Дисперсия света    

      Одним из результатов взаимодействия света с веществом является его дисперсия.

      Дисперсией света называется зависимость показателя преломления n вещества от частоты ν (длины волн λ) света или зависимость фазовой скорости  световых волн  от их частоты.

      Дисперсия света представляется в виде зависимости:

 или .

      Следствием дисперсии является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через призму (рис. 10.1). Первые экспериментальные наблюдения дисперсии света проводил в 1672 г. И. Ньютон. Он объяснил это явление различием масс корпускул.

      Рассмотрим дисперсию света в призме. Пусть монохроматический пучок света падает на призму с преломляющим углом А и показателем преломления n (рис. 10.2) под углом .

          
Рис. 10.1Рис. 10.2

      После двукратного преломления  (на левой и правой гранях призмы) луч оказывается преломлен от первоначального направления на угол φ. Из рис. следует, что

.

      Предположим, что углы А и  малы, тогда углы , ,  будут также малы и вместо синусов этих углов можно воспользоваться их значениями. Поэтому , , а т.к. , то  или .

      Отсюда следует, что

  , (10.1.1)  

      т.е. угол отклонения лучей призмой тем больше, чем больше преломляющий угол призмы.

      Из выражения (10.1.1) вытекает, что угол отклонения лучей призмой зависит от показателя преломления n, а n – функция длины волны, поэтому лучи разных длин волн после прохождения призмы отклоняются на разные углы. Пучок белого света за призмой разлагается в спектр, который называется дисперсионным или призматическим, что и наблюдал Ньютон. Таким образом, с помощью призмы, так же как с помощью дифракционной решетки, разлагая свет в спектр, можно определить его спектральный состав.

      Рассмотрим различия в дифракционном и призматическом спектрах.

       ·     Дифракционная решетка разлагает свет непосредственно по длинам волн, поэтому по измеренным углам (по направлениям соответствующих максимумов) можно вычислить длину волны (частоты). Разложение света в спектр в призме происходит по значениям показателя преломления, поэтому для определения частоты или длины волны света надо знать зависимость  или .

       ·      Составные цвета в дифракционном и призматическом спектрах располагаются различно. Мы знаем, что синус угла в дифракционной решетке пропорционален длине волны . Следовательно, красные лучи, имеющие большую длину волны, чем фиолетовые, отклоняются дифракционной решеткой сильнее. Призма же разлагает лучи света в спектре по значениям показателя преломления, который для всех прозрачных веществ с увеличением длины волны (т.е. с уменьшением частоты) уменьшается (рис. 10.3).

Рис. 10.3

      Поэтому, красные лучи отклоняются призмой слабее, в отличие от дифракционной решетки.

      Величина    (или  ), называемая дисперсией вещества, показывает, как быстро меняется показатель преломления с длиной волны.

      Из рис. 10.3 следует, что показатель преломления для прозрачных веществ с увеличением длины волны увеличивается, следовательно величина по модулю также увеличивается с уменьшением λ.Такая дисперсия называется нормальной. Вблизи линий и полос поглощения, ход кривой дисперсии  будет иным, а именно n уменьшается с уменьшением λ. Такой ход зависимости n от λ называется аномальной дисперсией. Рассмотрим подробнее эти виды дисперсии.