Чим відрізняється дифракційний спектр від дисперсійного

Більшість фактичних відомостей про оточуючі нас явища і природу отримані людиною за допомогою сприйняття за коштами органів зорового сприйняття, які створені світлом. Явища світла, які вивчаються у фізиці, розглядаються в розділі Оптика.

За своєю природою світло є явищем електромагнітним, а це говорить про одночасне прояв як хвильових (інтерференція, дифракція, дисперсія), так і квантових властивостей (фотоефект, люмінесценція).
Розглянемо два важливих хвильових властивості світла: дифракцию і дисперсію.

дифракція світла

Поняття світлового променя широко використовують в геометричній оптиці. Таким явищем вважається вузький пучок світла, який поширюється прямолінійно. Подібне поширення світла в однорідному середовищі для нас здається таким звичайним, що приймається як очевидне. Досить переконливим підтвердженням цього закону може бути утворення тіні, яке з`являється за непрозорим перешкодою, яке стоїть на шляху світла. А світло в свою чергу випромінюється точковим джерелом.

Явища, які виникають при розповсюдженні світла в середовищі з різко вираженими неоднорідностями, є дифракцією світла.

дифракція світла

Отже, дифракцией називають сукупність явищ, які обумовлені огибанием світловими променями перешкод, які зустрічаються на їх шляху (в широкому сенсі: будь-яке відхилення від законів геометричної оптики при поширенні хвиль і потрапляння їх в ділянки геометричної тіні).

Дифракція чітко проявляється в разі, коли параметри неоднорідності (прорізи решітки) сумірні з довжиною хвилі. Якщо ж розміри занадто великі, то вона спостерігається лише на значних відстанях від неоднорідності.

При обгинанні неоднорідностей світловий промінь розкладається в спектр. Спектр розкладання, який отриманий при цьому явище називається дифракційним спектром. Дифракційний спектр ще називають гратчастим.

дисперсія світла

Різним швидкостям поширення хвиль відповідають різні абсолютні показники заломлення середовища. З досліджень Ньютона випливає, що абсолютний показник заломлення збільшується зі зростанням частоти світла. З плином часу вчені встановили той факт, що при розгляді світла як хвилі кожен колір необхідно ставити у відповідність довжині хвилі. Важливим є те, що ці довжини хвиль змінюються безперервно, відповідаючи різним відтінкам кожного кольору.

Якщо тонкий пучок сонячного світла направити на скляну призму, то в ній після заломлення можна спостерігати розкладання білого світла (білий світ - сукупність електромагнітних хвиль з різною довжиною хвилі) в різнокольоровий спектр: сім основних кольорів - червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий кольори. Всі ці кольори плавно переходять один в одного. У меншій мірі від початкового напрямку откланяются червоні промені, а в більшій - фіолетові.

дисперсія світла

Цим можна пояснити виникнення забарвлення предметів різними кольорами, оскільки білий світ являє собою сукупність різних кольорів. Наприклад, колір листя рослин, зокрема, зелений колір, обумовлений тим, що на поверхні листя відбувається поглинання всіх кольорів крім зеленого кольору. Саме його ми і бачимо.

Отже, дисперсія - це явище, яке характеризує залежність заломлення речовини від довжини хвилі. Якщо говорити про світлових хвилях, то дисперсія дисперсією називають явище залежності швидкості світла (а також і показника заломлення світла речовиною) від довжини (частоти) світлового променя. Завдяки дисперсії біле світло розкладається в спектр при проходженні через скляну призму. Саме тому подібним чином отриманий спектр називають дисперсійним. На виході з призми ми отримаємо розширену світлову смугу із забарвленням, яка безперервно (плавно) змінюється. Дисперсійний спектр ще називають призматичним.

Дифракційний і дисперсійний спектри

Ми розглянули явища дифракції та дисперсії, а також їх наслідки - отримання дифракційного і дисперсійного спектрів. Тепер звернемо особливу увагу на їх відмінності.

Способи отримання спектрів:

Дифракційний спектр: найчастіше отриманий за допомогою, так званої, дифракційної решітки. Вона складається з смуг прозорих і непрозорих (або ж відображають і неотражающих). Ці смуги чергуються з періодом, значення якого залежить від довжини хвилі. При попаданні на решітку світло розбивається на пучки, для яких спостерігається явище дифракції та розкладання світла на спектр.
Дисперсійний спектр: на відміну від дифракційного отриманий в результаті проникнення світлової хвилі крізь речовину (призму). В результаті проходження монохроматические хвилі зазнають заломлення, причому кут заломлення буде різним.

Розподіл і характер квітів в спектрах:

Дифракційний спектр: від першого до останнього в спектрі кольору розташовуються рівномірно. І проявляються від фіолетового до червоного, а саме в порядку зростання.
Дисперсійний спектр: в червоній частині спектра стиснутий, а у фіолетовій - розтягнутий. Кольори розташовуються в порядку від червоного до фіолетового, тобто в порядку убування, на відміну від зростання в дифракційному спектрі.

заключні відомості

Отже, розглянутий характеристики показують, що дифракційна картина значним чином залежить від довжини хвилі світла, яке огинає перешкоду. Тому, якщо світло немонохроматичним (наприклад, розглянутий нами білий світ), то дифракційні максимуми інтенсивності для різних довжин хвиль просто розійдуться, при цьому вони утворюють дифракційну спектри. Вони мають значну перевагу перед спектрами, які виникають внаслідок дисперсії променів проходять крізь призму. Взаємне розташування кольорів у них не залежить від властивостей матеріалів, з яких виготовлені екрани і щілини решітки, а визначається однозначно лише довжинами хвиль і геометрією приладу (наприклад, призми) і може бути розраховане виключно з геометричних міркувань.

Відповіді на запитання