il mondo pieno di milioni di sfumature diverse. Grazie alle proprietà della luce, ogni oggetto e oggetto che ci circonda ha un certo colore, percepito visione umana. Lo studio delle onde luminose e delle loro caratteristiche ha permesso di approfondire la natura della luce e i fenomeni ad essa associati. Oggi parleremo di varianza.

Natura della luce

CON punto fisico la luce è una combinazione di onde elettromagnetiche Con significati diversi durata e frequenza. L'occhio umano non percepisce alcuna luce, ma solo quella la cui lunghezza d'onda varia da 380 a 760 nm. Le restanti varietà rimangono invisibili per noi. Questi includono, ad esempio, le radiazioni infrarosse e ultraviolette. Il famoso scienziato Isaac Newton immaginava la luce come un flusso diretto di più particelle fini. Solo più tardi è stato dimostrato che si tratta di un'onda in natura. Tuttavia, Newton aveva ancora in parte ragione. Il fatto è che la luce non ha solo proprietà ondulatorie, ma anche corpuscolari. Ciò è confermato dal noto fenomeno dell'effetto fotoelettrico. Si scopre che il flusso luminoso ha una duplice natura.

Spettro dei colori

La luce bianca, accessibile alla visione umana, è una combinazione di diverse onde, ciascuna delle quali è caratterizzata da una certa frequenza e dalla propria energia di fotoni. Di conseguenza, può essere diviso in onde di diversi colori. Ognuno di essi è chiamato monocromatico e un certo colore corrisponde alla propria gamma di lunghezza, frequenza d'onda ed energia fotonica. In altre parole, l'energia emessa da una sostanza (o assorbita) viene distribuita secondo gli indicatori sopra indicati. Questo spiega l'esistenza dello spettro luminoso. Ad esempio, il colore verde dello spettro corrisponde a frequenze che vanno da 530 a 600 THz, e viola da 680 a 790 THz.

Ognuno di noi ha mai visto come i raggi brillano sui prodotti in vetro tagliato o, ad esempio, sui diamanti. Ciò può essere osservato a causa di un fenomeno chiamato dispersione della luce. Questo è un effetto che riflette la dipendenza dell'indice di rifrazione di un oggetto (sostanza, mezzo) dalla lunghezza (frequenza) dell'onda luminosa che attraversa questo oggetto. La conseguenza di questa dipendenza è la scomposizione del raggio in uno spettro di colori, ad esempio, quando passa attraverso un prisma. La dispersione della luce è espressa dalla seguente uguaglianza:

dove n è l'indice di rifrazione, ƛ è la frequenza e ƒ è la lunghezza d'onda. L'indice di rifrazione aumenta all'aumentare della frequenza e al diminuire della lunghezza d'onda. Spesso osserviamo la dispersione in natura. La sua manifestazione più bella è l'arcobaleno, che si forma a causa della dispersione della luce solare che passa attraverso numerose gocce di pioggia.

I primi passi verso la scoperta della varianza

Come accennato in precedenza, il flusso luminoso, quando passa attraverso un prisma, viene scomposto in uno spettro di colori, che Isaac Newton studiò in modo sufficientemente dettagliato ai suoi tempi. Il risultato delle sue ricerche fu la scoperta del fenomeno della dispersione nel 1672. L'interesse scientifico per le proprietà della luce è apparso prima della nostra era. Già il famoso Aristotele notava che la luce solare può avere diverse sfumature. Lo scienziato ha sostenuto che la natura del colore dipende dalla "quantità di oscurità" presente nella luce bianca. Se ce n'è molto, appare il colore viola e se ce n'è poco, allora rosso. Grande pensatore detto anche che il colore principale dei raggi luminosi è il bianco.

Ricerca sui predecessori di Newton

La teoria di Aristotele sull'interazione tra oscurità e luce non fu confutata dagli scienziati del XVI e XVII secolo. Sia il ricercatore ceco Marzi che il fisico inglese Hariot condussero esperimenti indipendenti con un prisma ed erano fermamente convinti che la ragione della comparsa di diverse sfumature dello spettro fosse proprio la miscelazione del flusso luminoso con l'oscurità quando passava attraverso il prisma. A prima vista, le conclusioni degli scienziati potrebbero essere definite logiche. Ma i loro esperimenti erano piuttosto superficiali e non erano in grado di supportarli con ulteriori ricerche. Questo finché Isaac Newton non si mise al lavoro.

La scoperta di Newton

Grazie alla mente curiosa di questo eccezionale scienziato, è stato dimostrato che la luce bianca non è quella principale e che gli altri colori non nascono affatto come risultato dell'interazione di luce e oscurità in rapporti diversi. Newton confutò queste convinzioni e dimostrò che la luce bianca è composita nella sua struttura, è formata da tutti i colori dello spettro luminoso, chiamati monocromatici. Come risultato del passaggio di un raggio luminoso attraverso un prisma, si formano una varietà di colori dovuti alla decomposizione della luce bianca nei suoi flussi d'onda costituenti. Tali onde con frequenze e lunghezze diverse vengono rifratte nel mezzo in modi diversi, formando un certo colore. Newton effettuò esperimenti che sono ancora utilizzati oggi in fisica. Ad esempio, esperimenti con prismi incrociati, utilizzando due prismi e uno specchio e facendo passare la luce attraverso prismi e uno schermo perforato. Ora sappiamo che la decomposizione della luce in uno spettro di colori avviene a causa delle diverse velocità con cui onde di diversa lunghezza e frequenza attraversano una sostanza trasparente. Di conseguenza, alcune onde lasciano il prisma prima, altre un po' più tardi, altre ancora più tardi e così via. Ecco come si decompone il flusso luminoso.

Dispersione anomala

Successivamente, i fisici del penultimo secolo fecero un'altra scoperta riguardante la dispersione. Il francese Leroux ha scoperto che in alcuni mezzi (in particolare nei vapori di iodio) la dipendenza che esprime il fenomeno della dispersione è violata. Il fisico Kundt, che visse in Germania, iniziò lo studio di questo problema. Per le sue ricerche prese in prestito uno dei metodi di Newton, vale a dire un esperimento utilizzando due prismi incrociati. L'unica differenza era che Kundt invece di uno di essi utilizzò un recipiente prismatico con una soluzione di cianina. Si è scoperto che l'indice di rifrazione quando la luce passa attraverso tali prismi aumenta e non diminuisce, come è accaduto negli esperimenti di Newton con i prismi ordinari. Lo scienziato tedesco ha scoperto che questo paradosso è osservato a causa di un fenomeno come l'assorbimento della luce da parte della materia. Nell'esperimento di Kundt descritto, il mezzo assorbente era una soluzione di cianina e la dispersione della luce in questi casi veniva definita anomala. Nella fisica moderna, questo termine non è praticamente usato. Oggi la dispersione normale scoperta da Newton e la dispersione anomala scoperta successivamente sono considerate come due fenomeni legati alla stessa dottrina e aventi una natura comune.

Lenti a bassa dispersione

Nella tecnologia fotografica, la dispersione della luce è considerata un fenomeno indesiderato. Causa la cosiddetta aberrazione cromatica, in cui i colori appaiono distorti nelle immagini. Le tonalità della fotografia non corrispondono alle tonalità del soggetto fotografato. Questo effetto diventa particolarmente spiacevole per i fotografi professionisti. A causa della dispersione nelle fotografie, non solo i colori sono distorti, ma i bordi sono spesso sfocati o, al contrario, appare un bordo eccessivamente definito. I produttori globali di apparecchiature fotografiche stanno affrontando le conseguenze di ciò fenomeno ottico utilizzando lenti a bassa dispersione appositamente progettate. Il vetro di cui sono realizzati ha l'eccellente proprietà di rifrangere equamente onde di diverse lunghezze e frequenze. Le lenti in cui sono installate lenti a bassa dispersione sono chiamate acromatiche.

Obiettivi della lezione:

• Educativo:
  • introdurre i concetti di spettro, dispersione della luce;
  • Far conoscere agli studenti la storia della scoperta di questo fenomeno.
  • dimostrare chiaramente il processo di decomposizione di un fascio di luce stretto in componenti di varie tonalità di colore.
  • identificare le differenze tra questi elementi del fascio luminoso.
  • continuare a formare la visione scientifica del mondo degli studenti.
• Sviluppo:
  • sviluppo dell'attenzione, pensiero fantasioso e logico, memoria durante lo studio di questo argomento.
  • stimolare la motivazione cognitiva degli studenti.
  • sviluppo del pensiero critico.
• Educativo:
  • coltivare l'interesse per l'argomento;
  • coltivare il senso della bellezza, la bellezza del mondo circostante.

Tipo di lezione: una lezione per studiare e consolidare inizialmente nuove conoscenze.

Metodi di insegnamento: conversazione, storia, spiegazione, esperimento. (Informazione e sviluppo)

Requisiti a livello di base preparazione: essere in grado di descrivere e spiegare il fenomeno della dispersione.

Attrezzature e materiali: computer, cartelle colori, tavole piano-parallele

Piano della lezione:

	Passi della lezione	Tempo, min	Tecniche e metodi
1.	Pittura a colori	5 min. (prima della lezione, durante la ricreazione)	Scegliere una cartella colori che corrisponda all'umore di ogni studente prima della lezione durante la ricreazione.
2.	Motivazione	2 minuti.	La storia dell'insegnante
3.	Momento organizzativo	3 minuti	Leggere una poesia di uno studente
4.	Imparare nuovo materiale	19 minuti	La storia dell'insegnante. Dimostrazione di esperimenti. Conversazione su questioni. Appunti sui quaderni.
5.	Consolidamento Lavandino	12 minuti	Consultazione degli insegnanti. Osservazione. Risposte degli studenti. Compilazione di un syncwine
6.	Riassumendo. Pittura a colori	3 minuti	Riassumendo il materiale studiato. Ogni studente seleziona una cartella colori che corrisponda al proprio umore alla fine della lezione.
7.	Compiti a casa	1 minuto.	Scrivere alla lavagna. Il commento dell'insegnante.

Prima dell'inizio della lezione, durante la ricreazione, condurre la diagnostica "Class Color Design". Ogni studente, entrando in classe, sceglie una carta con un determinato colore che corrisponde al suo umore, e all'inizio della lezione viene redatta una “Cartella Colori Classe”.

• Il colore giallo è buono
• Arancione: molto buono
• Rosso – gioioso
• Verde: calmo
• Blu – triste
• Marrone – allarmante
• Nero – cattivo
• Bianco – indifferente

Epigrafe della lezione:

La natura non può essere colta sciatta e seminuda; è sempre bella.

R. Emerson (filosofo americano del XIX secolo)

DURANTE LE LEZIONI

1. Motivazione

La luce solare è sempre stata e rimane per una persona un simbolo di gioia, eterna giovinezza, tutto il bene, il meglio che può esserci nella vita:

“Che ci sia sempre il sole.
Possa esserci sempre il paradiso..." -

Tali parole sono nella famosa canzone scritta da Lev Oshanin.
Anche un fisico. Abituato a trattare i fatti, con la registrazione accurata dei fenomeni, a volte si sente in imbarazzo quando dice che la luce è costituita da onde elettromagnetiche di una certa lunghezza d'onda e niente di più.
La lunghezza d'onda della luce è molto corta. Immagina la media onda del mare, che aumenterebbe a tal punto da occupare da solo l’intero Oceano Atlantico, dall’America a Lisbona in Europa. La lunghezza d'onda della luce allo stesso ingrandimento supererebbe solo leggermente la larghezza della pagina di un libro.
Domanda:
– Da dove provengono queste onde elettromagnetiche?
Risposta:
– La loro fonte è il Sole.
Insieme alla radiazione visibile, il Sole ci invia radiazioni termiche, infrarosse e ultraviolette. Calore Il sole è la causa principale della nascita di queste onde elettromagnetiche.

2. Momento organizzativo

Formulazione dell'argomento e degli obiettivi della lezione.

L'argomento della nostra lezione è "Dispersione della luce". Oggi abbiamo bisogno di:

• Introdurre il concetto di “spettro”, “dispersione della luce”;
• Identificare le caratteristiche di questo fenomeno: dispersione della luce;
• Conosci la storia della scoperta di questo fenomeno.

Attivazione dell'attività mentale:

Uno studente legge una poesia

Profumo del sole

L'odore del sole? Che sciocchezza!
No, non è una sciocchezza.
Suoni e sogni al sole,
Profumi e fiori,
Tutti si unirono in un coro di consonanti,
Tutto è intrecciato in un unico modello.
Il sole profuma di erbe,
Bagni freschi,
Nel risveglio primaverile
E pino resinoso,
Tessuto delicatamente leggero
Ubriaco di mughetti,
Ciò che sbocciò vittoriosamente
Nell'odore pungente della terra.
Il sole splende con le campane,
Foglie verdi
Respira fuori uccelli che cantano,
Respira con le risate di volti giovani.
Allora dite questo a tutti i ciechi:
Sarà per te!
Non vedrai le porte del paradiso,
Il sole ha un profumo
Dolcemente intelligibile solo a noi,
Visibile agli uccelli e ai fiori!
A. Balmont

3. Imparare nuovo materiale

Un po' di storia

Parlando di queste idee, dovremmo iniziare con la teoria dei colori di Aristotele (IV secolo a.C.). Aristotele sosteneva che la differenza di colore è determinata dalla differenza nella quantità di oscurità “mescolata” con la luce solare (bianca). Il colore viola, secondo Aristotele, nasce con la maggiore aggiunta di oscurità alla luce e il rosso con la minima. Pertanto, i colori dell'arcobaleno sono colori complessi e quello principale è la luce bianca. È interessante notare che l'apparizione dei prismi di vetro e i primi esperimenti sull'osservazione della decomposizione della luce da parte dei prismi non hanno dato luogo a dubbi sulla correttezza della teoria aristotelica dell'aspetto dei colori. Sia Hariot che Marzi rimasero seguaci di questa teoria. Ciò non dovrebbe sorprendere, poiché a prima vista la scomposizione della luce in vari colori da parte di un prisma sembrava confermare l'idea che il colore nasce dalla mescolanza di luce e oscurità. La striscia arcobaleno appare proprio nel passaggio dalla striscia d'ombra a quella illuminata, cioè al confine tra oscurità e luce bianca. Dal fatto che il raggio viola percorre il percorso più lungo all'interno del prisma rispetto ad altri raggi colorati, non è sorprendente concludere che il colore viola si verifica quando la luce bianca perde maggiormente la sua “bianchezza” quando passa attraverso il prisma. In altre parole, sul percorso più lungo si verifica la massima mescolanza di oscurità e luce bianca. Non è stato difficile dimostrare la falsità di tali conclusioni eseguendo esperimenti corrispondenti con gli stessi prismi. Tuttavia, nessuno lo aveva fatto prima di Newton.

La luce solare ha molti segreti. Uno di loro - fenomeno di dispersione. Il grande fisico inglese fu il primo a scoprirlo Isaac Newton nel 1666 migliorando al contempo il telescopio.

Dispersione della luce(decomposizione della luce) è un fenomeno causato dalla dipendenza dell'indice di rifrazione assoluto di una sostanza dalla frequenza (o lunghezza d'onda) della luce (dispersione di frequenza), o, la stessa cosa, dalla dipendenza della velocità di fase della luce in un sostanza sulla lunghezza d'onda (o frequenza).

La dispersione della luce fu scoperta sperimentalmente da I. Newton intorno al 1672, anche se teoricamente fu spiegata abbastanza bene molto più tardi.
Una delle più esempi illustrativi dispersione: la decomposizione della luce bianca quando passa attraverso un prisma (esperimento di Newton). L'essenza del fenomeno della dispersione è la velocità disuguale di propagazione dei raggi luminosi con diverse lunghezze d'onda in una sostanza trasparente - un mezzo ottico (mentre nel vuoto la velocità della luce è sempre la stessa, indipendentemente dalla lunghezza d'onda e quindi dal colore). Tipicamente, maggiore è la frequenza dell'onda, maggiore è l'indice di rifrazione del mezzo e minore è la velocità della luce al suo interno:

• in rosso velocità massima nel grado medio e minimo di rifrazione,
• A viola la velocità minima della luce in un mezzo e il grado massimo di rifrazione.

La dispersione della luce ha permesso per la prima volta di dimostrare in modo abbastanza convincente la natura composita della luce bianca.

La luce bianca viene scomposta in uno spettro come risultato del passaggio attraverso un reticolo di diffrazione o della riflessione da esso (questo non è correlato al fenomeno della dispersione, ma è spiegato dalla natura della diffrazione).

La diffrazione e gli spettri prismatici sono un po' diversi: lo spettro prismatico è compresso nella parte rossa e allungato nel viola, ed è disposto in ordine decrescente di lunghezza d'onda: dal rosso al viola; lo spettro normale (diffrazione) è uniforme in tutte le aree ed è organizzato in ordine di lunghezze d'onda crescenti: dal viola al rosso.

Sapendo che la luce bianca ha una struttura complessa, possiamo spiegare la straordinaria varietà di colori presenti in natura. Se un oggetto, ad esempio un pezzo di carta, riflette tutti i raggi di diversi colori che cadono su di esso, apparirà bianco. Coprendo la carta con uno strato di vernice rossa, non creiamo un nuovo colore di luce, ma conserviamo parte della luce esistente sul foglio. Ora verranno riflessi solo i raggi rossi, il resto verrà assorbito dallo strato di vernice. L'erba e le foglie degli alberi ci appaiono verdi perché tutti i raggi del sole che cadono su di loro, riflettono solo quelli verdi, assorbendo il resto. Se guardate l'erba attraverso un vetro rosso, che trasmette solo raggi rossi, vi apparirà quasi nera.

Il fenomeno della dispersione, scoperto da Newton, è il primo passo verso la comprensione della natura del colore. La comprensione approfondita della dispersione è arrivata dopo che è stata chiarita la dipendenza del colore dalla frequenza (o lunghezza d'onda) della luce.

Thomas Young (1773-1829) fu il primo a misurare le lunghezze d'onda dei diversi colori nel 1802.

Dopo la scoperta della dispersione della luce, la lunghezza d'onda divenne la principale grandezza che determina il colore della luce. Il principale recettore del colore è la retina.

Colore- c'è una sensazione che si verifica nella retina dell'occhio quando viene eccitata da un'onda luminosa di una certa lunghezza. Conoscendo la lunghezza d'onda della luce emessa e le condizioni della sua propagazione, è possibile prevedere in anticipo con un elevato grado di precisione quale colore vedrà l'occhio.

Può darsi che la retina dell'occhio percepisca male uno dei colori primari o non reagisca affatto, quindi la percezione dei colori di questa persona è compromessa. Questa mancanza di visione si chiama daltonismo.

Una buona percezione dei colori è molto importante per numerose professioni: marinai, piloti, ferrovieri, chirurghi, artisti. Sono stati creati dispositivi speciali - anomaloscopi per lo studio dei disturbi della visione dei colori.

La dispersione spiega il fatto che l'arcobaleno appare dopo la pioggia (più precisamente, il fatto che l'arcobaleno è multicolore e non bianco).
Primo tentativo di spiegazione arcobaleno come fenomeno naturale fu realizzato nel 1611 dall'arcivescovo Antonio Dominis.

1637 – spiegazione scientifica Gli arcobaleni furono dati per la prima volta da René Descartes. Ha spiegato l'arcobaleno in base alle leggi della rifrazione e della riflessione luce del sole nelle gocce di pioggia. Il fenomeno della dispersione non era ancora stato scoperto, motivo per cui l'arcobaleno di Cartesio risultò bianco.

30 anni dopo Isaac Newton completò la teoria di Cartesio e spiegò come i raggi colorati vengono rifratti nelle gocce di pioggia.

"Cartesio appese l'arcobaleno nel posto giusto nel cielo e Newton lo colorò con tutti i colori dello spettro."

Scienziato americano A. Fraser

Arcobalenoè un fenomeno ottico associato alla rifrazione dei raggi luminosi da parte di numerose gocce di pioggia. Tuttavia, non tutti sanno esattamente come la rifrazione della luce sulle gocce di pioggia porti alla comparsa di un gigantesco arco multicolore nel cielo. È quindi utile soffermarsi più in dettaglio sulla spiegazione fisica di questo spettacolare fenomeno ottico.

Arcobaleno attraverso gli occhi di un osservatore attento. Innanzitutto l’arcobaleno può essere osservato solo nella direzione opposta al Sole. Se stai di fronte all'arcobaleno, il sole sarà dietro di te. Un arcobaleno si verifica quando il Sole illumina una cortina di pioggia. Quando la pioggia diminuisce e poi si ferma, l'arcobaleno svanisce e gradualmente scompare. I colori osservati in un arcobaleno si alternano nella stessa sequenza dello spettro ottenuto facendo passare un raggio di luce solare attraverso un prisma. In questo caso, la regione estrema interna (rivolta verso la superficie terrestre) dell'arcobaleno è colorata di viola e la regione estrema esterna è rossa. Spesso sopra l'arcobaleno principale appare un altro arcobaleno (secondario): più ampio e più sfocato. I colori dell'arcobaleno secondario si alternano in ordine inverso: dal rosso (estremo zona interna arco) al viola (regione più esterna).

Per un osservatore che si trova su una superficie relativamente piatta superficie terrestre, appare un arcobaleno a condizione che l'altezza angolare del Sole sopra l'orizzonte non superi circa 42°. Più basso è il Sole, maggiore è l'altezza angolare della sommità dell'arcobaleno e, quindi, più grande è la porzione osservata dell'arcobaleno. Un arcobaleno secondario può essere osservato se l'altezza del Sole sopra l'orizzonte non supera circa 52.

L'arcobaleno può essere considerato come una ruota gigante che, come un asse, è montata su una linea retta immaginaria che passa attraverso il Sole e l'osservatore.

La dispersione è la causa delle aberrazioni cromatiche, una delle aberrazioni dei sistemi ottici, compresi gli obiettivi fotografici e video.

Dispersione della luce nella natura e nell'arte

• A causa della dispersione può essere osservato colori differenti Sveta.
• L'arcobaleno, i cui colori sono dovuti alla dispersione, è una delle immagini chiave della cultura e dell'arte.
• Grazie alla dispersione della luce è possibile osservare i “giochi di luce” colorati sulle faccette di un diamante e di altri oggetti o materiali sfaccettati trasparenti.
• In un modo o nell'altro, gli effetti arcobaleno si riscontrano abbastanza spesso quando la luce passa attraverso quasi tutti gli oggetti trasparenti. Nell'arte possono essere specificatamente intensificati ed enfatizzati.
• La scomposizione della luce in uno spettro (a causa della dispersione) quando rifratta in un prisma è un argomento abbastanza comune in belle arti. Ad esempio, la copertina dell'album Dark Side Of The Moon dei Pink Floyd raffigura la rifrazione della luce in un prisma con la scomposizione in uno spettro.

La scoperta della dispersione è stata molto significativa nella storia della scienza. Sulla lapide dello scienziato c'è un'iscrizione con le seguenti parole: “Qui giace Sir Isaac Newton, il nobile che... fu il primo con la fiaccola della matematica a spiegare i movimenti dei pianeti, i percorsi delle comete e le maree gli oceani.

Ha studiato la differenza dei raggi luminosi e le varie proprietà dei colori che si manifestano, cosa che nessuno aveva sospettato prima. …Si rallegrino i mortali che sia esistito un tale ornamento del genere umano.”

4. Consolidamento

• Rispondere a domande sull'argomento studiato.
• Categoria "Pensa..."
• Domanda: Perché l'arcobaleno è rotondo?
• Compilazione di “Sinquain” sul tema “Varianza”

5. Riassumendo la lezione

Alla fine della lezione, esegui nuovamente la diagnostica "Colorazione classe". Scopri quale era l'umore alla fine della lezione, sulla base del quale viene redatto un diagramma “Colorazione della classe” e viene confrontato il risultato, quale era l'umore degli studenti all'inizio della lezione e alla fine.

6. Compiti a casa:§66

Letteratura:

1. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Fisica: libro di testo per l'undicesimo grado della scuola superiore. – M.: Educazione, 2006.
2. Rymkevich A.P. Raccolta di problemi di fisica per le classi 9-11 delle scuole superiori. – M.: Educazione, 2006.
3. Lettore di fisica: Esercitazione per gli studenti delle classi 8-10 della scuola secondaria / Ed. BI. Spasskij. – M.: Educazione, 1987.
4. Rivista "La Fisica a Scuola" N. 1/1998

Il mondo che ci circonda è pieno di milioni di sfumature diverse. Grazie alle proprietà della luce, ogni oggetto e oggetto che ci circonda ha un certo colore percepito dalla visione umana. Lo studio delle onde luminose e delle loro caratteristiche ha permesso di approfondire la natura della luce e i fenomeni ad essa associati. Oggi parleremo di varianza.

Natura della luce

Da un punto di vista fisico, la luce è una combinazione di onde elettromagnetiche di diversa lunghezza e frequenza. L'occhio umano non percepisce alcuna luce, ma solo quella la cui lunghezza d'onda varia da 380 a 760 nm. Le restanti varietà rimangono invisibili per noi. Questi includono, ad esempio, infrarossi e radiazioni ultraviolette. Il famoso scienziato Isaac Newton immaginava la luce come un flusso diretto di particelle più piccole. Solo più tardi è stato dimostrato che si tratta di un'onda in natura. Tuttavia, Newton aveva ancora in parte ragione. Il fatto è che la luce non ha solo onde, ma anche corpuscoli...

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Decomposizione della luce in uno spettro dovuta alla dispersione quando passa attraverso un prisma (esperimento di Newton). Questo termine ha altri significati, vedi Varianza.

La dispersione della luce (decomposizione della luce) è un fenomeno causato dalla dipendenza dell'indice di rifrazione assoluto di una sostanza dalla frequenza (o lunghezza d'onda) della luce (dispersione di frequenza), o, la stessa cosa, dalla dipendenza della velocità di fase della luce in una sostanza sulla lunghezza d'onda (o frequenza). Fu scoperto sperimentalmente da Newton intorno al 1672, anche se teoricamente venne spiegato abbastanza bene molto più tardi.

Uno degli esempi più evidenti di dispersione è la decomposizione della luce bianca quando passa attraverso un prisma (esperimento di Newton). L'essenza del fenomeno della dispersione è la velocità disuguale di propagazione dei raggi luminosi con diverse lunghezze d'onda in una sostanza trasparente - un mezzo ottico (mentre nel vuoto la velocità della luce è sempre la stessa, indipendentemente dalla lunghezza d'onda e quindi dal colore). In genere, maggiore è la frequenza dell'onda, maggiore è l'indice di rifrazione...

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Gli esperimenti di Newton

Newton fece i primi esperimenti con la decomposizione dispersiva della luce. Diresse un normale raggio di luce solare su un prisma e ottenne ciò che molti oggi vedono ogni giorno: il prisma divide il raggio di luce in molti colori diversi, dal rosso al viola. Dopo una serie di altri esperimenti con lenti e prismi, Newton concluse che un prisma non modifica la luce solare, ma la scompone solo nei suoi componenti. Ma come avviene questo?

Il fatto è che la luce ha una certa velocità. Come ha dimostrato l'esperienza, un raggio di luce è composto da molti colori e la loro velocità è diversa. Cioè, ogni colore dello spettro ha la propria velocità di movimento e la propria lunghezza d'onda. Anche il grado di rifrazione dei raggi colorati si è rivelato diverso. Ricorda come appare...

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Capitolo 1. Onde luminose - Lezione 5. Dispersione della luce
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Lezione 5. DISPERSIONE DELLA LUCE

L'indice di rifrazione non dipende dall'angolo di incidenza del fascio luminoso, ma dipende dal suo colore. Questo è stato scoperto da Newton.

Miglioramento dei telescopi. Newton lo notò. che l'immagine prodotta dall'obiettivo sia colorata ai bordi. Se ne interessò e fu il primo a “investigare la varietà dei raggi luminosi e le risultanti caratteristiche dei colori, che nessuno prima aveva nemmeno sospettato” (parole dall'iscrizione su lapide Newton). Naturalmente la colorazione arcobaleno dell'immagine prodotta dall'obiettivo era stata osservata prima di lui. È stato anche osservato che i bordi dell'arcobaleno hanno oggetti visti attraverso un prisma. Un fascio di raggi luminosi che passa attraverso un prisma viene colorato lungo i bordi.

L'esperimento base di Newton era straordinariamente semplice. Newton immaginò di dirigere un raggio luminoso di piccola sezione trasversale verso un prisma. Un raggio di sole passò in una stanza buia...

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Palestra n. 26 DISPERSIONE DELLA LUCE Completato da: studente della classe 11 B Shelepov Dmitry Supervisore: Pylkova L.V. Tomsk-2011 Nel XVII secolo iniziò a svilupparsi l'idea della natura ondulatoria della luce. La prima scoperta che indica la natura ondulatoria della luce è stata fatta dallo scienziato italiano Francesco Grimaldi. Notò che se un oggetto viene posizionato nel percorso di un raggio di luce molto stretto, sullo schermo non appare un'ombra netta. I bordi dell'ombra sono sfocati e lungo l'ombra appaiono strisce di colore. Grimaldi chiamò diffrazione il fenomeno scoperto, ma non riuscì a spiegarlo correttamente. Capì che il fenomeno da lui osservato era in conflitto con la teoria corpuscolare della luce, ma non osò abbandonare completamente questa teoria. Spiegazione corretta fenomeno aperto associato alla teoria della visione dei colori, le cui basi furono gettate dal notevole scienziato inglese Isaac Newton. La dispersione della luce (decomposizione della luce) è il fenomeno della dipendenza dell'indice di rifrazione assoluto di una sostanza dalla lunghezza d'onda della luce...

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La dispersione della luce (decomposizione della luce) è il fenomeno della dipendenza dell'indice di rifrazione assoluto di una sostanza dalla lunghezza d'onda della luce (dispersione di frequenza), nonché dalla coordinata (dispersione spaziale), o, che è la stessa cosa, la dipendenza della velocità di fase della luce in una sostanza sulle lunghezze d'onda (o frequenze). Fu scoperto sperimentalmente da Newton intorno al 1672, anche se teoricamente venne spiegato abbastanza bene molto più tardi.

Uno degli esempi più evidenti di dispersione è la decomposizione della luce bianca quando passa attraverso un prisma (esperimento di Newton). L'essenza del fenomeno della dispersione è la velocità diseguale di propagazione dei raggi luminosi con diverse lunghezze d'onda in una sostanza trasparente - un mezzo ottico (mentre nel vuoto la velocità della luce è sempre la stessa, indipendentemente dalla lunghezza d'onda e quindi dal colore). Tipicamente, maggiore è la frequenza dell'onda, maggiore è l'indice di rifrazione del mezzo e minore è la velocità della luce al suo interno:

il colore rosso ha la massima velocità nel mezzo e il minimo grado di rifrazione,...

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Lezione di fisica "Dispersione della luce"

Sezioni: Fisica

Obiettivi della lezione:

Formativo: introdurre i concetti di spettro, dispersione della luce; Far conoscere agli studenti la storia della scoperta di questo fenomeno. dimostrare chiaramente il processo di decomposizione di un fascio di luce stretto in componenti di varie tonalità di colore. identificare le differenze tra questi elementi del fascio luminoso. continuare la formazione visione del mondo scientifica studenti. Sviluppo: sviluppo dell'attenzione, figurativo e pensiero logico, memoria quando si studia questo argomento. stimolare la motivazione cognitiva degli studenti. sviluppo del pensiero critico. Educativo: promuovere l'interesse per la materia; coltivare il senso della bellezza, la bellezza del mondo circostante.

Tipologia di lezione: lezione sullo studio e sul consolidamento iniziale di nuove conoscenze.

Metodi didattici: conversazione, racconto, spiegazione, esperimento. (Informazione e sviluppo)

Requisiti per...

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Ministero della Scienza e dell'Istruzione dell'Ucraina

Accademia ucraina di ingegneria e pedagogia

Relazione sull'argomento:

Dispersione della luce

Completato dallo studente gr. DRE-S5-1

Fesenko A.V.

Charkov 2006

Fenomeno di dispersione

Dispersione della luce. In una luminosa giornata di sole, chiudiamo la finestra della stanza con una tenda spessa, nella quale facciamo un piccolo foro. Attraverso questo foro uno stretto raggio di sole penetrerà nella stanza, formando un punto luminoso sulla parete opposta. Se metti nel percorso del raggio

prisma di vetro, quindi la macchia sul muro si trasformerà in una striscia multicolore, in cui saranno rappresentati tutti i colori dell'arco - dal viola al rosso (Fig. 1, f - viola, C - blu, G - blu , 3 - verde, F - giallo, O - arancione, K - rosso).

La dispersione della luce è la dipendenza dell'indice di rifrazione n di una sostanza dalla frequenza f (lunghezza d'onda) della luce o dalla dipendenza...

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Diapositiva 1
La parola “varianza” deriva da Parola latina dispersio, che letteralmente significa “dispersione, dispersione”. Dispersione della luce Il lavoro è stato realizzato da una studentessa della classe 11 “E” Adelshina Ilvira

Diapositiva 2
Storia della scoperta Definizione Esperimento di Newton Caratteristica del passaggio di un raggio di luce attraverso un prisma Proprietà principali Conseguenze Condizioni per la comparsa di un arcobaleno Domande Conclusioni Contenuto

Diapositiva 3
Quando passa attraverso un prisma, il flusso luminoso viene scomposto in uno spettro di colori, che Isaac Newton studiò in modo sufficientemente dettagliato ai suoi tempi. Il risultato delle sue ricerche fu la scoperta del fenomeno della dispersione nel 1672. I primi passi verso la scoperta della varianza

Diapositiva 4
Circa 300 anni fa Isaac Newton mancò i raggi del sole attraverso il prisma. Non per niente sulla sua lapide, eretta nel 1731 e decorata con figure di giovani che tengono in mano gli emblemi delle sue scoperte più importanti, una figura regge un prisma, e l'iscrizione sul monumento contiene le parole: “ Lui...

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Studiare la dispersione della luce in 11a elementare

Tishkova Svetlana Anatolyevna, insegnante di fisica

L'articolo appartiene alla sezione: Didattica della fisica

Questa lezione viene insegnata alla fine dello studio dell'argomento "proprietà ondulatorie della luce" nelle lezioni di fisica e matematica.

A. Gli studenti dovrebbero imparare:

Un raggio di luce bianca, quando attraversa una sostanza avente un angolo di rifrazione, viene scomposto in raggi di diversi colori. Questo fenomeno è chiamato dispersione della luce.

Quando cadono sull'interfaccia tra due mezzi, i raggi luminosi di diversi colori vengono rifratti in modo diverso: quelli rossi - meno e quelli viola - più.

Una caratteristica oggettiva del colore è la frequenza di un'onda elettromagnetica.

B. Gli studenti dovrebbero imparare:

Creare il concetto di “dispersione della luce”.

Riconoscere la dispersione della luce tra gli altri fenomeni.

Riprodurre la dispersione della luce in una situazione specifica.

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La dispersione della luce è considerata il risultato dell'interazione delle onde elettromagnetiche con le particelle cariche che fanno parte delle sostanze. Le particelle di materia eseguono oscillazioni forzate nel campo elettromagnetico alternato dell'onda.

La dispersione della luce è la dipendenza dell'indice di rifrazione assoluto di una sostanza n dalla frequenza...

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Osservazione del fenomeno della dispersione della luce in laboratorio
In fisica, la dispersione della luce è la dipendenza dell'indice di rifrazione di una sostanza dalla lunghezza d'onda della luce. Il fenomeno della dispersione della luce è chiaramente dimostrato dalla sua decomposizione sotto l'influenza di una sorta di prisma.

1.3. Primi esperimenti con i prismi. Idee sull'origine dei colori prima di Newton.
1.4. Esperimenti di Newton con i prismi. La teoria di Newton sull'origine dei colori
1.5. Scoperta una dispersione anomala della luce. Gli esperimenti di Kundt
Capitolo II. Dispersione in natura
2.1. Arcobaleno
Capitolo III. Configurazione sperimentale per osservare la miscelazione dei colori
3.1. Descrizione dell'installazione
3.2. Setup sperimentale
Conclusione
Letteratura
Introduzione.
Dispersione della luce. Ci imbattiamo sempre in questo fenomeno nella vita, ma non sempre lo notiamo. Ma se si fa attenzione, il fenomeno della dispersione ci circonda sempre. Uno di questi fenomeni è un normale arcobaleno. Probabilmente non esiste persona che non...

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MAOU" Scuola superiore N. 28 intitolato a G. F. Kirdishchev"

Distretto urbano di Petropavlovsk-Kamchatsky

Dispersione della luce e colore dei corpi

Appunti delle lezioni di fisica in 11a elementare

Lezione di apprendimento di nuovi materiali, consolidamento e controllo

Insegnante di fisica del MAOU “Scuola secondaria n. 28 intitolata a G. F. Kirdishchev” Yuryeva O. L.

Sergej Esenin

Non mi pento, non chiamo, non piango,
Tutto passerà come il fumo dei meli bianchi.
Appassito nell'oro,
Non sarò più giovane.

Ora non combatterai più così tanto,
Un cuore toccato da un brivido,
E il paese del chintz di betulla
Non ti tenterà di girovagare a piedi nudi.

Lo spirito errante! sei sempre meno spesso
Ravvivi la fiamma delle tue labbra
Oh, la mia freschezza perduta
Un tripudio di occhi e un fiume di sentimenti!

Ora sono divenuto più avaro nei desideri,
Vita mia, ti ho sognato?
Come se fossi un inizio di primavera in forte espansione
Cavalcava un cavallo rosa.

Tutti noi, tutti noi in questo mondo siamo deperibili,
Scorre tranquillo...

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Quali onde sono chiamate coerenti?

onde aventi la stessa frequenza

onde aventi la stessa ampiezza

onde aventi la stessa frequenza e differenza di fase costante

La polarizzazione della luce dimostra che la luce esiste
flusso di particelle neutre
Onda trasversale
onde longitudinali

Cos'è la diffrazione della luce?
decomposizione della luce bianca in uno spettro utilizzando un prisma di vetro
amplificazione o attenuazione della luce quando due onde coerenti si sovrappongono
leggera flessione attorno agli ostacoli

I colori dello spettro (rosso - k, arancione - o, blu - s, giallo - g, blu - g, verde - z, viola - f) in ordine decrescente di lunghezza d'onda sono indicati correttamente nella risposta:
1.f, s, g, z, g, o, k
k, o, g, h, g, s, f
f, g, h, s, g, o, k

La colorazione arcobaleno delle pellicole sottili di prodotti petroliferi nelle pozzanghere è causata dal fenomeno
diffrazione
varianze
interferenza

Lo schiarimento delle lenti si spiega con...

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Abstract: Argomento della lezione: “La luce è un flusso di particelle”
Insegnante Pylkova L.V., Palestra dell'istituto scolastico municipale n. 26

Argomento della lezione: "La luce è un flusso di particelle"

Tipo di lezione: dibattito modificato

L'organizzazione dei dibattiti "modificati" consente di aumentare o diminuire il numero dei giocatori nelle squadre; Sono accettabili domande da parte del pubblico, vengono organizzati gruppi di supporto che le squadre possono contattare durante la partita, un gruppo di esperti svolge funzioni di arbitraggio e sviluppa una soluzione di compromesso quando necessario per raggiungere gli obiettivi educativi. Le principali fasi dell'organizzazione processo educativo basate sull'uso delle tecniche di dibattito sono: orientamento (scelta dell'argomento); preparazione dell'evento; tenere dibattiti; discussione del gioco.

^Obiettivi della lezione:

Generalizzazione e sistematizzazione della conoscenza

) luce (dispersione della frequenza) o, lo stesso, la dipendenza della velocità di fase della luce in una sostanza dalla frequenza (o lunghezza d'onda). Scoperto sperimentalmente da Newton intorno al 1672, anche se teoricamente spiegato abbastanza bene molto più tardi.

La dispersione spaziale è la dipendenza del tensore della costante dielettrica di un mezzo dal vettore d'onda. Questa dipendenza provoca una serie di fenomeni chiamati effetti di polarizzazione spaziale.

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Dispersione e spettro della luce

Dispersione della luce e colore del corpo

Dispersione della luce. Colori del corpo

Sottotitoli

Proprietà e manifestazioni

Uno degli esempi più evidenti di dispersione è la decomposizione della luce bianca quando passa attraverso un prisma (esperimento di Newton). L'essenza del fenomeno della dispersione è la differenza nelle velocità di fase di propagazione dei raggi luminosi di diverse lunghezze d'onda in una sostanza trasparente - un mezzo ottico (mentre nel vuoto la velocità della luce è sempre la stessa, indipendentemente dalla lunghezza d'onda e quindi dal colore ). Tipicamente, minore è la lunghezza d'onda della luce, maggiore è l'indice di rifrazione del mezzo e minore è la velocità di fase dell'onda nel mezzo:

• la luce rossa ha una velocità di fase massima di propagazione nel mezzo e un grado minimo di rifrazione,
• Per la luce viola, la velocità di propagazione di fase nel mezzo è minima e il grado di rifrazione è massimo.

Tuttavia in alcune sostanze (ad esempio i vapori di iodio) si osserva un effetto di dispersione anomalo, in cui i raggi blu vengono rifratti meno di quelli rossi, mentre altri raggi vengono assorbiti dalla sostanza e sfuggono all'osservazione. Più strettamente parlando, la dispersione anomala è diffusa, ad esempio si osserva in quasi tutti i gas a frequenze vicine alle linee di assorbimento, ma nei vapori di iodio è abbastanza conveniente per l'osservazione nel campo ottico, dove assorbono la luce in modo molto forte.

La dispersione della luce ha permesso per la prima volta di dimostrare in modo abbastanza convincente la natura composita della luce bianca.

Augustin Cauchy ha proposto una formula empirica per approssimare la dipendenza dell'indice di rifrazione di un mezzo dalla lunghezza d'onda:

n = a + b / λ 2 + c / λ 4 (\displaystyle n=a+b/\lambda ^(2)+c/\lambda ^(4)),

Dove λ (\displaystyle \lambda)- lunghezza d'onda nel vuoto; UN, B, C- costanti, i cui valori per ciascun materiale devono essere determinati sperimentalmente. Nella maggior parte dei casi puoi limitarti ai primi due termini della formula di Cauchy. Successivamente furono proposte altre formule di approssimazione più accurate, ma allo stesso tempo più complesse.

3. Vibrazioni libere nel circuito LC. Oscillazioni libere smorzate. Equazione differenziale delle oscillazioni smorzate e sua soluzione.

4. Oscillazioni elettriche forzate. Equazione differenziale delle oscillazioni forzate e sua soluzione.

5. Risonanza di tensione e risonanza di corrente.

Fondamenti della teoria di Maxwell per il campo elettromagnetico.

6. Caratteristiche generali della teoria di Maxwell. Campo magnetico vorticoso. Corrente di polarizzazione.

7.Equazioni di Maxwell in forma integrale.

Onde elettromagnetiche

8. Produzione sperimentale di onde elettromagnetiche. Onda elettromagnetica piana. Equazione delle onde del campo elettromagnetico. Energia delle onde elettromagnetiche. Pressione delle onde elettromagnetiche.

Ottica geometrica

9. Leggi fondamentali dell'ottica geometrica. Grandezze fotometriche e loro unità.

10. Rifrazione della luce su superfici sferiche. Lenti sottili. La formula per una lente sottile e la costruzione di immagini di oggetti utilizzando una lente sottile.

11. Onde luminose

12.Interferenza della luce riflessa da lastre sottili. Strisce di uguale spessore e uguale pendenza.

13. Anelli di Newton. Applicazione del fenomeno dell'interferenza. Interferometri. Ottica illuminante.

14.Diffrazione della luce

15. Diffrazione della luce su uno schermo rotondo e un foro rotondo.

16.Diffrazione della luce tramite una fenditura. Reticolo di diffrazione.

17. 18. Interazione della luce con la materia. Dispersione e assorbimento della luce. Dispersione normale e anomala. Legge di Bouguer-Lambert.

19.Polarizzazione della luce. Luce naturale e polarizzata. Grado di polarizzazione. Legge di Malus.

20. Polarizzazione della luce durante la riflessione e la rifrazione. Legge di Brewster. Birifrangenza. Anisotropia dei cristalli.

21. Effetto Doppler per le onde luminose.

22. Radiazione termica. Proprietà della radiazione termica all'equilibrio. Corpo assolutamente nero. Distribuzione dell'energia nello spettro di un corpo completamente nero. Leggi di Kirchhoff, Stefan-Boltzmann, Vienna.

23. Elementi della teoria della relatività speciale Postulati della teoria della relatività speciale. Trasformazioni di Lorentz.

2. Durata degli eventi nei diversi sistemi di riferimento.

24. Leggi fondamentali della dinamica relativistica. La legge del rapporto tra massa ed energia.

17. 18. Interazione della luce con la materia. Dispersione e assorbimento della luce. Dispersione normale e anomala. Legge di Bouguer-Lambert.

Dispersione della luce chiamare il fenomeno della dipendenza dell'indice di rifrazione assoluto di una sostanza n dalla frequenza della luce ω (o lunghezza d'onda λ):

La conseguenza della dispersione della luce è la scomposizione in uno spettro di un raggio di luce bianca quando passa attraverso un prisma. Il primo studio sperimentale sulla dispersione della luce in un prisma di vetro fu condotto da I. Newton nel 1672.

Dispersione della luce chiamato normale se l'indice di rifrazione aumenta monotonicamente all'aumentare della frequenza (diminuisce all'aumentare della lunghezza d'onda); altrimenti si chiama varianza anormale, Fig. 1.

Grandezza

chiamato dispersione della materia e caratterizza il tasso di variazione dell'indice di rifrazione con una variazione della lunghezza d'onda.

La normale dispersione della luce si osserva lontano dalle bande o linee di assorbimento della luce da parte di una sostanza anomala - all'interno delle bande o linee di assorbimento.

Consideriamo la dispersione della luce in un prisma, Fig. 2.

Lascia che un raggio di luce monocromatico cada su un prisma trasparente con angolo di rifrazione θ e indice di rifrazione n con angolo α 1. Dopo una doppia deflessione (sulle facce sinistra e destra del prisma), il raggio risulta essere deviato dalla direzione originale di un angolo φ. Dalle trasformazioni geometriche ne consegue che

quelli. L'angolo di deflessione dei raggi da parte di un prisma è tanto maggiore quanto maggiore è l'angolo di rifrazione e l'indice di rifrazione della sostanza del prisma. Poiché n = f(λ), allora i raggi lunghezze diverse le onde dopo aver superato il prisma verranno deviate ad angoli diversi, ad es. un raggio di luce bianca incidente su un prisma, dietro il prisma, viene scomposto in uno spettro, osservato per la prima volta da Newton. Ciò significa che con l'aiuto di un prisma, così come con l'aiuto di un reticolo di diffrazione, scomponendo la luce in uno spettro, è possibile determinarne la composizione spettrale.

Va ricordato che i colori dei componenti nella diffrazione e negli spettri prismatici sono posizionati diversamente. Nello spettro di diffrazione, il seno dell'angolo di deflessione è proporzionale alla lunghezza d'onda, quindi i raggi rossi aventi lunghezza maggiore le onde vengono deviate più fortemente dal reticolo di diffrazione rispetto alle onde viola. In un prisma, per tutte le sostanze trasparenti a dispersione normale, l'indice di rifrazione n diminuisce con l'aumentare della lunghezza d'onda, quindi i raggi rossi vengono deviati dal prisma meno dei raggi viola.

Sull'apparenza dispersione normale basato sull'azione spettrometri a prisma, ampiamente utilizzato nell'analisi spettrale. Ciò è spiegato dal fatto che è molto più semplice realizzare un prisma che un reticolo di diffrazione. Gli spettrometri a prisma hanno anche un rapporto di apertura elevato.

Teoria elettronica della dispersione della luce. Dalla teoria elettromagnetica macroscopica di Maxwell ne consegue questo

ma nella regione ottica dello spettro per tutte le sostanze μ ≈ 1, quindi

n= ε. (1)

La formula (1) contraddice l'esperienza, perché la quantità n, essendo una variabile n = f(λ), è allo stesso tempo pari ad una certa costante ε (costante nella teoria di Maxwell). Inoltre i valori di n ottenuti da questa espressione non concordano con i dati sperimentali.

Per spiegare la dispersione della luce è stato proposto teoria elettronica di Lorentz, in cui la dispersione della luce è considerata come il risultato dell'interazione delle onde elettromagnetiche con particelle cariche che fanno parte della sostanza e compiono oscillazioni forzate nel campo elettromagnetico alternato dell'onda.

Facciamo conoscenza con questa teoria usando l'esempio di un dielettrico isotropo omogeneo, assumendo formalmente che la dispersione della luce sia una conseguenza della dipendenza di ε dalla frequenza ω delle onde luminose. La costante dielettrica della sostanza è

ε = 1 + χ = 1 + P/(ε 0 E),

dove χ è la suscettibilità dielettrica del mezzo, ε 0 è la costante elettrica, P è il valore istantaneo della polarizzazione (momento dipolare indotto per unità di volume del dielettrico nel campo ondulatorio di intensità E). Poi

n2 = 1 + P/(ε 0 E), (2)

quelli. dipende da R. Per luce visibile la frequenza ω~10 15 Hz è così alta che solo le vibrazioni forzate degli elettroni esterni (legati più debolmente) di atomi, molecole o ioni sotto l'influenza della componente elettrica del campo ondulatorio sono significative e non ci sarà alcuna polarizzazione orientativa di molecole a tale frequenza. Questi elettroni sono chiamati elettroni ottici.

Per semplicità, consideriamo le vibrazioni di un elettrone ottico in una molecola. Il momento di dipolo indotto di un elettrone che esegue oscillazioni forzate è uguale a p = ex, dove e è la carica dell'elettrone, x è lo spostamento dell'elettrone dalla posizione di equilibrio sotto l'influenza del campo elettrico dell'onda luminosa. Sia quindi n 0 la concentrazione di atomi nel dielettrico

P = p n 0 = n 0 e x. (3)

Sostituendo (3) in (2) otteniamo

n2 = 1 + n0 e x /(ε 0 E), (4)

quelli. il problema si riduce a determinare lo spostamento x dell'elettrone sotto l'influenza di un elemento esterno campo elettrico E = E0 cosωt.

Equazione delle oscillazioni forzate di un elettrone per il caso più semplice

d 2 x/dt 2 +ω 0 2 x = (F 0 /m)cos ωt = (e/ m) E 0 cos ωt, (5)

dove F 0 = еE 0 è il valore dell'ampiezza della forza che agisce sull'elettrone dal campo ondulatorio, ω 0 = √k/m è la frequenza naturale delle oscillazioni dell'elettrone, m è la massa dell'elettrone. Avendo risolto l'equazione (5), troviamo ε = n 2 che dipende dalle costanti atomiche (e, m, ω 0) e dalla frequenza del campo esterno ω, cioè Risolviamo il problema della dispersione.

La soluzione alla (5) è

Х = А cos ωt, (6)

A = eE 0 /m(ω 0 2 – ω 2). (7)

Sostituisci (6) e (7) in (4) e ottieni

n 2 = 1 + n 0 e 2 /ε 0 m(ω 0 2 – ω 2). (8)

Dalla (8) è chiaro che l'indice di rifrazione di una sostanza dipende dalla frequenza ω del campo esterno, e che nell'intervallo di frequenze da ω = 0 a ω = ω 0 il valore di n 2 è maggiore di 1 e aumenta con frequenza crescente ω ( varianza normale). Per ω = ω 0 il valore n 2 = ± ∞; nell'intervallo di frequenze da ω = ω 0 a ω = ∞, il valore di n 2 è inferiore a 1 e aumenta da - ∞ a 1 (dispersione normale). Passando da n 2 a n, otteniamo un grafico di n = n(ω), Fig. 1. Zona AB – zona dispersione anomala. Studio della dispersione anomala – D.S. Natale.

Assorbimento della luce– si chiama diminuzione dell’energia di un’onda luminosa durante la sua propagazione nella materia dovuta alla conversione dell’energia dell’onda in altri tipi di energia.

Dal punto di vista della teoria elettronica, l'interazione tra luce e materia si riduce all'interazione del campo elettromagnetico di un'onda luminosa con atomi e molecole di materia. Gli elettroni che compongono gli atomi possono vibrare sotto l'influenza del campo elettrico alternato di un'onda luminosa. Parte dell'energia dell'onda luminosa viene spesa in eccitanti oscillazioni di elettroni. Parte dell'energia delle oscillazioni degli elettroni si trasforma nuovamente nell'energia della radiazione luminosa e si trasforma anche in altre forme di energia, ad esempio nell'energia della radiazione termica.

L'assorbimento della radiazione luminosa può essere descritto in termini generali dal punto di vista energetico, senza entrare nei dettagli del meccanismo di interazione delle onde luminose con atomi e molecole della sostanza assorbente.

È stata data una descrizione formale dell'assorbimento della luce da parte della materia Caccola, che stabilì una relazione tra l'intensità della luce che passa attraverso uno strato finale di sostanza assorbente e l'intensità della luce incidente su di esso

IO lλ =Io 0λ e -K l (1)

dove I 0 λ è l'intensità della radiazione luminosa con lunghezza d'onda λ incidente sullo strato assorbente; IO lλ- intensità della radiazione luminosa che passa attraverso uno strato assorbente di sostanza spessa l; K λ – coefficiente di assorbimento dipendente da λ, cioè Kλ = f(λ).

Se l'assorbitore è una sostanza in soluzione, l'assorbimento della luce è tanto maggiore quanto più molecole della sostanza disciolta la luce incontra nel suo percorso. Pertanto il coefficiente di assorbimento dipende dalla concentrazione C. Nel caso di soluzioni deboli, quando l'interazione delle molecole del soluto può essere trascurata, il coefficiente di assorbimento è proporzionale a C:

Kλ = cλ С (2)

dove c λ è il coefficiente di proporzionalità, che dipende anche da λ. Tenendo conto della (2), la legge di Bouguer (1) può essere riscritta come:

io λ = io 0λ e - c C l (3)

c λ è l'indicatore dell'assorbimento della luce per unità di concentrazione della sostanza. Se la concentrazione di un soluto è espressa in [mol/litro], allora viene chiamato c λ coefficiente di assorbimento molare.

La relazione (3) è detta legge di Bouguer-Lambert-Beer. Rapporto tra l'entità del flusso luminoso emergente dallo strato I lλ, all'immissione I viene chiamato 0λ coefficiente di trasmittanza ottica (o luminosa) dello strato T:

T = io lλ/I0λ = e - cC l (4)

o in percentuale

T = io lλ/I0λ 100%. (5)

L'assorbimento dello strato è uguale al rapporto

l
si chiama l'ogaritmo del valore 1/T densità ottica dello strato D

D = log 1/T = log I 0 λ /I lλ = 0,43cλ C l (6)

quelli. La densità ottica caratterizza l'assorbimento della luce da parte di un mezzo. La relazione (6) può essere utilizzata sia per determinare la concentrazione di soluzioni che per caratterizzare gli spettri di assorbimento delle sostanze.

La dipendenza della densità ottica dalla lunghezza d'onda D = f(λ) è una caratteristica spettrale dell'assorbimento di una data sostanza, e la curva che esprime questa dipendenza è chiamata spettro di assorbimento. Gli spettri di assorbimento, come gli spettri di emissione, possono essere allineati, rigati e continui, Fig. 3. Secondo il modello atomico di Bohr, i quanti di luce vengono emessi e assorbiti durante la transizione di un sistema (atomo) da uno stato energetico a un altro. Se in questo caso nelle transizioni ottiche cambia solo l'energia elettronica del sistema, come nel caso degli atomi, la linea di assorbimento nello spettro sarà netta.

Fig. 3.a) spettro di assorbimento lineare, b) spettro di assorbimento a strisce, c) spettro di assorbimento continuo.

Tuttavia, per le molecole complesse, la cui energia è composta dall'energia elettronica E el, dall'energia vibrazionale E coll e dall'energia rotazionale E vr (E = E el + E coll + E vr), quando la luce viene assorbita, non cambia solo l'energia elettronica, ma anche l'energia vibrazionale e rotazionale. Inoltre, poiché ∆E el >>∆E conta >>∆E vr, di conseguenza l'insieme di linee corrispondenti alla transizione elettronica nello spettro di assorbimento delle soluzioni appare come una banda di assorbimento.

Il coefficiente di assorbimento dei dielettrici è piccolo (circa 10 -3 – 10 -5 cm -1), per essi si osservano ampie bande di assorbimento, ad es. i dielettrici hanno uno spettro di assorbimento continuo. Ciò è dovuto al fatto che nei dielettrici non sono presenti elettroni liberi e l'assorbimento della luce è dovuto al fenomeno della risonanza vibrazioni forzate elettroni negli atomi e atomi nelle molecole dielettriche.

Il coefficiente di assorbimento per i metalli ha valori elevati (circa 10 3 - 10 5 cm -1) e quindi i metalli sono opachi alla luce. Nei metalli, a causa della presenza di elettroni liberi che si muovono sotto l'influenza del campo elettrico di un'onda luminosa, si formano correnti rapidamente alternate, accompagnate dal rilascio di calore Joule. Pertanto, l'energia dell'onda luminosa diminuisce rapidamente, trasformandosi nell'energia interna del metallo. Maggiore è la conduttività di un metallo, maggiore è la luce che assorbe. Nella fig. La Figura 1 mostra una tipica dipendenza del coefficiente di assorbimento della luce dalla frequenza nella regione della banda di assorbimento. Si nota che all'interno della banda di assorbimento si osserva una dispersione anomala. Tuttavia, l'assorbimento della luce da parte di una sostanza deve essere significativo per influenzare l'andamento dell'indice di rifrazione.

La dipendenza del coefficiente di assorbimento dalla lunghezza d'onda (frequenza) spiega il colore dei corpi assorbenti. Ad esempio, il vetro che assorbe debolmente i raggi rossi e arancioni e assorbe fortemente i raggi verdi e blu apparirà rosso se illuminato con luce bianca. Se la luce verde e blu viene diretta su tale vetro, il vetro apparirà nero a causa del forte assorbimento di queste lunghezze d'onda. Questo fenomeno viene utilizzato nella produzione filtri luminosi, che a seconda della sostanza chimica Le composizioni di vetro trasmettono la luce solo a determinate lunghezze d'onda, assorbendone altre.