Сделай Сам Свою Работу на 5

Взаимодействие света с веществом

Дисперсия света. Световая волна в вакууме представляет собой переменное электромагнитное поле высокой частоты, распространяющееся с постоянной скоростью, не зависящей от частоты. Последнее обстоятельство можно считать надежно установленным наблюдениями над астрономическими явлениями. Так, исследования затмения удаленных двойных звезд не обнаруживает никаких аномалий в спектральном составе света, доходящего до нас в начале и конце затмений.

При попадании в обычные среды свет испытывает изменение скорости, и притом для разных частот скорость оказывается различной, т.е. n показатель преломления зависит от частоты или длины волны в вакууме . Эта зависимость (как и зависимость фазовой скорости световых волн) называется дисперсией света. Следст­вием дисперсии является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через одну или несколько преломляющих поверхностей, например, через призму.

Величина , (4)
называемая дисперсией вещества, показывает как быстро изменяется показатель преломления с длиной волны. Для всех прозрачных бесцветных веществ зависимость имеет в видимой части спектра характер, показанный на рис. С уменьшением длины волны показатель преломления увеличивается, так что дисперсия вещества отрицательна и растет по модулю с уменьшением .

Если вещество поглощает часть лучей, то в области поглощения и вблизи нее ход дисперсии обнаруживает аномалию (рис.). На этом участке дисперсия вещества оказывается положительной. Такой ход зависимости называется аномальной дисперсией.

Нормальная и аномальная дисперсия  
 

 

Итак, дисперсия света – это зависимость показателя преломления вещества от частоты световой волны . Эта зависимость не линейная и не монотонная. Области значения ν, в которых

  (или ) (10.2.1)  

соответствуют нормальной дисперсии света(с ростом частоты ν показатель преломления n увеличивается). Нормальная дисперсия наблюдается у веществ, прозрачных для света. Например, обычное стекло прозрачно для видимого света, и в этой области частот наблюдается нормальная дисперсия света в стекле. На основе явления нормальной дисперсии основано «разложение» света стеклянной призмой монохроматоров.



Дисперсия называется аномальной, если

  (или ), (10.2.2)  

т.е. с ростом частоты ν показатель преломления n уменьшается. Аномальная дисперсия наблюдается в областях частот, соответствующих полосам интенсивного поглощения света в данной среде. Например, у обычного стекла в инфракрасной и ультрафиолетовой частях спектра наблюдается аномальная дисперсия.

Зависимости nот ν и λ показаны на рис. 10.4 и 10.5.

 
Рис. 10.4. Рис. 10.5

В зависимости от характера дисперсии групповая скоростьu в веществе может быть как больше, так и меньше фазовой скорости υ (в недиспергирующей среде ).

Групповая скорость u связана с циклической частотой ω и волновым числом k соотношением: , где , . Тогда

. Отсюда можно записать:

  . (10.2.3)  

Таким образом, при нормальной дисперсииu< υ и .

При аномальной дисперсии u> υ, и, в частности, если , то u > c. Этот результат не противоречит специальной теории относительности. Понятие групповой скорости правильно описывает распространение только такого сигнала (волнового пакета), форма которого не изменяется при перемещении сигнала в среде. (Строго говоря, это условие выполняется только для вакуума, т.е. в недиспергирующей среде). В области частот, соответствующих аномальной дисперсии, групповая скорость не совпадает со скоростью сигнала, так как вследствие значительной дисперсии форма сигнала так быстро изменяется, что не имеет смысла говорить о групповой скорости.

Кривая дисперсии

Величина

называемаядисперсией вещества, показывает, как быстро изменяется показатель прело­мления с длиной волны. Из рис. 269 следует, что показатель преломления для прозрач­ных веществ с уменьшением длины волны увеличивается; следовательно, величина dn/d по модулю также увеличивается с уменьшением . Такая дисперсия называется нормальной. Как будет показано ниже, ход кривой n() — кривой дисперсии — вблизи линий и полос поглощения будет иным: n уменьшается с уменьшением . Такой ход зависимости nот называется аномальной дисперсией.

На явлении нормальной дисперсии основано действие призменных спектрографов. Несмотря на их некоторые недостатки (например, необходимость градуировки, различ­ная дисперсия в разных участках спектра) при определении спектрального состава света, призменные спектрографы находят широкое применение в спектральном анали­зе. Это объясняется тем, что изготовление хороших призм значительно проще, чем изготовление хороших дифракционных решеток. В призменных спектрографах также легче получить большую светосилу.



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.