Дисперсионный свет. Дисперсия света: история открытия и описание явления. Примеры решения задач

Дисперсионный свет. Дисперсия света: история открытия и описание явления. Примеры решения задач

Дисперсия света

Разложение света в спектр вследствие дисперсии при прохождении через призму (опыт Ньютона).

Диспе́рсия све́та (разложение света) - это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года , хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

  • Пространственной дисперсией называется зависимость тензора диэлектрической проницаемости среды от волнового вектора . Такая зависимость вызывает ряд явлений, называемых эффектами пространственной поляризации.

Один из самых наглядных примеров дисперсии - разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе - оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней:

  • у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления,
  • у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.

Однако в некоторых веществах (например в парах йода) наблюдается эффект аномальной дисперсии , при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают. Говоря строже, аномальная дисперсия широко распространена, например, она наблюдается практически у всех газов на частотах вблизи линий поглощения, однако у паров йода она достаточно удобна для наблюдения в оптическом диапазоне, где они очень сильно поглощают свет.

Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света.

  • Белый свет разлагается на спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр - равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному.

По аналогии с дисперсией света, также дисперсией называются и сходные явления зависимости распространения волн любой другой природы от длины волны (или частоты). По этой причине, например, термин закон дисперсии , применяемый как название количественного соотношения, связывающего частоту и волновое число , применяется не только к электромагнитной волне , но к любому волновому процессу.

Дисперсией объясняется факт появления радуги после дождя (точнее тот факт, что радуга разноцветная, а не белая).

Дисперсия является причиной хроматических аберраций - одних из аберраций оптических систем , в том числе фотографических и видео-объективов .

Коши пришел к формуле, выражающей зависимость показателя преломления среды от длины волны:

…,

Дисперсия света в природе и искусстве

Из-за дисперсии можно наблюдать разные цвета.

  • Радуга , чьи цвета обусловлены дисперсией, - один из ключевых образов культуры и искусства.
  • Благодаря дисперсии света, можно наблюдать цветную «игру света» на гранях бриллианта и других прозрачных гранёных предметах или материалах.
  • В той или иной степени радужные эффекты обнаруживаются достаточно часто при прохождении света через почти любые прозрачные предметы. В искусстве они могут специально усиливаться, подчеркиваться.
  • Разложение света в спектр (вследствие дисперсии) при преломлении в призме - довольно распространенная тема в изобразительном искусстве. Например, на обложке альбома Dark Side Of The Moon группы Pink Floyd изображено преломление света в призме с разложением в спектр.

См. также

Литература

  • Яштолд-Говорко В. А. Фотосъёмка и обработка. Съёмка, формулы, термины, рецепты. - Изд. 4-е, сокр. - М .: Искусство, 1977.

Ссылки


Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Дисперсия света" в других словарях:

    Зависимость преломления показателя n в ва от частоты n (длины волны l) света или зависимость фазовой скорости световых волн от их частоты. Следствие Д. с. разложение в спектр пучка белого света при прохождении его сквозь призму (см. СПЕКТРЫ… … Физическая энциклопедия

    дисперсия света - Явления, обусловленные зависимостью скорости распространения света от частоты световых колебаний. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 79. Физическая оптика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1970 г.] Тематики… … Справочник технического переводчика

    дисперсия света - šviesos skaida statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. dispersion of light vok. Lichtdispersion, f; Zerteilung des Lichtes, f rus. дисперсия света, f pranc. dispersion de la lumière, f … Radioelektronikos terminų žodynas

    дисперсия света - šviesos dispersija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. dispersion of light vok. Lichtdispersion, f; Zerlegung des Lichtes, f rus. дисперсия света, f pranc. dispersion de la lumière, f … Fizikos terminų žodynas

    Зависимость показателя преломления n вещества от частоты ν (длины волны λ) света или зависимость фазовой скорости (См. Фазовая скорость) световых волн от частоты. Следствие Д. с. разложение в спектр пучка белого света при прохождении… … Большая советская энциклопедия

    Зависимость показателя преломления п в ва от частоты света v. В обл. частот света, для к рых в во прозрачно, п возрастает с увеличением v нормальная Д. с. В обл. частот, соответствующих полосам интенсивного поглощения света в вом, п убывает с… … Большой энциклопедический политехнический словарь

    Зависимость абсолютного показателя преломления вещества от длины волны света … Астрономический словарь

    Для улучшения этой статьи желательно?: Добавить иллюстрации. Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Проставить шаблон карточку, который существ … Википедия

    Зависимость фазовой скорости гармонических волн в среде от частоты их колебаний. дисперсия волн наблюдается для волн любой природы. Наличие дисперсии волн приводит к искажению формы сигнала (напр., звукового импульса) при распространении в среде … Большой Энциклопедический словарь

) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимостью фазовой скорости света в веществе от частоты (или длины волны). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года , хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

Пространственной дисперсией называется зависимость тензора диэлектрической проницаемости среды от волнового вектора . Такая зависимость вызывает ряд явлений, называемых эффектами пространственной поляризации.

Энциклопедичный YouTube

    1 / 3

    ✪ Дисперсия и спектр света

    ✪ Дисперсия света и Цвет тел

    ✪ Дисперсия света. Цвета тел.

    Субтитры

Свойства и проявления

Один из самых наглядных примеров дисперсии - разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является различие фазовых скоростей распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе - оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно, чем меньше длина световой волны, тем больше показатель преломления среды для неё и тем меньше фазовая скорость волны в среде:

  • у света красного цвета фазовая скорость распространения в среде максимальна, а степень преломления - минимальна,
  • у света фиолетового цвета фазовая скорость распространения в среде минимальна, а степень преломления - максимальна.

Однако в некоторых веществах (например в парах иода) наблюдается эффект аномальной дисперсии , при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают. Говоря строже, аномальная дисперсия широко распространена, например, она наблюдается практически у всех газов на частотах вблизи линий поглощения, однако у паров иода она достаточно удобна для наблюдения в оптическом диапазоне, где они очень сильно поглощают свет.

Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света.

Огюстен Коши предложил эмпирическую формулу для аппроксимации зависимости показателя преломления среды от длины волны:

n = a + b / λ 2 + c / λ 4 {\displaystyle n=a+b/\lambda ^{2}+c/\lambda ^{4}} ,

где λ {\displaystyle \lambda } - длина волны в вакууме; a , b , c - постоянные, значения которых для каждого материала должны быть определены в опыте. В большинстве случаев можно ограничиться двумя первыми членами формулы Коши. Впоследствии были предложены другие более точные, но и одновременно более сложные, формулы аппроксимации.

В 1665–1667 гг. в Англии свирепствовала эпидемия чумы, и молодой Исаак Ньютон решил укрыться от нее в своем родном Вулсторпе. Перед отъездом в деревню он приобрел стеклянные призмы, чтобы «произвести опыты со знаменитыми явлениями цветов».

Разложение белого света с помощью призмы.

Синтез белого света с помощью призмы.

Уже в I в. н. э.было известно, что при прохождении через прозрачный монокристалл с формой шестиугольной призмы солнечный свет разлагается в цветную полоску - спектр. Еще раньше, в IV в. до н. э., древнегреческий ученый Аристотель выдвинул свою теорию цветов. Он полагал, что основным является солнечный (белый) свет, а все остальные цвета получаются из него добавлением к нему различного количества темного цвета. Таким образом, по этой теории выходило, что цвета радуги сложные, а солнечный свет простой. Несмотря на создание стеклянных призм и опыты по разложению солнечного света, проводимые с их помощью различными естествоиспытателями, в науке вплоть до XVII в. продолжало господствовать учение Аристотеля о цвете.

Исследуя природу цветов, Ньютон придумал и выполнил целый комплекс различных оптических экспериментов. Замечательно, что некоторые из них пережили столетия, и их методика без существенных изменений используется в физических лабораториях до сих пор. Рассмотрим некоторые из них.

Первый опыт был традиционным. Проделав небольшое отверстие в ставне окна затемненной комнаты, Ньютон поставил на пути пучка лучей, проходивших через это отверстие, стеклянную призму. На противоположной стене он получил изображение в виде полоски чередующихся цветов. Полученный таким образом спектр солнечного света Ньютон разделил на семь цветов радуги - красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Установление именно семи основных цветов спектра в известной степени произвольно: Ньютон стремился провести аналогию между спектром солнечного света и музыкальным звукорядом. Если же рассматривать спектр без подобного предубеждения, то полоса спектра, скорее, распадается на три главные части - красную, желто‑зеленую и сине‑фиолетовую. Остальные цвета занимают сравнительно узкие области между этими основными. Вообще же человеческий глаз может различить в спектре солнечного света до 160 различных цветовых оттенков.

В последующих опытах Ньютону удалось соединить цветные лучи в белый свет. Для этого он пропустил лучи солнечного света сквозь призму (см. рис.), а затем вышедшие из нее цветовые лучи собрал с помощью собирающей линзы. Оказалось, что в месте соединения цветовых лучей, действительно, луч стал белого цвета. По прохождению этой точки цветовые лучи снова расходятся и располагаются в порядке, обратном обычному спектру.

В результате своих исследований Ньютон, в противоположность Аристотелю, пришел к убеждению, что при смешении «белизны и черноты никакого цвета не возникает…» Все цвета спектра содержатся в самом солнечном свете, а стеклянная призма лишь разделяет их, так как различные цвета по‑разному преломляются стеклом. Таким образом, Ньютон внёс поправку к известному ранее закону преломления света: показатели преломления на самом деле постоянны для двух заданных сред при любых углах падения, но они меняются при изменении цвета падающего луча. Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, слабее всего - красные. Впоследствии ученые установили тот факт, что, рассматривая свет как волну, каждому цвету следует сопоставлять свою длину волны. Очень важно, что эти длины волн меняются непрерывным образом, соответствуя различным оттенкам каждого цвета.

Изменение показателя преломления среды в зависимости от длины распространяющейся в ней волны и называется дисперсией (от латинского глагола «рассеивать»). Для обычного стекла показатель преломления близок к 1,5 для всех длин волн видимого света. При этом его дисперсия такова, что при переходе от красного (λ ≃ 0,65 мкм) к фиолетовому (λ ≃ 0,44 мкм) цвету коэффициент преломления увеличивается от 1,514 до 1,534, т. е, всего на 1,3%.

Тем не менее этот один процент позволил ученым с помощью специальных приборов - спектрографов - получать важнейшую информацию о составе и свойствах различных веществ, изучая их спектры излучения и поглощения.

Опыты Ньютона и других ученых показывали, что с увеличением длины волны света показатель преломления исследуемых веществ монотонно уменьшается. Однако в 1860 г., измеряя показатель преломления паров иода, французский физик Леру обнаружил, что красные лучи преломляются этим веществом сильнее, чем синие. Это явление он назвал аномальной дисперсией света; в дальнейшем оно было обнаружено и во многих других веществах. В современной физике как нормальная, так и аномальная дисперсия света объясняются единым образом. Отличие этих двух явлений друг от друга заключается в том, что нормальная дисперсия происходит с лучами света, длина волны которых далека от области поглощения излучения данным веществом, а аномальная дисперсия наблюдается именно в области поглощения.

1вин – это одна из популярных букмекерских контор, которая предлагает большой выбор ставок на спорт в режиме онлайн. На официальном сайте букмекера можно найти порядка 20 разделов различных видов спорта.

Перейти на зеркало

  • Что такое зеркало 1win

На данный момент игроки совершают ставки, используя зеркала «1вин». Зеркало – это своего рода дубликат основного сайта, который имеет тот же интерфейс и функции за исключением доменного имени.

Имя домена подбирается, как правило, схожим с адресом основного сайта. Зеркало позволяет букмекеру снижать нагрузку на свой основной сервер путем распределения игроков, что помогает обеспечивать стабильный и непрерывный игровой процесс.

К тому же, в случае блокировки основного сайта «1вин» провайдером или контролирующими органами, клиенты могут обратиться к зеркальному сайту и спокойно продолжить заключать выгодные пари. Бывают случаи, что и основной сайт и зеркала перестают работать, но букмекер быстро решает эту проблему, создавая еще 1-3 новых страницы. Таким образом, зеркало – это полностью аналогичный основному сайт, который создается для решения сразу нескольких задач.

  • Почему блокировали зеркало 1win

Согласно новому Федеральному Закону Российской Федерации, тотализатор относится к запрещенным видам деятельности, поэтому все букмекерские компании должны иметь лицензию на осуществление соответствующей деятельности. Если таковой лицензии у букмекера нет, то Роскомнадзор выдает постановление о блокировке сайтов.

Причина, по которой «1вин» не спешит приобретать лицензию РФ – это введение законодательством обязательного налога на доходы в виде 13% от всей прибыли, при чем, налог обязан уплачивать не только сам букмекер, но и его клиенты.

Разумеется, такие меры могут спровоцировать отток клиентов, ведь никто не хочет делиться своим честно заработанным выигрышем, по этой причине конторы и прибегают к созданию зеркальных сайтов. Но отсутствие лицензии РФ не означает, что букмекерская контора не имеет права осуществлять свою деятельность, у «1вин» есть зарубежная лицензия, которая обеспечивает безопасность для клиентов.

Для того чтобы зарегистрироваться на одном из зеркал, необходимо, в первую очередь найти в сети Интернет одно из актуальных на текущий момент времени зеркал. Регистрация доступна только для совершеннолетних лиц. Регистрация состоит из следующих этапов:

  • необходимо найти и нажать в правом верхнем углу поле «Регистрация»
  • выбрать подходящий вам способ регистрации (в 1 клик, используя социальные сети, используя электронную почту)

Для того чтобы зарегистрироваться в 1 клик достаточно выбрать страну проживания и подтвердить ознакомление со всеми условиями. Для регистрации в социальных сетях необходимо выбрать подходящую сеть (Вконтакте, Одноклассники, Google) и подтвердить ознакомление с соглашением. Для регистрации с использованием адреса электронной почты необходимо указать следующие данные:

  • дата рождения
  • страна
  • номер мобильного телефона
  • адрес электронной почты
  • пароль
  • повторить пароль
  • подтвердить ознакомление с необходимыми условиями

После основной регистрации нужно пройти процедуру идентификации, после чего можно будет приступать к пополнению игрового счета.

Каждый охотник желает знать, где сидит фазан. Как мы помним, эта фраза означает последовательность цветов спектра: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Кто показал, что белый цвет это совокупность всех цветов, какое отношение имеет к этому радуга, красивые закаты и восходы солнца, блеск драгоценных камней? На все эти вопросы отвечает наш урок, тема которого: «Дисперсия света».

До второй половины XVII века не было полной ясности, что же такое цвет. Некоторые ученые говорили, что это свойство самого тела, некоторые заявляли, что это различные сочетания светлого и темного, тем самым путая понятия цвета и освещенности. Такой цветовой хаос царил до того времени, пока Исаак Ньютон не провел опыт по пропусканию света сквозь призму (рис. 1).

Рис. 1. Ход лучей в призме ()

Вспомним, что луч, проходящий через призму, терпит преломление при переходе из воздуха в стекло и потом еще одно преломление - из стекла в воздух. Траектория луча описывается законом преломления, а степень отклонения характеризуется показателем преломления. Формулы, описывающие эти явления:

Рис. 2. Опыт Ньютона ()

В темной комнате сквозь ставни проникает узкий пучок солнечного света, на его пути Ньютон разместил стеклянную трехгранную призму. Пучок света, проходя через призму, преломлялся в ней, и на экране, стоявшем за призмой, появлялась разноцветная полоса, которую Ньютон назвал спектром (от латинского «spectrum» - «видение»). Белый цвет превратился сразу во все цвета (рис. 2). Какие же выводы сделал Ньютон?

1. Свет имеет сложную структуру (говоря современным языком - белый свет содержит электромагнитные волны разных частот).

2. Свет различного цвета отличается степенью преломляемости (характеризуется разными показателями преломления в данной среде).

3. Скорость света зависит от среды.

Эти выводы Ньютон изложил в своем знаменитом трактате «Оптика». Какова же причина такого разложения света в спектр?

Как показывал опыт Ньютона, слабее всего преломлялся красный цвет, а сильнее всего - фиолетовый. Вспомним, что степень преломления световых лучей характеризует показатель преломления n. Красный цвет от фиолетового отличается частотой, у красного частота меньше, чем у фиолетового. Раз показатель преломления становится все больше при переходе от красного конца спектра к фиолетовому, можно сделать вывод: показатель преломления стекла увеличивается с возрастанием частоты света. В этом и состоит суть явления дисперсии.

Вспомним, как показатель преломления связан со скоростью света:

n ~ ν; V ~ => ν =

n - показатель преломления

С - скорость света в вакууме

V - скорость света в среде

ν - частота света

Значит, чем больше частота света, тем с меньшей скоростью свет распространяется в стекле, таким образом, наибольшую скорость внутри стеклянной призмы имеет красный цвет, а наименьшую скорость - фиолетовый.

Различие скоростей света для разных цветов осуществляется только при наличии среды, естественно, в вакууме любой луч света любого цвета распространяется с одной и той же скоростью м/с. Таким образом мы выяснили, что причиной разложения белого цвета в спектр является явление дисперсии.

Дисперсия - зависимость скорости распространения света в среде от его частоты.

Открытое и исследованное Ньютоном явление дисперсии ждало своего объяснения более 200 лет, лишь в XIX веке голландским ученым Лоренсом была предложена классическая теория дисперсии.

Причина этого явления - во взаимодействии внешнего электромагнитного излучения, то есть света со средой: чем больше частота этого излучения, тем сильнее взаимодействие, а значит, тем сильнее будет отклоняться луч.

Дисперсия, о которой мы говорили, называется нормальной, то есть показатель частоты растет, если частота электромагнитного излучения растет.

В некоторых редко встречающихся средах возможна аномальная дисперсия, то есть показатель преломления среды растет, если частота падает.

Мы увидели, что каждому цвету соответствует определенная длина волны и частота. Волна, соответствующая одному и тому же цвету, в разных средах имеет одну и ту же частоту, но разные длины волн. Чаще всего, говоря о длине волны, соответствующей определенному цвету, имеют в виду длину волны в вакууме или воздухе. Свет, соответствующий каждому цвету, является монохроматическим. «Моно» - один, «хромос» - цвет.

Рис. 3. Расположение цветов в спектре по длинам волн в воздухе ()

Самый длинноволновый - это красный цвет (длина волны - от 620 до 760 нм), самый коротковолновый - фиолетовый (от 380 до 450 нм) и соответствующие частоты (рис. 3). Как видите, белого цвета в таблице нет, белый цвет - это совокупность всех цветов, этому цвету не соответствует какая-то строго определенная длина волны.

Чем же объясняются цвета тел, которые нас окружают? Объясняются они способностью тела отражать, то есть рассеивать падающее на него излучение. Например, на какое-то тело падает белый цвет, который является совокупностью всех цветов, но это тело лучше всего отражает красный цвет, а остальные цвета поглощает, то оно нам будет казаться именно красного цвета. Тело, которое лучше всего отражает синий цвет, будет казаться синего цвета и так далее. Если же тело отражает все цвета, оно в итоге будет казаться белым.

Именно дисперсией света, то есть зависимостью показателя преломления от частоты волны, объясняется прекрасное явление природы - радуга (рис. 4).

Рис. 4. Явление радуги ()

Радуга возникает из-за того, что солнечный свет преломляется и отражается капельками воды, дождя или тумана, парящими в атмосфере. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате белый цвет разлагается в спектр, то есть происходит дисперсия, наблюдатель, который стоит спиной к источнику света, видит разноцветное свечение, которое исходит из пространства по концентрическим дугам.

Также дисперсией объясняется и замечательная игра цвета на гранях драгоценных камней.

1. Явление дисперсии - это разложение света в спектр, обусловленное зависимостью показателя преломления от частоты электромагнитного излучения, то есть частоты света. 2. Цвет тела определяется способностью тела отражать или рассеивать ту или иную частоту электромагнитного излучения.

Список литературы

  1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) - М.: Мнемозина, 2012.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. - М.: Мнемозина, 2014.
  3. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика - 9, Москва, Просвещение, 1990.

Домашнее задание

  1. Какие выводы сделал Ньютон после опыта с призмой?
  2. Дать определение дисперсии.
  3. Чем определяется цвет тела?
  1. Интернет-портал B -i-o-n.ru ().
  2. Интернет-портал Sfiz.ru ().
  3. Интернет-портал Femto.com.ua ().

Самое обсуждаемое
История создания, развитие и деятельность нато в современный период История создания, развитие и деятельность нато в современный период
Дисперсия света: история открытия и описание явления Дисперсия света: история открытия и описание явления
Карл саган - мир, полный демонов Карл саган - мир, полный демонов


top