Чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного

миниатюра 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

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.

Дисперсионный спектр

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.

Дисперсионный и дифракционный спектр

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:

 Дифракционный   Дисперсионный
Луч распадается из-за прохождения через мелкое отверстие в непрозрачной среде, либо через множество отверстий между непрозрачными предметами. Разложение светового потока происходит как результат преломления при прохождении сквозь прозрачную оптическую среду.
Наибольшему отклонению подвержены длинноволновые красные лучи. Более всего отклоняются лучи фиолетового цвета.
Растяжение спектра неравномерное. Спектральное растяжение относительно равномерно.
Растяжение происходит в сторону длинноволнового «края». Растяжение происходит в сторону фиолетовых лучей.