หน้า 1

เกิดปรากฏการณ์การกระจายตัวที่แตกต่างกัน ระบบแสงอามีบทบาททั้งด้านบวกและด้านลบ ในเลนส์ของกล้อง กล้องจุลทรรศน์ และกล้องโทรทรรศน์ การกระจายแสงทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนสีและทำให้ภาพเสื่อมคุณภาพอย่างมาก คุณต้องต่อสู้กับมัน  

ปรากฏการณ์การกระจายตัวจะมาพร้อมกับการดูดกลืนพลังงานสนามไมโครเวฟด้วยเรโซแนนซ์เสมอ ที่จริงแล้ว การกระจายตัวจะมาพร้อมกับการดูดกลืนแสงในภูมิภาคใดๆ ของสเปกตรัมด้วย  

ปรากฏการณ์การกระจายตัวขึ้นอยู่กับ การรักษาความร้อนสายเสียง การดำเนินการที่สำคัญอย่างยิ่งในการประมวลผลสายสัญญาณเสียงนิกเกิลคือการอบอ่อนเป็นเวลา 15 - 30 นาทีที่อุณหภูมิ 800 - 900°C  

ปรากฏการณ์การกระจายตัวประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงความเร็วของการแพร่กระจายเสียงเมื่อความถี่เปลี่ยนไป ระดับความเป็นอิสระของโมเลกุลบางระดับจะตื่นเต้นช้ากว่าระดับอื่น ดังนั้นความจุความร้อนของก๊าซจึงอาจขึ้นอยู่กับอัตราการให้ความร้อน หากเสียงแพร่กระจายในก๊าซ ในระหว่างที่ผ่านความถี่การสั่นสะเทือนต่ำ คลื่นเสียงความเป็นอิสระของโมเลกุลทุกระดับมีเวลาให้ตื่นเต้น มีการสร้างสมดุลโดยที่ความจุความร้อนของก๊าซมีค่าสูงสุด หากความถี่เสียงสูงในระหว่างที่คลื่นเสียงผ่านไม่ใช่ทุกระดับของเสรีภาพที่จะมีเวลาตื่นเต้น  

ปรากฏการณ์การกระจายตัวยังสังเกตได้จากโพลาไรเซชันแบบอิเล็กทรอนิกส์และอะตอม ในช่วงความถี่ที่สอดคล้องกับรังสีอินฟราเรด โพลาไรเซชันของอะตอมจะหายไป และในช่วงของรังสีที่มองเห็นได้และรังสียูวี โพลาไรซ์ทางอิเล็กทรอนิกส์จะหายไป  

ปรากฏการณ์การกระจายตัวของแสงตลอดจนปรากฏการณ์การรบกวนและการเลี้ยวเบนในแสงที่ไม่มีสีเดียวพิสูจน์ได้ว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสีเดียวที่มีความถี่ที่แน่นอน (หรือความยาวคลื่นในสุญญากาศ) อยู่ในช่วงของคลื่นแสงที่มองเห็นได้ (IV อย่างเคร่งครัด แสงสีเดียวไม่สามารถดำรงอยู่ในหลักการได้ เนื่องจากกระบวนการเปล่งแสง  

ปรากฏการณ์ของการกระจายตัวของการหมุนด้วยแสงและไดโครอิซึมแบบวงกลมเป็นที่ทราบกันมานานแล้ว การพึ่งพามุมการหมุนของระนาบของโพลาไรเซชันของแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นที่ผ่านชั้นของสสารกับความยาวคลื่นของแสง (การกระจายตัวของการหมุนด้วยแสง) ก่อตั้งขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2354 โดย Arago ปรากฏการณ์การดูดกลืนแสงแบบเลือกสรรโดยสารส่วนประกอบของแสงโพลาไรซ์แบบวงกลมหรือไดโครอิซึมแบบวงกลมถูกค้นพบโดยไฮดิงเงอร์ในปี พ.ศ. 2390 เป็นเวลากว่า 100 ปีแล้วที่ปรากฏการณ์เหล่านี้ไม่ค่อยมีใครนำมาใช้ในเคมีอินทรีย์  

เครื่องมือสเปกตรัมปริซึมทั้งหมดถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของปรากฏการณ์การกระจายตัว องค์ประกอบการกระจายตัวของอุปกรณ์ดังกล่าวคือปริซึมตั้งแต่หนึ่งชิ้นขึ้นไป  

การศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับปรากฏการณ์การกระจายตัวของแสงดำเนินการครั้งแรกโดยนิวตันในปี ค.ศ. 1666 โดยส่องผ่านแสงสีขาวผ่านปริซึม ด้วยเหตุนี้ รังสีสีม่วงที่เบี่ยงเบนมากที่สุดจึงมีความเร็วการแพร่กระจายในแก้วต่ำกว่ารังสีสีแดงที่เบี่ยงเบนน้อยกว่า  

หากปรากฏการณ์การกระจายตัวเกี่ยวข้องกับอนุภาค (ไอออน) ด้วย ฝูงที่แตกต่างกันและค่าธรรมเนียม จากนั้น e และ m จะได้รับดัชนีด้วยและจะรวมไว้ใต้เครื่องหมายผลรวม  

คำนิยาม

การกระจายแสงเรียกการพึ่งพาดัชนีการหักเหของสาร (n) กับความถี่ () หรือความยาวคลื่น () ของแสงในสุญญากาศ (มักจะละเว้นดัชนี 0):

บางครั้งการกระจายตัวถูกกำหนดเป็นการขึ้นอยู่กับความเร็วเฟส (v) ของคลื่นแสงต่อความถี่

ผลที่ตามมาของการกระจายตัวที่รู้จักกันดีคือการสลายตัวของแสงสีขาวเป็นสเปกตรัมเมื่อผ่านปริซึม I. นิวตันเป็นคนแรกที่บันทึกการสังเกตการกระจายตัวของแสง การกระจายตัวเป็นผลมาจากการพึ่งพาโพลาไรเซชันของอะตอมกับความถี่

การพึ่งพากราฟิกของดัชนีการหักเหของแสงต่อความถี่ (หรือความยาวคลื่น) - เส้นโค้งการกระจายตัว

การกระจายตัวเกิดขึ้นจากการสั่นสะเทือนของอิเล็กตรอนและไอออน

การกระจายตัวของแสงในปริซึม

หากลำแสงสีเดียวชนปริซึมดัชนีการหักเหของแสงซึ่งเท่ากับ n ที่มุมหนึ่ง (รูปที่ 1) จากนั้นหลังจากการหักเหสองครั้งลำแสงจะเบี่ยงเบนไปจากทิศทางเดิมเป็นมุม:

ถ้ามุม A มีขนาดเล็ก มุมอื่นๆ ทั้งหมดในสูตร (2) จึงมีขนาดเล็ก ในกรณีนี้กฎการหักเหของแสงไม่สามารถเขียนได้ผ่านไซน์ของมุมเหล่านี้ แต่เขียนผ่านค่าของมุมโดยตรงเป็นเรเดียน:

เมื่อรู้อย่างนี้แล้ว เราก็มี:

ดังนั้น มุมการโก่งตัวของรังสีโดยใช้ปริซึมจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าของมุมหักเหของปริซึม:

และขึ้นอยู่กับขนาด และเรารู้ว่าดัชนีการหักเหของแสงเป็นฟังก์ชันของความยาวคลื่น ปรากฎว่ารังสีที่มีความยาวคลื่นต่างกันหลังจากผ่านปริซึมจะถูกเบี่ยงเบนไป มุมที่แตกต่างกัน- เห็นได้ชัดว่าเหตุใดลำแสงสีขาวจึงสลายตัวเป็นสเปกตรัม

การกระจายตัวของสาร

ค่า (D) เท่ากับ:

เรียกว่า การกระจายตัวของสสาร- โดยจะแสดงอัตราการเปลี่ยนแปลงของดัชนีการหักเหของแสงโดยขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น

ดัชนีการหักเหของแสงสำหรับสารโปร่งใสจะเพิ่มขึ้นอย่างซ้ำซากจำเจเมื่อความยาวคลื่นลดลง ซึ่งหมายความว่าขนาดของ D จะเพิ่มขึ้นตามความยาวคลื่นที่ลดลง การกระจายตัวนี้เรียกว่าปกติ ปรากฏการณ์การกระจายตัวแบบปกติเป็นพื้นฐานสำหรับการทำงานของสเปกโตรกราฟแบบปริซึม ซึ่งสามารถนำไปใช้ศึกษาองค์ประกอบทางสเปกตรัมของแสงได้

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย

อะไรคือความแตกต่างที่สำคัญในสเปกตรัมการเลี้ยวเบนและปริซึม?

สารละลาย

ตะแกรงเลี้ยวเบนจะแยกแสงออกเป็นความยาวคลื่น จากมุมที่ได้รับและวัดไปจนถึงทิศทางของจุดสูงสุดที่สอดคล้องกัน สามารถคำนวณความยาวคลื่นได้ ปริซึมจะจัดเรียงแสงตามค่าดัชนีการหักเหของแสง ซึ่งต่างจากตะแกรงการเลี้ยวเบน ดังนั้นเพื่อค้นหาความยาวคลื่นของแสงจึงจำเป็นต้องพึ่งพาอาศัยกัน นอกเหนือจากที่กล่าวมาข้างต้น สีในสเปกตรัมที่ได้รับจากการเลี้ยวเบนและสเปกตรัมแบบปริซึมนั้นอยู่ในตำแหน่งที่แตกต่างกัน สำหรับตะแกรงเลี้ยวเบน พบว่าไซน์ของมุมโก่งเป็นสัดส่วนกับความยาวคลื่น ซึ่งหมายความว่าตะแกรงเลี้ยวเบนจะปฏิเสธรังสีสีแดงมากกว่ารังสีสีม่วง ปริซึมจะแยกรังสีตามดัชนีการหักเหของแสง และสำหรับสารโปร่งใสทั้งหมด ปริซึมจะลดลงอย่างน่าเบื่อเมื่อความยาวคลื่นเพิ่มขึ้น ปรากฎว่ารังสีสีแดงซึ่งมีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่าจะถูกหักเหโดยปริซึมที่น้อยกว่ารังสีสีม่วง (รูปที่ 2)

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย	มุมโก่ง () ของลำแสงที่ส่องผ่านปริซึมแก้วจะเป็นเท่าใด หากตกกระทบที่หน้าตามปกติ ดัชนีการหักเหของสารปริซึมคือ n=1.5 มุมหักเหของปริซึมคือ 30 องศา ()
สารละลาย	เมื่อแก้ไขปัญหาคุณสามารถใช้รูปที่ 1 ในส่วนทฤษฎีของบทความ ก็ควรสังเกตว่า จากรูปที่ 1 เป็นไปตามนั้น ตามกฎการหักเหของแสงเราเขียนได้: เนื่องจากเราเข้าใจแล้ว จากสูตร (2.1) เราได้ว่า:

การกระจายแสง- นี่คือการพึ่งพาของดัชนีการหักเหของแสง nสารขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสง (ในสุญญากาศ)

หรือสิ่งเดียวกันคือการขึ้นอยู่กับความเร็วเฟสของคลื่นแสงต่อความถี่:

การกระจายตัวของสารเรียกว่าอนุพันธ์ของ nโดย

การกระจายตัว - การพึ่งพาดัชนีการหักเหของสารบนความถี่คลื่น - แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนและสวยงามเป็นพิเศษพร้อมกับผลกระทบของการเกิดไบรีฟริงเจนซ์ (ดูวิดีโอ 6.6 ในย่อหน้าก่อนหน้า) ซึ่งสังเกตได้เมื่อแสงผ่านสารแอนไอโซโทรปิก ความจริงก็คือดัชนีการหักเหของคลื่นธรรมดาและคลื่นพิเศษนั้นขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่นที่แตกต่างกัน เป็นผลให้สี (ความถี่) ของแสงที่ผ่านสารแอนไอโซโทรปิกที่วางอยู่ระหว่างโพลาไรเซอร์สองตัวนั้นขึ้นอยู่กับทั้งความหนาของชั้นของสารนี้และมุมระหว่างระนาบการส่งผ่านของโพลาไรเซอร์

สำหรับสารโปร่งใสและไม่มีสีทั้งหมดในส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม เมื่อความยาวคลื่นลดลง ดัชนีการหักเหของแสงจะเพิ่มขึ้น นั่นคือ การกระจายตัวของสารจะเป็นลบ: . (รูปที่ 6.7 พื้นที่ 1-2, 3-4)

หากสารดูดซับแสงในช่วงความยาวคลื่น (ความถี่) ที่แน่นอน ดังนั้นในบริเวณการดูดกลืนแสงจะกระจายตัวออกไป

กลายเป็นบวกและเรียกว่า ผิดปกติ (รูปที่ 6.7 พื้นที่ 2–3)

ข้าว. 6.7. การขึ้นอยู่กับกำลังสองของดัชนีการหักเหของแสง (เส้นโค้งทึบ) และค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของสาร
(เส้นโค้งประ) กับความยาวคลื่นลใกล้กับแถบดูดซับแถบใดแถบหนึ่ง()

นิวตันศึกษาการกระจายตัวแบบปกติ การสลายตัวของแสงสีขาวเป็นสเปกตรัมเมื่อผ่านปริซึมเป็นผลมาจากการกระจายตัวของแสง เมื่อลำแสงสีขาวผ่านปริซึมแก้ว ก สเปกตรัมหลายสี (รูปที่ 6.8)

ข้าว. 6.8. การผ่านของแสงสีขาวผ่านปริซึม: เนื่องจากดัชนีการหักเหของกระจกแตกต่างกัน
ความยาวคลื่น ลำแสงจะสลายตัวเป็นองค์ประกอบสีเดียว - สเปกตรัมจะปรากฏบนหน้าจอ

แสงสีแดงมีความยาวคลื่นที่ยาวที่สุดและมีดัชนีการหักเหของแสงน้อยที่สุด ดังนั้นรังสีสีแดงจึงถูกหักเหน้อยกว่าแสงอื่นๆ ด้วยปริซึม ถัดจากนั้นจะเป็นแสงสีส้ม ต่อมาเป็นสีเหลือง เขียว น้ำเงิน คราม และสุดท้ายเป็นแสงสีม่วง แสงสีขาวที่ซับซ้อนที่ตกกระทบบนปริซึมจะถูกสลายออกเป็นองค์ประกอบสีเดียว (สเปกตรัม)

ตัวอย่างที่โดดเด่นการกระจายตัวนั้นเป็นสายรุ้ง หากดวงอาทิตย์อยู่ด้านหลังผู้สังเกต จะเห็นรุ้งกินน้ำ รังสีสีแดงและสีม่วงหักเหโดยหยดน้ำทรงกลมและสะท้อนจากพื้นผิวด้านใน รังสีสีแดงจะหักเหน้อยลงและเข้าสู่ดวงตาของผู้สังเกตจากหยดที่อยู่ในระดับความสูงที่สูงกว่า ดังนั้นแถบบนสุดของรุ้งจะกลายเป็นสีแดงเสมอ (รูปที่ 26.8)

ข้าว. 6.9. การเกิดขึ้นของสายรุ้ง

การใช้กฎการสะท้อนและการหักเหของแสง ทำให้สามารถคำนวณเส้นทางของรังสีแสงที่มีการสะท้อนรวมและการกระจายตัวของเม็ดฝนได้ ปรากฎว่ารังสีกระเจิงด้วยความเข้มสูงสุดในทิศทางที่สร้างมุมประมาณ 42° กับทิศทางของรังสีดวงอาทิตย์ (รูปที่ 6.10)

ข้าว. 6.10. ที่ตั้งสายรุ้ง

ตำแหน่งทางเรขาคณิตของจุดดังกล่าวคือวงกลมที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่จุดนั้น 0. ส่วนหนึ่งถูกซ่อนไม่ให้ผู้สังเกตเห็น รใต้ขอบฟ้า ส่วนโค้งเหนือขอบฟ้าเป็นสายรุ้งที่มองเห็นได้ การสะท้อนรังสีสองครั้งในหยาดฝนก็เป็นไปได้เช่นกัน ซึ่งนำไปสู่รุ้งลำดับที่สอง ซึ่งความสว่างนั้นน้อยกว่าความสว่างของรุ้งหลักโดยธรรมชาติ สำหรับเธอ ทฤษฎีนี้ให้มุมหนึ่ง 51 ° นั่นคือรุ้งลำดับที่สองอยู่นอกรุ้งหลัก ในนั้นลำดับของสีจะกลับกัน: ส่วนโค้งด้านนอกเป็นสีม่วงและส่วนล่างทาสีแดง สายรุ้งลำดับที่สามขึ้นไปนั้นไม่ค่อยมีใครสังเกตเห็น

ทฤษฎีการกระจายตัวเบื้องต้นการพึ่งพาดัชนีการหักเหของสารกับความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (ความถี่) อธิบายได้บนพื้นฐานของทฤษฎีการแกว่งแบบบังคับ พูดอย่างเคร่งครัด การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอะตอม (โมเลกุล) เป็นไปตามกฎ กลศาสตร์ควอนตัม- อย่างไรก็ตาม เพื่อความเข้าใจเชิงคุณภาพของปรากฏการณ์ทางแสง เราสามารถจำกัดตัวเองอยู่แค่แนวคิดเรื่องอิเล็กตรอนที่เกาะกันในอะตอม (โมเลกุล) ด้วยแรงยืดหยุ่นได้ เมื่อเบี่ยงเบนไปจากตำแหน่งสมดุลอิเล็กตรอนดังกล่าวจะเริ่มสั่นค่อย ๆ สูญเสียพลังงานเพื่อปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือถ่ายโอนพลังงานไปยังโหนดขัดแตะและทำให้สารร้อนขึ้น ผลก็คือการสั่นจะลดลง

เมื่อผ่านสาร คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะกระทำกับอิเล็กตรอนแต่ละตัวด้วยแรงลอเรนซ์:

ที่ไหน วี-ความเร็วของอิเล็กตรอนที่สั่น ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อัตราส่วนของความแรงของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะเท่ากับ

ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องยากที่จะประมาณอัตราส่วนของแรงไฟฟ้าและแรงแม่เหล็กที่กระทำต่ออิเล็กตรอน:

อิเล็กตรอนในสสารเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศมาก:

ที่ไหน - ความกว้างของความแรงของสนามไฟฟ้าในคลื่นแสง - เฟสของคลื่น กำหนดโดยตำแหน่งของอิเล็กตรอนที่เป็นปัญหา เพื่อให้การคำนวณง่ายขึ้น เราละเลยการทำให้หมาด ๆ และเขียนสมการการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในรูปแบบ

โดยที่ คือความถี่ธรรมชาติของการสั่นสะเทือนของอิเล็กตรอนในอะตอม เราได้พิจารณาคำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์เชิงอนุพันธ์ดังกล่าวมาก่อนหน้านี้และได้รับแล้ว

ดังนั้นการกระจัดของอิเล็กตรอนจากตำแหน่งสมดุลจึงเป็นสัดส่วนกับความแรงของสนามไฟฟ้า การกระจัดของนิวเคลียสจากตำแหน่งสมดุลสามารถถูกละเลยได้ เนื่องจากมวลของนิวเคลียสมีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับมวลของอิเล็กตรอน

อะตอมที่มีอิเล็กตรอนที่ถูกแทนที่จะได้โมเมนต์ไดโพล

(เพื่อความง่าย ให้เราสมมติในตอนนี้ว่ามีอิเล็กตรอน "ออปติคัล" เพียงตัวเดียวในอะตอม การกระจัดของอิเล็กตรอนมีส่วนสำคัญต่อโพลาไรเซชัน) หากมีหน่วยปริมาตรประกอบด้วย เอ็นอะตอม จากนั้นโพลาไรเซชันของตัวกลาง (โมเมนต์ไดโพลต่อหน่วยปริมาตร) ก็สามารถเขียนได้ในรูปแบบ

เป็นไปได้ในสภาพแวดล้อมจริง ประเภทต่างๆการสั่นสะเทือนของประจุ (กลุ่มอิเล็กตรอนหรือไอออน) ที่ทำให้เกิดโพลาไรเซชัน การแกว่งประเภทนี้อาจมีประจุที่แตกต่างกัน อีฉันและมวลชน Ti,รวมไปถึงความถี่ธรรมชาติต่างๆ (เราจะแสดงด้วยดัชนี k)ในกรณีนี้คือจำนวนอะตอมต่อหน่วยปริมาตรพร้อมการสั่นสะเทือนประเภทที่กำหนด เอ็นเคเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของอะตอม ยังไม่มีข้อความ:

ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนไร้มิติ เอฟเคแสดงลักษณะการมีส่วนร่วมอย่างมีประสิทธิผลของการแกว่งแต่ละประเภทต่อโพลาไรเซชันรวมของตัวกลาง:

ในทางกลับกัน ดังที่ทราบกันดีว่า

โดยที่ความไวต่ออิเล็กทริกของสารซึ่งสัมพันธ์กับค่าคงที่ไดอิเล็กทริก จอัตราส่วน

เป็นผลให้เราได้รับการแสดงออกของกำลังสองของดัชนีการหักเหของสาร:

ใกล้กับความถี่ธรรมชาติแต่ละความถี่ ฟังก์ชันที่กำหนดโดยสูตร (6.24) จะเกิดความไม่ต่อเนื่อง พฤติกรรมของดัชนีการหักเหของแสงนี้เกิดจากการที่เราละเลยการลดทอน ในทำนองเดียวกัน ดังที่เราเห็นก่อนหน้านี้ การละเลยการหน่วงจะทำให้แอมพลิจูดของการสั่นพ้องที่เรโซแนนซ์เพิ่มขึ้นอย่างไม่สิ้นสุด เมื่อพิจารณาถึงการลดทอนแล้ว จะช่วยเราให้พ้นจากอนันต์ และฟังก์ชันจะมีรูปแบบดังแสดงในรูปที่ 1 6.11.

ข้าว. 6.11. การขึ้นอยู่กับค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของตัวกลางเกี่ยวกับความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

พิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างความถี่และความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศ

เป็นไปได้ที่จะได้รับการพึ่งพาดัชนีการหักเหของสาร ปเกี่ยวกับความยาวคลื่นในบริเวณการกระจายตัวตามปกติ (ส่วน 1–2 และ 3–4 ในรูป 6.7):

ความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับความถี่ธรรมชาติของการแกว่งเป็นค่าสัมประสิทธิ์คงที่

ในบริเวณที่มีการกระจายตัวผิดปกติ () ความถี่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกจะอยู่ใกล้กับความถี่ธรรมชาติความถี่ใดความถี่หนึ่งของการสั่นของไดโพลโมเลกุลนั่นคือการสั่นพ้องเกิดขึ้น อยู่ในพื้นที่เหล่านี้ (เช่นพื้นที่ 2–3 ในรูปที่ 6.7) ที่มีการดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของสารจะแสดงด้วยเส้นประในรูป 6.7.

แนวคิดเรื่องความเร็วของกลุ่มแนวคิดเรื่องความเร็วของกลุ่มมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับปรากฏการณ์การกระจายตัว เมื่อพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าจริงแพร่กระจายในตัวกลางที่มีการกระจายตัว เช่น รถไฟคลื่นที่เรารู้จัก ซึ่งปล่อยออกมาจากตัวปล่อยอะตอมแต่ละตัว พวกมันจะ "กระจายออก" - การขยายขอบเขตในอวกาศและระยะเวลาในเวลา นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าพัลส์ดังกล่าวไม่ใช่คลื่นไซน์แบบเอกรงค์เดียว แต่เป็นแพ็กเก็ตคลื่นที่เรียกว่าหรือกลุ่มของคลื่น - ชุดของส่วนประกอบฮาร์มอนิกที่มีความถี่ต่างกันและแอมพลิจูดต่างกันซึ่งแต่ละอันแพร่กระจายในตัวกลางด้วย ความเร็วเฟสของตัวเอง (6.13)

หากแพ็กเก็ตคลื่นแพร่กระจายในสุญญากาศ รูปร่างและขอบเขตเชิงพื้นที่-ชั่วคราวของมันจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง และความเร็วของการแพร่กระจายของขบวนคลื่นดังกล่าวจะเป็นความเร็วเฟสของแสงในสุญญากาศ

เนื่องจากการมีอยู่ของการกระจายตัว การพึ่งพาความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับจำนวนคลื่น เคกลายเป็นแบบไม่เชิงเส้น และความเร็วของการแพร่กระจายของขบวนคลื่นในตัวกลางซึ่งก็คือความเร็วของการถ่ายโอนพลังงานจะถูกกำหนดโดยอนุพันธ์

หมายเลขคลื่นของคลื่น "กลาง" ในรถไฟอยู่ที่ไหน (มีแอมพลิจูดสูงสุด)

เราจะไม่ได้รับสูตรนี้มา ปริทัศน์แต่มาอธิบายโดยใช้ตัวอย่างเฉพาะกัน ความหมายทางกายภาพ- ในฐานะแบบจำลองของแพ็กเก็ตคลื่น เราจะรับสัญญาณที่ประกอบด้วยคลื่นระนาบสองอันที่แพร่กระจายไปในทิศทางเดียวกันโดยมีแอมพลิจูดและเฟสเริ่มต้นเท่ากัน แต่มีความถี่ที่แตกต่างกัน โดยจะเลื่อนสัมพันธ์กับความถี่ "ศูนย์กลาง" ด้วยจำนวนเล็กน้อย หมายเลขคลื่นที่สอดคล้องกันจะถูกเลื่อนโดยสัมพันธ์กับหมายเลขคลื่น "กลาง" ด้วยจำนวนเล็กน้อย . คลื่นเหล่านี้อธิบายได้ด้วยสำนวน

(หรือความยาวคลื่น) ของแสง (การกระจายความถี่) หรือสิ่งเดียวกันคือการขึ้นอยู่กับความเร็วเฟสของแสงในเรื่องความยาวคลื่น (หรือความถี่) ค้นพบโดยการทดลองโดยนิวตันเมื่อประมาณปี ค.ศ. 1672 แม้ว่าในทางทฤษฎีจะอธิบายได้ค่อนข้างดีในภายหลังก็ตาม

• การกระจายตัวเชิงพื้นที่คือการขึ้นอยู่กับเทนเซอร์ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของตัวกลางบนเวกเตอร์คลื่น การพึ่งพาอาศัยกันนี้ทำให้เกิดปรากฏการณ์หลายอย่างที่เรียกว่าเอฟเฟกต์โพลาไรเซชันเชิงพื้นที่

ตัวอย่างหนึ่งของการกระจายตัวที่ชัดเจนที่สุดคือการสลายตัวของแสงสีขาวเมื่อผ่านปริซึม (การทดลองของนิวตัน) สาระสำคัญของปรากฏการณ์การกระจายตัวคือความเร็วไม่เท่ากันของการแพร่กระจายของรังสีแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันในสารโปร่งใส - ตัวกลางแสง (ในขณะที่อยู่ในสุญญากาศความเร็วของแสงจะเท่ากันเสมอโดยไม่คำนึงถึงความยาวคลื่นและสี) โดยทั่วไป ยิ่งความถี่ของคลื่นสูง ดัชนีการหักเหของตัวกลางก็จะยิ่งสูงขึ้น และความเร็วแสงในตัวกลางก็จะยิ่งต่ำลง:

• ในสีแดง ความเร็วสูงสุดในระดับกลางและระดับการหักเหขั้นต่ำ
• ที่ สีม่วงความเร็วแสงต่ำสุดในตัวกลางและระดับการหักเหสูงสุด

อย่างไรก็ตาม ในสารบางชนิด (เช่น ไอโอดีน) จะสังเกตเห็นเอฟเฟกต์การกระจายตัวที่ผิดปกติ โดยที่รังสีสีฟ้าจะหักเหน้อยกว่าสีแดง ในขณะที่รังสีอื่นๆ จะถูกดูดซับโดยสารและหลบเลี่ยงการสังเกต พูดอย่างเคร่งครัดมากขึ้นการกระจายตัวที่ผิดปกตินั้นแพร่หลายเช่นพบได้ในก๊าซเกือบทั้งหมดที่ความถี่ใกล้กับเส้นดูดกลืน แต่ในไอโอดีนนั้นค่อนข้างสะดวกสำหรับการสังเกตในช่วงแสงซึ่งพวกมันดูดซับแสงได้แรงมาก

การกระจายตัวของแสงทำให้สามารถแสดงให้เห็นลักษณะการประกอบกันของแสงสีขาวได้อย่างน่าเชื่อเป็นครั้งแรก

• แสงสีขาวถูกสลายตัวเป็นสเปกตรัมอันเป็นผลมาจากการผ่านตะแกรงการเลี้ยวเบนหรือการสะท้อนกลับจากมัน (ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์การกระจายตัว แต่อธิบายได้โดยธรรมชาติของการเลี้ยวเบน) สเปกตรัมการเลี้ยวเบนและปริซึมมีความแตกต่างกันบ้าง: สเปกตรัมปริซึมถูกบีบอัดในส่วนสีแดงและยืดออกเป็นสีม่วง และจัดเรียงตามความยาวคลื่นจากมากไปน้อย: จากสีแดงเป็นสีม่วง สเปกตรัมปกติ (การเลี้ยวเบน) มีความสม่ำเสมอในทุกพื้นที่และจัดเรียงตามความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น: จากสีม่วงไปจนถึงสีแดง

โดยการเปรียบเทียบกับการกระจายตัวของแสง ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันของการพึ่งพาการแพร่กระจายของคลื่นที่มีลักษณะอื่นใดบนความยาวคลื่น (หรือความถี่) เรียกอีกอย่างว่าการกระจายตัว ด้วยเหตุนี้ คำว่า กฎการกระจาย ซึ่งใช้เป็นชื่อของความสัมพันธ์เชิงปริมาณที่เกี่ยวข้องกับความถี่และหมายเลขคลื่น ไม่เพียงแต่ใช้กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังใช้กับกระบวนการคลื่นใดๆ อีกด้วย

การกระจายตัวอธิบายถึงข้อเท็จจริงที่ว่ารุ้งกินน้ำปรากฏขึ้นหลังฝนตก (แม่นยำยิ่งขึ้นคือความจริงที่ว่ารุ้งนั้นมีหลายสีและไม่ใช่สีขาว)

การกระจายตัวเป็นสาเหตุของความคลาดเคลื่อนสี ซึ่งเป็นหนึ่งในความคลาดเคลื่อนของระบบออพติคอล รวมถึงเลนส์ถ่ายภาพและวิดีโอ

Cauchy เกิดสูตรที่แสดงถึงการพึ่งพาดัชนีการหักเหของตัวกลางที่มีความยาวคลื่น:

…,

การกระจายแสงในธรรมชาติและศิลปะ

เนื่องจากการกระจายตัวจึงสามารถสังเกตสีที่ต่างกันได้

• สีรุ้งซึ่งสีต่างๆ เกิดจากการกระจัดกระจาย เป็นหนึ่งในภาพสำคัญของวัฒนธรรมและศิลปะ
• ด้วยการกระจายตัวของแสง คุณจึงสามารถสังเกต “การเล่นของแสง” บนเหลี่ยมเพชรพลอยและวัตถุหรือวัสดุเหลี่ยมเพชรพลอยโปร่งใสอื่นๆ ได้
• เอฟเฟ็กต์สีรุ้งจะพบได้ค่อนข้างบ่อยเมื่อแสงส่องผ่านวัตถุโปร่งใสเกือบทุกชนิด ในงานศิลปะสามารถเน้นและเน้นย้ำเป็นพิเศษได้
• การสลายตัวของแสงเป็นสเปกตรัม (เนื่องจากการกระจายตัว) เมื่อหักเหในปริซึมเป็นหัวข้อที่ค่อนข้างธรรมดาในทัศนศิลป์ ตัวอย่างเช่น หน้าปกอัลบั้ม Dark Side Of The Moon ของ Pink Floyd บรรยายถึงการหักเหของแสงในปริซึมโดยมีการสลายตัวเป็นสเปกตรัม

ดูสิ่งนี้ด้วย

วรรณกรรม

• ยาชโทลด์-โกวอร์โก วี.เอ.การถ่ายภาพและการประมวลผล ภาพถ่าย สูตร เงื่อนไข สูตรอาหาร - เอ็ด 4th, คำย่อ - ม.: ศิลปะ, 2520.

ลิงค์

มูลนิธิวิกิมีเดีย 2010.

ดูว่า "การกระจายแสง" ในพจนานุกรมอื่นคืออะไร:

การพึ่งพาดัชนีการหักเหของแสง n ใน VA กับความถี่ n (ความยาวคลื่น l) ของแสงหรือการพึ่งพาความเร็วเฟสของคลื่นแสงกับความถี่ของมัน ผลที่ตามมา D. s. สลายตัวเป็นสเปกตรัมของลำแสงสีขาวเมื่อผ่านปริซึม (ดู SPECTRA... ... สารานุกรมกายภาพ

การกระจายแสง- ปรากฏการณ์ที่เกิดจากการขึ้นอยู่กับความเร็วของการแพร่กระจายของแสงกับความถี่ของการสั่นของแสง [รวบรวมคำศัพท์ที่แนะนำ ฉบับที่ 79 เลนส์กายภาพ สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต คณะกรรมการคำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์และเทคนิค 2513] หัวข้อ…… คู่มือนักแปลด้านเทคนิค

การกระจายแสง- šviesos skaida สถานะเป็น T sritis radioelektronika atitikmenys: engl การกระจายตัวของแสง vok การกระจายตัวของลิชท์, f; เซอร์ไทลุง เด ลิชเตส, f rus. การกระจายแสง f pran การกระจายตัวของลาลูมิแยร์, f... Radioelektronikos สิ้นสุด žodynas

การกระจายแสง- šviesos dispersija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. การกระจายตัวของแสง vok การกระจายตัวของลิชท์, f; เซอร์เลอกุง เด ลิชเตส, f rus. การกระจายแสง f pran การกระจายตัวของลาลูมิแยร์ ฉ … Fizikos สิ้นสุด žodynas

การขึ้นต่อกันของดัชนีการหักเหของแสง n ของสารบนความถี่ ν (ความยาวคลื่น แลมบ์ดา) ของแสง หรือการขึ้นต่อกันของความเร็วเฟส (ดูความเร็วเฟส) ของคลื่นแสงต่อความถี่ ผลที่ตามมา D. s. สลายตัวเป็นสเปกตรัมของลำแสงสีขาวเมื่อผ่าน... ... สารานุกรมผู้ยิ่งใหญ่แห่งสหภาพโซเวียต

การขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของแสง n ใน va กับความถี่ของแสง v ในภูมิภาค ความถี่ของแสง โดยที่ v โปร่งใส n จะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของ v ปกติ d.s ในภูมิภาค ความถี่ที่สอดคล้องกับแถบการดูดกลืนแสงที่รุนแรงในสนาม n ลดลงด้วย... ... พจนานุกรมโพลีเทคนิคสารานุกรมขนาดใหญ่

ติดยาเสพติด ตัวบ่งชี้ที่แน่นอนการหักเหของสสารจากความยาวคลื่นแสง... พจนานุกรมดาราศาสตร์

คุณต้องการปรับปรุงสิ่งใดในบทความนี้: เพิ่มภาพประกอบ ค้นหาและจัดเรียงในรูปแบบของเชิงอรรถลิงก์ไปยังแหล่งข้อมูลที่เชื่อถือได้ซึ่งยืนยันสิ่งที่เขียน วางการ์ดเทมเพลตที่เป็น... วิกิพีเดีย

การขึ้นอยู่กับความเร็วเฟสของคลื่นฮาร์มอนิกในตัวกลางกับความถี่ของการแกว่ง การกระจายตัวของคลื่นจะสังเกตได้สำหรับคลื่นในลักษณะใดก็ตาม การกระจายตัวของคลื่นทำให้เกิดการบิดเบือนรูปร่างของสัญญาณ (เช่น ชีพจรของเสียง) เมื่อแพร่กระจายในตัวกลาง... พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

มีลำแสงลอดผ่าน ปริซึมสามเหลี่ยมเบี่ยงเบนไปทางใบหน้าตรงข้ามกับมุมหักเหของปริซึม อย่างไรก็ตาม หากเป็นลำแสงสีขาว หลังจากที่ผ่านปริซึมแล้ว ไม่เพียงแต่จะเบนออกไป แต่ยังสลายตัวเป็นลำแสงสีอีกด้วย ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการกระจายแสง มีการศึกษาครั้งแรกในการทดลองที่น่าทึ่งหลายชุด

แหล่งกำเนิดแสงในการทดลองของนิวตันคือรูกลมเล็กๆ ที่อยู่ในบานประตูหน้าต่างซึ่งได้รับแสงจากดวงอาทิตย์ เมื่อมีการติดตั้งปริซึมที่ด้านหน้าหลุม แทนที่จะเป็นจุดกลม แถบสีปรากฏขึ้นบนผนัง ซึ่งนิวตันเรียกว่าสเปกตรัม สเปกตรัมดังกล่าวประกอบด้วยสีหลักเจ็ดสี ได้แก่ แดง ส้ม เหลือง เขียว น้ำเงิน คราม และม่วง ซึ่งค่อยๆ เปลี่ยนสีเป็นสีอื่น แต่ละคนใช้พื้นที่ขนาดแตกต่างกันในสเปกตรัม แถบสีม่วงมีความยาวมากที่สุด แถบสีแดงสั้นที่สุด

การทดลองครั้งต่อไปประกอบด้วยการใช้ตะแกรงที่มีรูเล็กๆ เพื่อแยกลำแสงแคบบางสีออกจากลำแสงสีกว้างที่ได้รับจากปริซึมและนำไปยังปริซึมที่สอง

ปริซึมที่เบี่ยงเบนไปจะไม่เปลี่ยนสีของรังสีเหล่านี้ รังสีดังกล่าวเรียกว่าเรียบง่ายหรือเอกรงค์ (สีเดียว)

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่ารังสีสีแดงมีการโก่งตัวน้อยกว่ารังสีสีม่วง กล่าวคือ รังสีที่มีสีต่างกันจะหักเหต่างกันด้วยปริซึม

ด้วยการรวบรวมลำแสงที่ออกมาจากปริซึม นิวตันจึงได้ภาพหลุมสีขาวบนหน้าจอสีขาวแทนที่จะเป็นแถบสี

จากการทดลองทั้งหมดของเขา นิวตันได้ข้อสรุปดังต่อไปนี้:

• แสงสีขาวโดยธรรมชาติแล้วเป็นแสงที่ซับซ้อนที่ประกอบด้วยรังสีสี
• สำหรับรังสีของแสงที่มีสีต่างกัน ดัชนีการหักเหของแสงของสารก็จะแตกต่างกันเช่นกัน ด้วยเหตุนี้ เมื่อลำแสงสีขาวถูกหักเหด้วยปริซึม มันก็จะสลายตัวเป็นสเปกตรัม
• หากคุณรวมรังสีสีของสเปกตรัมเข้าด้วยกัน คุณจะได้แสงสีขาวอีกครั้ง

ดังนั้นการกระจายตัวของแสงจึงเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากการพึ่งพาของสารกับความยาวคลื่น (หรือความถี่)

การกระจายตัวของแสงไม่ได้สังเกตเฉพาะเมื่อแสงผ่านปริซึมเท่านั้น แต่ยังสังเกตได้ในกรณีอื่นๆ ของการหักเหของแสงด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการหักเหของแสงแดดในหยดน้ำจะมาพร้อมกับการสลายตัวของรังสีหลากสี ซึ่งอธิบายการก่อตัวของรุ้งกินน้ำ

เพื่อให้ได้สเปกตรัม นิวตันได้ส่งลำแสงแสงอาทิตย์ทรงกระบอกที่ค่อนข้างกว้างไปบนปริซึมผ่านรูกลมที่ทำในชัตเตอร์

สเปกตรัมที่ได้รับในลักษณะนี้คือชุดภาพหลายสีของรูกลมที่ทับซ้อนกันบางส่วน เพื่อให้ได้สเปกตรัมที่สะอาดขึ้น เมื่อศึกษาปรากฏการณ์เช่นการกระจายตัวของแสง นิวตันเสนอว่าไม่ใช้รูกลม แต่เป็นช่องแคบๆ ที่ขนานกับขอบการหักเหของแสงของปริซึม เมื่อใช้เลนส์ จะได้ภาพรอยแยกที่ชัดเจนบนหน้าจอ หลังจากนั้นจึงติดตั้งปริซึมไว้ด้านหลังเลนส์ ซึ่งจะสร้างสเปกตรัม

สเปกตรัมที่บริสุทธิ์และสว่างที่สุดได้มาโดยใช้เครื่องมือพิเศษ - สเปกโตรสโคปและสเปกโตรกราฟ

การดูดกลืนแสงเป็นปรากฏการณ์ที่พลังงานของคลื่นแสงลดลงเมื่อมันผ่านสสาร สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการแปลงพลังงานของคลื่นแสงเป็นพลังงานของการแผ่รังสีทุติยภูมิหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือสารที่มีองค์ประกอบสเปกตรัมที่แตกต่างกันและทิศทางการแพร่กระจายอื่น ๆ

การดูดกลืนแสงสามารถทำให้เกิดความร้อนของสาร การแตกตัวเป็นไอออนหรือการกระตุ้นของโมเลกุลหรืออะตอม ปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอล รวมถึงกระบวนการอื่นๆ ในสาร