Дисперсия света
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Оглавление
1. Взаимодействие света с веществом. Дисперсия света
.1 Различия в дифракционном и призматическом спектрах
. Электронная теория дисперсии света
. Поглощение света
. Рассеяние света
. Квантовые свойства излучения
.1 Фотоэлектрический эффект
.2 Внешний фотоэффект
.3 Законы внешнего фотоэффекта
.4 Применение фотоэффекта
.5 Давление света
6. Эффект Комптона
1. Взаимодействие света с веществом. Дисперсия света
Дисперсией света называют зависимость показателя преломления вещества от частоты (длины волны) света:
Следствием дисперсии является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через призму. Первые экспериментальные наблюдения дисперсии света принадлежат И. Ньютону (1672 г.)
Рассмотрим дисперсию света в призме. Пусть монохроматический пучок света падает на призму с преломляющим углом ? и показателем преломления n под углом ?1.
После 2-кратного преломления (на левой и правой гранях призмы) луч оказывается отклонённым от первоначального направления на угол ?.
Из рисунка следует:
Предположим, что угол ? и ?1 малы, тогда малы и ?1, ?1, ?2. Вместо sin можно получить значения углов:
, , а т.к. , то
Следовательно, , т.е. угол отклонения призмой тем больше, чем больше преломляющий угол призмы.
Из полученного выражения следует, что ? зависит от величины (n-1), а n - функция ?, поэтому лучи разных ? при прохождении призмы оказываются отклоненными на разные углы, т.к. пучок белого света за призмой разлагается в спектр, что и наблюдал Ньютон.
Т.о., с помощью призмы, так же как и с помощью дифракционной решётки, разлагая свет в спектр, можно определить его спектральный состав.
1.1 Различия в дифракционном и призматическом спектрах
1)ДР разлагает падающий свет непосредственно по длинам волн: поэтому по измеренным углам можно вычислить ?.
Разложение света в спектр в ? происходит по значениям показателя преломления, поэтому для определения ? надо знать зависимость
2)Составные цвета в дифракционном и призматическом спектрах распространяются различно.
В ДР . Следовательно, красные лучи, имеющие большую ?, чем фиолетовые, отклоняются ДР сильнее.
? разлагает лучи в спектр по значениям n, который для всех прозрачных веществ с увеличением ? уменьшается. Поэтому, красные лучи отклоняются призмой слабее, чем фиолетовые.
Величина , называемая дисперсией вещества, показывает, как быстро изменяется n с ?. свет спектр фотоэффект дисперсия
Для всех прозрачных бесцветных веществ, имеет в видимой части спектра характер:
Из рисунка следует, что n с уменьшением ? увеличивается. Такая дисперсия называется нормальной.
Ход кривой дисперсии вблизи линий и полос поглощения будет иным: n уменьшается с уменьшением ?. Такой ход зависимости n от ? называется аномальной дисперсией.
На явлении нормальной дисперсии основано действие призменных спектрографов. Изготовление хороших призм значительно проще, чем изготовление хороших дифракционных решёток.
Нормальная дисперсия наблюдается у веществ, прозрачных для света.
Например: обычное стекло прозрачно для видимого света и в этой области ? наблюдается нормальная дисперсия света.
Аномальная дисперсия наблюдается в областях частот ? соответствующих полосам интенсивного поглощения света в данной среде.
Например: у обычного стекла эти полосы находятся в ИК и УФ частях спектра.
2. Электронная теория дисперсии света
Из электромагнитной теории Максвелла следует, что абсолютный показатель преломления среды есть
,
где ? - диэлектрическая проницаемость среды, ? - магнитная проницаемость.
В оптической области спектра для всех веществ ??1,
.
Из формулы следует, что n - величина постоянная , а из опыта известно, что n - величина переменная . (Что есть противоречие).
Трудности объяснения дисперсии света с точки зрения э/м теории Максвелла устраняются электронной теорией Лоренца.
В теории Лоренца дисперсия света рассматривается как результат взаимодействия э/м волн с заряженными частицами, входящими в состав веществ и совершающими вынужденные колебания в переменном э/м поле волны. Т.е. электроны (внешние, слабосвязанные) - электронная поляризация - частота внешнего электронного поля. Применим электронную теорию дисперсии света для однородного диэлектрика, предположив, что дисперсия света является следствием зависимости ? от частоты ? световых волн. Диэлектрическая проницаемость вещества, по определению:
,
где ? - диэлектрическая восприимчивость среды, ?0 - электрическая постоянная, ? - мгновенное значение поляризационной среды. Следовательно, , т.е. зависимость от . .
В данном случае основное значение имеет электронная поляризация, т.е. вынужденные колебания электронов под действием электрической составляющей поля волны, т.к. для ориентационной поляризации молекул частота колебаний в световой волне очень высока.
В 1-м приближении можно считать, что вынужденные колебания совершают только внешние, наиболее слабо связанные с ядром электроны - оптические.
Для простоты рассмотрим колебания только одного оптического электрона. Наведённый дипольный момент электрона, совершающего вынужденные колебания равен , где e - заряд элек?/p>