Дисперсия света. Из теории Максвелла следует, что в вакууме все электромагнитные волны независимо от их частоты (длины волны) распространяются с одной и той же скоростью с

Из теории Максвелла следует, что в вакууме все электромагнитные волны независимо от их частоты (длины волны) распространяются с одной и той же скоростью с, что подтверждает опыт. Однако оказывается, что показатель преломления (n = с/с_сред) вещества зависит от частоты колебаний световой волны и тем самым от длины волны. Но если показатель преломления зависит от частоты, то и скорость распространения света в веществе также зависит от частоты. Зависимость скорости волны от ее частоты (или длины волны) называют дисперсией. Результатом дисперсии является спектральное разложение белого света при его преломлении в призме (рис. 13). Рассмотрим белый свет, падающий из вакуума (воздуха) на одну из граней призмы, изготовленной из стекла флинт под углом i_пад = 60°. Показатели преломления для разных длин волн и разных стекол даны в таблице.

Таблица

Углы преломления в соответствии с законом Снеллиуса (формула 2 лекции 1) составляют для этих цветов r_кр = 31°48', r_зел = 31°28' и r_ф = 30°55'. После преломления на второй грани лучи выйдут из призмы под соответствующими углами r¢: r¢_кр = 50°28', r¢_зел = 52°18', r¢_ф = 55° (рис. 13).

Рис. 13. Рис. 14.

Данное явление разложение белого света в спектр за счет дисперсии используют в призматических спектроскопах.

Зависимость показателя преломления n от частоты колебаний электромагнитной волны (дисперсионная кривая),показана на рис. 14 сплошной линией. Наиболее резкие изменения показателя преломления происходят вблизи резонансных частот, т. е. в тех случаях, когда частота электромагнитной волны совпадает с одной из собственных частот колебаний электронного облака атома. Вдали от резонансных частот показатель преломления возрастает с ростом частоты электромагнитной волны, вблизи же резонансной частоты наблюдается резкий спад показателя преломления с ростом частоты.

Для объяснения явления дисперсии пользуются электронными представлениями строения вещества. Под действием электромагнитной волны электронное облако атома (или молекулы) совершает вынужденные колебания, следовательно, атом превращается в миниатюрный электрический диполь. Электрический момент этого атомарного диполя совершает вынужденные колебания с частотой, равной частоте колебаний напряженности поля, и с амплитудой, зависящей от соотношения между частотой колебаний электромагнитного поля и собственной частотой электронного облака. Но при разных амплитудах электрический момент атомарного диполя различен. В результате разным частотам колебаний напряженности поля соответствуют разные значения показателя преломления, что и приводит к дисперсии.