Чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного

Дифракционный и дисперсионный спектр – что это?

Обычный дневной свет состоит из семи основных цветов. При определённых условиях свет можно разложить на составляющие, то есть получить цветовой спектр.

В оптике, одном из разделов физики, различают два вида световых спектров – дисперсионный и дифракционный. Оба перечисленных явления основываются на волновой природе светового излучения, но в основе дифракции лежит его способности «обтекать» препятствия, а дисперсия основывается на способности света преломляться, распадаясь на отдельные составляющие.

Под термином «спектр» (латинское – «видение») подразумевается распределение волн по их частоте и длине. В данном случае рассматривается оптический спектр – разложение света на отдельные волны.

Данный термин, применительно к оптике, впервые ввёл английский физик И. Ньютон в 1670-х годах. Именно он выдвинул теорию о сложном составе простого солнечного света.

Дифракция

Слово «дифракция» переводится с латыни как «разлом», «перелом», а также «огибание».

Под данным физическим явлением подразумевается способность световой волны огибать препятствия, что характерно и для всех прочих волн – начиная от водных, и заканчивая электромагнитными и звуковыми.

Дифракционный спектр способен образовываться при прохождении светового потока через некие препятствия. В лабораторных условиях для получения дифракционного спектра обычно используют непрозрачный экран с проделанным в нём небольшим круглым или щелеобразным отверстием.

В первом случае получается сферическая, а во втором – плоская дифракционная волна. Для большей точности проводимых экспериментов, в оптических лабораториях создают особые, эталонные, дифракционные решётки со строго фиксированным размером отверстий.

Дифракционный спектр можно наблюдать не только в лабораторных условиях, но и в природе. В качестве примера можно взять цветные круги, образующиеся вокруг луны в морозную ночь.

Они появляются в результате огибания лучами лунного света мельчайших частичек замёрзшей воды, взвешенной в атмосфере. При дифракции света, он разлагается на составляющие в соответствии с длиной каждой световой волны.

Чем длиннее волна, тем на большую величину происходит её отклонение. Менее всего подвержены дифракционному отклонению ультрафиолетовая волна, а расположенная на противоположном конце спектра инфракрасная волна преломляется больше всего.

Дисперсия

Дисперсия по-латыни означает «разложение», «распадение».

В оптике дисперсией называют разложение белого света на отдельные волны при прохождении через некий прозрачный предмет, обладающий свойством светового преломления.

При этом показатель преломления так же, как и в случае с дифракцией, зависит от длины той или иной волны. Впервые научное исследование явления дисперсии было проведено Ньютоном в XVII веке.

Именно этот великий учёный смог наглядно доказать, что обычный дневной свет не является чем-то простейшим и неделимым объектом, а состоит из отдельных цветных лучей.

В своём опыте Ньютон использовал треугольную стеклянную призму, через которую пропускался свет. Опыты с призмой ставились и ранее, но до этого среди физиков бытовало убеждение, что это стеклянная призма окрашивает белый цвет в оттенки радуги.

Кстати, радуга – природный пример дисперсии солнечного излучения, проходящего сквозь мельчайшие прозрачные капельки воды.

Происходит это явление оттого, что волны с различной длиной имеют и разную скорость распространения в оптической среде – прозрачном пространстве, заполненном некой более или менее плотной субстанцией (жидкостью, газом, либо твёрдым веществом).

Волны с меньшей длиной при прохождении через оптическую среду преломляются больше, поэтому скорость их распространения меньше. Самой большой длиной обладают волны красного спектра.

Соответственно, коэффициент их преломления минимален, а скорость – наоборот, максимальна. Противоположностью является ультрафиолетовая волна, имеющая наименьшую скорость и больший показатель преломления.

Скорость же световых составляющих в абсолютном вакууме одинакова, и, следовательно, дисперсионное разделение света там произойти не может. В отдельных оптических средах наблюдается так называемый аномальный дисперсионный процесс.

Так, в парах йода более короткие лучи синего цвета преломляются меньше, нежели более длинные красные. Остальные же лучи светового спектра вовсе поглощаются газообразной субстанцией, и для наблюдения недоступны.

Различия спектров

Несмотря на то, что в основе и дифракционного, и дисперсионного спектров лежит принцип волнового строения света, они имеют целый ряд различий.

В первом случае белый свет распадается на составляющие в результате прохождения его через мелкие отверстия в непрозрачном общем фоне, либо между множеством близко находящихся непрозрачных частичек.

В случае с дисперсионным спектром разложение происходит вследствие преломления световых лучей при прохождении их через некую прозрачную среду: стекло, газ, жидкость и так далее.

С точки зрения оптики, между дифракционным и дисперсионным спектрами имеются различия:

1. В степени отклонения крайних лучей – ультрафиолетового и инфракрасного.
2. В размерах растяжения длины спектра.

Для наглядности все различия между дисперсионным и дифракционным спектрами можно отобразить в виде сводной таблицы: