Die Umwelt gefüllt mit Millionen verschiedener Farbtöne. Dank der Eigenschaften des Lichts hat jedes Objekt und jeder Gegenstand um uns herum eine bestimmte Farbe, die das menschliche Auge wahrnimmt. Das Studium der Lichtwellen und ihrer Eigenschaften hat es den Menschen ermöglicht, einen tieferen Blick auf die Natur des Lichts und die damit verbundenen Phänomene zu werfen. Heute sprechen wir über Varianz.

Natur des Lichts

Physikalisch gesehen ist Licht eine Kombination elektromagnetischer Wellen mit unterschiedliche Bedeutungen Länge und Häufigkeit. Das menschliche Auge nimmt kein Licht wahr, sondern nur Licht, dessen Wellenlänge zwischen 380 und 760 nm liegt. Die übrigen Sorten bleiben für uns unsichtbar. Hierzu zählen beispielsweise Infrarot- und Ultraviolettstrahlung. Der berühmte Wissenschaftler Isaac Newton stellte sich Licht als einen gerichteten Strom des Lichts vor Feinpartikel. Erst später wurde nachgewiesen, dass es sich um eine Welle in der Natur handelt. Allerdings hatte Newton teilweise immer noch recht. Tatsache ist, dass Licht nicht nur Wellenlängen hat, sondern auch korpuskuläre Eigenschaften. Dies wird durch das bekannte Phänomen des photoelektrischen Effekts bestätigt. Es stellt sich heraus, dass der Lichtstrom eine duale Natur hat.

Farbspektrum

Weißes Licht, das für das menschliche Sehen zugänglich ist, ist eine Kombination mehrerer Wellen, von denen jede durch eine bestimmte Frequenz und ihre eigene Photonenenergie gekennzeichnet ist. Dementsprechend kann es in Wellen unterschiedlicher Farbe unterteilt werden. Jeder von ihnen heißt monochromatisch und eine bestimmte Farbe entspricht seinem Wellenlängen-, Wellenfrequenz- und Photonenenergiebereich. Mit anderen Worten: Die von einem Stoff abgegebene (oder absorbierte) Energie verteilt sich entsprechend den oben genannten Indikatoren. Dies erklärt die Existenz des Lichtspektrums. Beispielsweise entspricht die grüne Farbe des Spektrums Frequenzen im Bereich von 530 bis 600 THz und die violette Farbe im Bereich von 680 bis 790 THz.

Jeder von uns hat schon einmal gesehen, wie Strahlen auf geschliffenen Glasprodukten oder beispielsweise auf Diamanten schimmern. Dies kann aufgrund eines Phänomens namens Lichtstreuung beobachtet werden. Dies ist ein Effekt, der die Abhängigkeit des Brechungsindex eines Objekts (Stoff, Medium) von der Länge (Frequenz) der Lichtwelle widerspiegelt, die dieses Objekt durchdringt. Die Folge dieser Abhängigkeit ist die Zerlegung des Strahls in ein Farbspektrum, beispielsweise beim Durchgang durch ein Prisma. Die Lichtstreuung wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

Dabei ist n der Brechungsindex, ƛ die Frequenz und ƒ die Wellenlänge. Der Brechungsindex steigt mit zunehmender Frequenz und abnehmender Wellenlänge. In der Natur beobachten wir häufig eine Ausbreitung. Seine schönste Erscheinungsform ist der Regenbogen, der durch die Streuung des Sonnenlichts beim Durchgang durch zahlreiche Regentropfen entsteht.

Die ersten Schritte zur Entdeckung der Varianz

Wie oben erwähnt, wird der Lichtstrom beim Durchgang durch ein Prisma in ein Farbspektrum zerlegt, das Isaac Newton seinerzeit ausreichend detailliert untersuchte. Das Ergebnis seiner Forschungen war die Entdeckung des Phänomens der Ausbreitung im Jahr 1672. Das wissenschaftliche Interesse an den Eigenschaften des Lichts entstand bereits vor unserer Zeitrechnung. Schon der berühmte Aristoteles bemerkte, dass Sonnenlicht verschiedene Schattierungen haben kann. Der Wissenschaftler argumentierte, dass die Art der Farbe vom „Anteil an Dunkelheit“ im weißen Licht abhängt. Wenn viel davon vorhanden ist, erscheint eine violette Farbe, wenn wenig vorhanden ist, dann rot. Der große Denker sagte auch, dass die Hauptfarbe der Lichtstrahlen Weiß sei.

Erforschung der Vorgänger Newtons

Aristoteles‘ Theorie der Wechselwirkung von Dunkelheit und Licht wurde von Wissenschaftlern des 16. und 17. Jahrhunderts nicht widerlegt. Sowohl der tschechische Forscher Marzi als auch der englische Physiker Hariot führten unabhängig voneinander Experimente mit einem Prisma durch und waren fest davon überzeugt, dass der Grund für das Auftreten unterschiedlicher Schattierungen des Spektrums gerade die Vermischung des Lichtflusses mit der Dunkelheit beim Durchgang durch das Prisma war. Auf den ersten Blick könnte man die Schlussfolgerungen der Wissenschaftler als logisch bezeichnen. Aber ihre Experimente waren eher oberflächlich und sie konnten sie nicht durch zusätzliche Forschung untermauern. Das war, bis Isaac Newton zur Sache kam.

Newtons Entdeckung

Dank des neugierigen Geistes dieses herausragenden Wissenschaftlers wurde bewiesen, dass weißes Licht nicht das Hauptlicht ist und dass andere Farben nicht durch das Zusammenspiel von Licht und Dunkelheit in unterschiedlichen Anteilen entstehen. Newton widerlegte diese Überzeugungen und zeigte, dass weißes Licht in seiner Struktur zusammengesetzt ist und aus allen Farben des Lichtspektrums besteht, die als monochromatisch bezeichnet werden. Beim Durchgang eines Lichtstrahls durch ein Prisma entstehen durch die Zerlegung des weißen Lichts in seine einzelnen Wellenströme verschiedene Farben. Solche Wellen mit unterschiedlicher Frequenz und Länge werden im Medium auf unterschiedliche Weise gebrochen und bilden eine bestimmte Farbe. Newton führte Experimente durch, die auch heute noch in der Physik Anwendung finden. Zum Beispiel Experimente mit gekreuzten Prismen, bei denen zwei Prismen und ein Spiegel verwendet werden und bei denen Licht durch Prismen und einen Lochschirm geleitet wird. Wir wissen heute, dass die Zerlegung von Licht in ein Farbspektrum aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeiten erfolgt, mit denen Wellen unterschiedlicher Länge und Frequenz eine transparente Substanz passieren. Dadurch verlassen manche Wellen das Prisma früher, andere etwas später, wieder andere sogar später und so weiter. Dadurch zerfällt der Lichtstrom.

Anomale Streuung

Anschließend machten Physiker des vorletzten Jahrhunderts eine weitere Entdeckung bezüglich der Dispersion. Der Franzose Leroux entdeckte, dass in einigen Medien (insbesondere in Joddampf) die Abhängigkeit, die das Phänomen der Dispersion ausdrückt, gestört ist. Der in Deutschland lebende Physiker Kundt nahm die Untersuchung dieser Frage auf. Für seine Forschung nutzte er eine von Newtons Methoden, nämlich ein Experiment mit zwei gekreuzten Prismen. Der einzige Unterschied bestand darin, dass Kundt statt eines davon ein prismatisches Gefäß mit einer Cyaninlösung verwendete. Es stellte sich heraus, dass der Brechungsindex beim Durchgang von Licht durch solche Prismen zunimmt und nicht abnimmt, wie es bei Newtons Experimenten mit gewöhnlichen Prismen der Fall war. Der deutsche Wissenschaftler fand heraus, dass dieses Paradoxon auf ein Phänomen wie die Absorption von Licht durch Materie zurückzuführen ist. Im beschriebenen Kundt-Experiment war das absorbierende Medium eine Cyaninlösung, und die Lichtstreuung wurde in solchen Fällen als anomal bezeichnet. In der modernen Physik wird dieser Begriff praktisch nicht verwendet. Heute werden die von Newton entdeckte normale Streuung und die später entdeckte anomale Streuung als zwei Phänomene betrachtet, die mit derselben Lehre zusammenhängen und eine gemeinsame Natur haben.

Linsen mit geringer Dispersion

In der Fototechnik gilt Lichtstreuung als unerwünschtes Phänomen. Es verursacht die sogenannte chromatische Aberration, bei der Farben in Bildern verzerrt erscheinen. Die Farbtöne des Fotos stimmen nicht mit den Farbtönen des fotografierten Motivs überein. Besonders unangenehm wird dieser Effekt für professionelle Fotografen. Aufgrund der Streuung in Fotografien kommt es nicht nur zu Farbverzerrungen, sondern es kommt häufig auch zu einer Unschärfe der Ränder oder umgekehrt zu einem zu stark umrissenen Rand. Globale Fotoausrüstungshersteller bewältigen die Folgen dieses optischen Phänomens mit speziell entwickelten Linsen mit geringer Dispersion. Das Glas, aus dem sie bestehen, hat die hervorragende Eigenschaft, Wellen unterschiedlicher Länge und Frequenz gleichmäßig zu brechen. Objektive, in denen Linsen mit geringer Dispersion eingebaut sind, werden als Achromate bezeichnet.

Seite 1

Das Phänomen der Dispersion in verschiedenen optischen Systemen spielt sowohl eine positive als auch eine negative Rolle. In den Objektiven von Kameras, Mikroskopen und Teleskopen führt die Lichtstreuung zu chromatischen Aberrationen und beeinträchtigt das Bild erheblich; du musst dagegen ankämpfen.

Das Phänomen der Dispersion geht immer mit der resonanten Absorption von Mikrowellenfeldenergie einher – tatsächlich geht Dispersion mit der Absorption in jedem Bereich des Spektrums einher.

Das Phänomen der Dispersion hängt von der Wärmebehandlung des Schalldrahtes ab. Ein äußerst wichtiger Vorgang bei der Verarbeitung von Nickel-Audiokabeln ist das Glühen für 15 bis 30 Minuten bei einer Temperatur von 800 bis 900 °C.

Das Phänomen der Ausbreitung besteht in einer Änderung der Schallausbreitungsgeschwindigkeit, wenn sich seine Frequenz ändert. Einige Freiheitsgrade von Molekülen werden langsamer angeregt als andere, daher kann die Wärmekapazität eines Gases von der Geschwindigkeit seiner Erwärmung abhängen. Wenn sich Schall in einem Gas ausbreitet, dann mit einer niedrigen Schwingungsfrequenz, während des Durchgangs Schallwelle Alle Freiheitsgrade der Moleküle haben Zeit, angeregt zu werden. Es stellt sich ein Gleichgewicht ein, bei dem die Wärmekapazität des Gases ihren Maximalwert erreicht. Wenn die Schallfrequenz hoch ist, haben beim Durchgang der Schallwelle nicht alle Freiheitsgrade Zeit, angeregt zu werden.

Das Phänomen der Dispersion wird auch bei elektronischer und atomarer Polarisation beobachtet. Im Frequenzbereich, der der IR-Strahlung entspricht, verschwindet die atomare Polarisation und im Bereich der sichtbaren und UV-Strahlung verschwindet die elektronische Polarisation.

Die Phänomene der Lichtstreuung sowie die Phänomene der Interferenz und Beugung bei nicht-monochromatischem Licht beweisen, dass eine monochromatische elektromagnetische Welle mit einer bestimmten Frequenz (oder Wellenlänge im Vakuum) zum Bereich der sichtbaren Lichtwellen gehört (IV. Streng genommen Monochromatisches Licht kann grundsätzlich nicht existieren. Dies liegt an den Prozessen der Lichtemission.

Die Phänomene der optischen Rotationsdispersion und des Zirkulardichroismus sind seit langem bekannt. Die Abhängigkeit des Drehwinkels der Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht, das eine Materieschicht durchdringt, von der Wellenlänge des Lichts (optische Rotationsdispersion) wurde bereits 1811 von Arago festgestellt. Das Phänomen der selektiven Absorption von Komponenten zirkular polarisierten Lichts durch eine Substanz, der Zirkulardichroismus, wurde 1847 von Haidinger entdeckt. Mehr als 100 Jahre lang wurden diese Phänomene in der organischen Chemie kaum genutzt.

Alle Prismenspektralinstrumente basieren auf dem Dispersionsphänomen. Das dispergierende Element solcher Geräte sind ein oder mehrere Prismen.

Eine experimentelle Untersuchung des Phänomens der Lichtstreuung wurde erstmals 1666 von Newton durchgeführt, indem er weißes Licht durch ein Prisma leitete. Folglich haben die am stärksten abweichenden violetten Strahlen im Glas eine geringere Ausbreitungsgeschwindigkeit als die weniger abweichenden roten.

Wenn das Dispersionsphänomen Partikel (Ionen) mit einbezieht verschiedene Massen und Gebühren, dann werden e und m ebenfalls mit Indizes versehen und unter dem Summenzeichen aufgeführt.

Manchmal, wenn danach Starkregen Die Sonne scheint wieder und man sieht einen Regenbogen. Dies geschieht, weil die Luft mit winzigem Wasserstaub gesättigt ist. Jeder Wassertropfen in der Luft fungiert als winziges Prisma und spaltet das Licht in verschiedene Farben.

Vor etwa 300 Jahren ließ I. Newton die Sonnenstrahlen durch ein Prisma passieren. Er entdeckte, dass weißes Licht eine „wunderbare Farbmischung“ ist.

Das ist interessant… Warum gibt es im Spektrum des weißen Lichts nur 7 Farben?

Aristoteles gab beispielsweise nur drei Farben des Regenbogens an: Rot, Grün, Violett. Newton identifizierte zunächst fünf Farben im Regenbogen, später zehn. Später entschied er sich jedoch für sieben Farben. Die Wahl erklärt sich höchstwahrscheinlich aus der Tatsache, dass die Zahl Sieben als „magisch“ galt (sieben Weltwunder, sieben Wochen usw.).

Die Lichtstreuung wurde erstmals 1666 von Newton experimentell entdeckt, als er einen schmalen Sonnenlichtstrahl durch ein Glasprisma schickte. Im Spektrum des weißen Lichts, das er erhielt, identifizierte er sieben Farben: Aus diesem Experiment schloss Newton, dass „Lichtstrahlen, die sich in der Farbe unterscheiden, sich im Grad der Brechung unterscheiden“. Violette Strahlen werden am stärksten gebrochen, rote am wenigsten.

Weißes Licht ist ein komplexes Licht, das aus verschiedenen Wellenlängen (Frequenzen) besteht. Jede Farbe hat ihre eigene Wellenlänge und Frequenz: Rot, Orange, Grün, Blau, Indigo, Violett – diese Zerlegung des Lichts nennt man Spektrum.

Wellen unterschiedlicher Farbe werden in einem Prisma unterschiedlich gebrochen: weniger Rot, mehr Violett. Das Prisma lenkt Wellen unterschiedlicher Farbe in verschiedenen Winkeln ab. Ihr Verhalten erklärt sich aus der Tatsache, dass sich die Geschwindigkeit der „roten“ Wellen beim Übergang von der Luft in ein Glasprisma weniger ändert als „ lila" Je kürzer also die Wellenlänge (je höher die Frequenz), desto größer ist der Brechungsindex des Mediums für solche Wellen.

Unter Dispersion versteht man die Abhängigkeit des Brechungsindex des Lichts von der Schwingungsfrequenz (oder Wellenlänge).

Für Wellen unterschiedlicher Farbe sind die Brechungsindizes einer bestimmten Substanz unterschiedlich; Dadurch wird bei der Ablenkung durch ein Prisma weißes Licht in zerlegt Reichweite.

Wenn eine monochromatische Lichtwelle von der Luft in die Materie gelangt, nimmt die Wellenlänge des Lichts ab. die Schwingungsfrequenz bleibt unverändert. Die Farbe bleibt unverändert.

Bei der Überlagerung aller Farben des Spektrums entsteht weißes Licht.

Warum sehen wir Objekte farbig? Farbe erzeugt keine Farbe Es absorbiert oder reflektiert Licht selektiv.

Grundlegende Zusammenfassung:

Fragen zur Selbstkontrolle zum Thema „Lichtstreuung“

1. Wie nennt man Lichtstreuung?
2. Zeichnen Sie Diagramme, um das Spektrum von weißem Licht mit einem Glasprisma zu erhalten.
3. Warum erzeugt weißes Licht beim Durchgang durch ein Prisma ein Spektrum?
4. Vergleichen Sie die Brechungsindizes für rotes und violettes Licht.
5. Welches Licht breitet sich in einem Prisma schneller aus – rotes oder violettes?
6. Wie lässt sich die Farbvielfalt der Natur aus wellenoptischer Sicht erklären?
7. Welche Farbe werden umliegende Objekte durch einen Rotfilter sichtbar sein? Warum?

Weißes Licht. Zerlegung von weißem Licht in ein Spektrum. Abhängigkeit des Brechungsindex von der Geschwindigkeit der Strahlungsausbreitung (Lichtstreuung).

weißes Licht- elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich, die im normalen menschlichen Auge ein farbneutrales Lichtempfinden hervorruft. Das Spektrum des weißen Lichts kann entweder kontinuierlich (z. B. die Wärmestrahlung eines Körpers, der auf eine Temperatur nahe der Temperatur der Sonnenphotosphäre, etwa 6000 K, erhitzt wird) oder linear sein; im letzteren Fall umfasst das Spektrum mindestens drei monochromatische Strahlungen, die eine Reaktion hervorrufen drei Typen farbempfindliche Zellen im normalen menschlichen Auge.

Lichtstreuung(Lichtzerlegung) ist das Phänomen der Abhängigkeit des absoluten Brechungsindex einer Substanz von der Wellenlänge (oder Frequenz) des Lichts (Frequenzdispersion) oder, dasselbe, die Abhängigkeit der Phasengeschwindigkeit des Lichts in einer Substanz auf der Wellenlänge (oder Frequenz). Es wurde um 1672 von Newton experimentell entdeckt, obwohl es viel später theoretisch recht gut erklärt wurde.

Weißes Licht wird in ein Spektrum zerlegt, wenn es ein Beugungsgitter passiert oder daran reflektiert wird (dies hängt nicht mit dem Phänomen der Dispersion zusammen, sondern wird durch die Natur der Beugung erklärt). Die Beugungs- und Prismenspektren unterscheiden sich etwas: Das Prismenspektrum ist im roten Teil gestaucht und im Violett gestreckt und in absteigender Reihenfolge der Wellenlänge angeordnet: von Rot nach Violett; Das normale (Beugungs-)Spektrum ist in allen Bereichen einheitlich und in der Reihenfolge zunehmender Wellenlängen geordnet: von violett bis rot.

Brechungsindex Substanzen - eine Größe, die dem Verhältnis der Phasengeschwindigkeiten des Lichts (elektromagnetische Wellen) im Vakuum und in einem bestimmten Medium entspricht. Auch für alle anderen Wellen, zum Beispiel Schall, wird manchmal vom Brechungsindex gesprochen, obwohl in Fällen wie Letzterem die Definition natürlich irgendwie lauten muss [ Quelle nicht angegeben 121 Tage] ändern.
Der Brechungsindex hängt von den Eigenschaften des Stoffes und der Wellenlänge der Strahlung ab; bei manchen Stoffen ändert sich der Brechungsindex recht stark, wenn sich die Frequenz elektromagnetischer Wellen von niedrigen Frequenzen zu optischen und darüber hinaus ändert, und kann sich auch noch stärker ändern bestimmte Bereiche der Frequenzskala. Die Vorgabe bezieht sich in der Regel auf die optische Reichweite oder die durch den Kontext bestimmte Reichweite.

Das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels (α) des Strahls zum Sinus des Brechungswinkels (γ) beim Übergang des Strahls vom Medium A zum Medium B wird aufgerufen relativer Brechungsindex für dieses Paar von Umgebungen.

Ein Strahl, der aus einem luftleeren Raum auf die Oberfläche eines Mediums B fällt, wird stärker gebrochen, als wenn er von einem anderen Medium A darauf fällt; Der Brechungsindex eines Strahls, der aus einem luftleeren Raum auf ein Medium einfällt, wird als sein bezeichnet absoluter Brechungsindex oder einfach der Brechungsindex eines bestimmten Mediums, dies ist der Brechungsindex, dessen Definition am Anfang des Artikels angegeben ist. Der Brechungsindex jedes Gases, einschließlich Luft, bei normale Bedingungen viel kleiner als die Brechungsindizes von Flüssigkeiten oder Feststoffen, daher ungefähr (und mit relativ guter Genauigkeit) in absoluten Zahlen Die Brechung kann anhand des Brechungsindex relativ zur Luft beurteilt werden.

6.2 Farbdreieck. Primär- und Sekundärfarben. Drei-Komponenten-Vision

Im Jahr 1807 entwickelte Thomas Jung die Theorie des Farbsehens, basierend auf der Annahme, dass es in der Netzhaut des Auges drei Arten von Sinnesfasern gibt, die auf drei Grundfarben reagieren. Wenn drei Farben hinzugefügt werden, kann eine Farbe erhalten werden (1806). ) Maxwell. Maxwells wissenschaftliches Hauptinteresse galt zu dieser Zeit jedoch der Arbeit zur Farbtheorie. Es geht auf das Werk von Isaac Newton zurück, der an der Idee der sieben Grundfarben festhielt. Maxwell fungierte als Fortsetzer der Theorie von Thomas Young, der die Idee der drei Grundfarben vorbrachte und diese damit verband physiologische Prozesse im menschlichen Körper. Primär- und Sekundärfarben. Der Begriff „Zusatzfarbe“ wurde analog zur „Primärfarbe“ eingeführt. Es wurde festgestellt, dass die optische Mischung bestimmter Farbpaare den Eindruck von Weiß hervorrufen kann. Also zum Dreiklang der Primärfarben Rot grün blau Zusätzlich sind Cyan-Magenta-Gelb- Farben. An Farbkreis Diese Farben sind gegensätzlich angeordnet, so dass sich die Farben beider Triaden abwechseln. In der Druckpraxis werden als Primärfarben unterschiedliche Sätze von „Primärfarben“ verwendet.

6.3. Absolut schwarzer Körper, sein Standard- und Emissionsspektrum. Bunte Temperatur. Eine Maßeinheit für die Farbtemperatur.

ABC - perfekter Körper und absorbiert die gesamte auf ihn einfallende Strahlungsenergie vollständig. Die Strahlung eines solchen Körpers ist bei jeder Temperatur im Vergleich zu allen anderen nichtschwarzen Körpern maximal, und die spektrale Verteilung der emittierten Energie hängt nur von der Temperatur und nicht von der Beschaffenheit des Körpers ab. Bei einem absolut schwarzen Körper sind die absolute und die Farbtemperatur gleich, weshalb der absolut schwarze Körper als Lichtstandard verwendet wird. In der Natur gibt es keine absolut schwarzen Körper, aber ein nahezu absolut schwarzer Körper wird künstlich in Form eines sehr kleinen Lochs in einem geschlossenen Hohlraum nachgebildet, dessen Innenfläche eine sehr starke Absorption aufweist. Jeder in das Loch eintretende Strahl wird nach mehreren Reflexionen an den Wänden des Hohlraums vollständig absorbiert.

Jeder Jäger möchte wissen, wo der Fasan sitzt. Wie wir uns erinnern, bezeichnet dieser Ausdruck die Farbfolge des Spektrums: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett. Wer hat das gezeigt? weiße Farbe Das ist die Gesamtheit aller Farben, was hat ein Regenbogen, wunderschöne Sonnenuntergänge und Sonnenaufgänge, Glanz damit zu tun? Edelsteine? All diese Fragen beantwortet unsere Lektion, deren Thema „Streuung des Lichts“ lautet.

Bis zur zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts war die Farbe nicht völlig klar. Einige Wissenschaftler sagten, dass dies eine Eigenschaft des Körpers selbst sei, andere behaupteten, es handele sich um unterschiedliche Kombinationen von Hell und Dunkel, wodurch die Konzepte von Farbe und Beleuchtung verwechselt würden. Dieses Farbchaos herrschte, bis Isaac Newton ein Experiment zur Übertragung von Licht durch ein Prisma durchführte (Abb. 1).

Reis. 1. Strahlengang in einem Prisma ()

Erinnern wir uns daran, dass ein Strahl, der durch ein Prisma geht, eine Brechung erfährt, wenn er von Luft zu Glas gelangt, und dann eine weitere Brechung – von Glas zu Luft. Die Flugbahn des Strahls wird durch das Brechungsgesetz beschrieben, und der Grad der Abweichung wird durch den Brechungsindex charakterisiert. Formeln, die diese Phänomene beschreiben:

Reis. 2. Newtons Experiment ()

In einem dunklen Raum dringt ein schmaler Sonnenstrahl durch die Fensterläden; Newton stellt ihm ein dreieckiges Glasprisma in den Weg. Ein Lichtstrahl, der durch ein Prisma ging, wurde darin gebrochen, und auf dem Bildschirm hinter dem Prisma erschien ein mehrfarbiger Streifen, den Newton Spektrum nannte (vom lateinischen „Spektrum“ – „Sehen“). Weiße Farbe verwandelte sich gleichzeitig in alle Farben (Abb. 2). Welche Schlussfolgerungen zog Newton?

1. Licht hat Komplexe Struktur(Apropos moderne Sprache- weißes Licht enthält Elektromagnetische Wellen verschiedene Frequenzen).

2. Licht verschiedener Farben unterscheidet sich im Brechungsgrad (gekennzeichnet durch unterschiedliche Brechungsindizes in einem bestimmten Medium).

3. Die Lichtgeschwindigkeit hängt vom Medium ab.

Newton hat diese Schlussfolgerungen in seiner berühmten Abhandlung „Optics“ dargelegt. Was ist der Grund für diese Zerlegung des Lichts in ein Spektrum?

Wie Newtons Experiment zeigte, war Rot die am schwächsten gebrochene Farbe und Violett die am stärksten gebrochene Farbe. Denken Sie daran, dass der Brechungsgrad von Lichtstrahlen durch den Brechungsindex n gekennzeichnet ist. Rote Farbe unterscheidet sich von Violett in der Häufigkeit; Rot hat eine niedrigere Häufigkeit als Violett. Da der Brechungsindex zunimmt, wenn wir uns vom roten Ende des Spektrums zum violetten Ende bewegen, können wir daraus schließen, dass der Brechungsindex von Glas mit zunehmender Lichtfrequenz zunimmt. Dies ist die Essenz des Phänomens der Streuung.

Erinnern wir uns daran, wie der Brechungsindex mit der Lichtgeschwindigkeit zusammenhängt:

n ~ ν; V ~ => ν =

n – Brechungsindex

C – Lichtgeschwindigkeit im Vakuum

V – Lichtgeschwindigkeit im Medium

ν - Lichtfrequenz

Das heißt, je höher die Lichtfrequenz, desto geringer ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts im Glas. Daher ist die höchste Geschwindigkeit im Inneren eines Glasprismas rot und die niedrigste Geschwindigkeit violett.

Der Unterschied in der Lichtgeschwindigkeit für verschiedene Farben wird nur in Gegenwart eines Mediums durchgeführt; natürlich breitet sich im Vakuum jeder Lichtstrahl jeder Farbe mit der gleichen Geschwindigkeit m/s aus. So haben wir herausgefunden, dass der Grund für die Zerlegung der weißen Farbe in ein Spektrum das Phänomen der Dispersion ist.

Streuung- Abhängigkeit der Lichtausbreitungsgeschwindigkeit in einem Medium von seiner Frequenz.

Das von Newton entdeckte und untersuchte Phänomen der Dispersion wartete mehr als 200 Jahre lang auf seine Erklärung; erst im 19. Jahrhundert schlug der niederländische Wissenschaftler Lawrence vor klassische Theorie Abweichungen.

Der Grund für dieses Phänomen ist die Wechselwirkung von außen elektromagnetische Strahlung, also Licht mit dem Medium: Je höher die Frequenz dieser Strahlung, desto stärker ist die Wechselwirkung, das heißt, desto stärker wird der Strahl abgelenkt.

Die Streuung, über die wir gesprochen haben, wird als normal bezeichnet, das heißt, der Frequenzindikator nimmt zu, wenn die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung zunimmt.

In einigen seltenen Medien ist eine anomale Dispersion möglich, d. h. der Brechungsindex des Mediums nimmt mit abnehmender Frequenz zu.

Wir haben gesehen, dass jede Farbe einer bestimmten Wellenlänge und Frequenz entspricht. Eine Welle, die in verschiedenen Medien derselben Farbe entspricht, hat dieselbe Frequenz, aber unterschiedliche Wellenlängen. Wenn man von der Wellenlänge spricht, die einer bestimmten Farbe entspricht, meint man meistens die Wellenlänge im Vakuum oder in der Luft. Das jeder Farbe entsprechende Licht ist monochromatisch. „Mono“ bedeutet eins, „chromos“ bedeutet Farbe.

Reis. 3. Anordnung der Farben im Spektrum nach Wellenlängen in der Luft ()

Die längste Wellenlänge ist Rot (Wellenlänge - von 620 bis 760 nm), die kürzeste Wellenlänge ist Violett (von 380 bis 450 nm) und die entsprechenden Frequenzen (Abb. 3). Wie Sie sehen, gibt es in der Tabelle keine weiße Farbe, die weiße Farbe ist die Summe aller Farben, diese Farbe entspricht keiner streng definierten Wellenlänge.

Was erklärt die Farben der Körper, die uns umgeben? Sie werden durch die Fähigkeit des Körpers erklärt, auf ihn einfallende Strahlung zu reflektieren, also zu streuen. Wenn beispielsweise eine weiße Farbe, die die Summe aller Farben ist, auf einen Körper fällt, dieser Körper jedoch die rote Farbe am besten reflektiert und andere Farben absorbiert, erscheint er uns dann genau rot. Es erscheint der Körper, der Blau am besten reflektiert von blauer Farbe usw. Wenn der Körper alle Farben reflektiert, erscheint er am Ende weiß.

Es ist die Streuung des Lichts, also die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Wellenfrequenz, die das schöne Naturphänomen – den Regenbogen – erklärt (Abb. 4).

Reis. 4. Das Phänomen des Regenbogens ()

Regenbögen entstehen, wenn Sonnenlicht von in der Atmosphäre schwebenden Wasser-, Regen- oder Nebeltröpfchen gebrochen und reflektiert wird. Diese Tröpfchen lenken Licht unterschiedlicher Farbe auf unterschiedliche Weise ab, wodurch die weiße Farbe in ein Spektrum zerlegt wird, d entlang konzentrischer Bögen.

Die Dispersion erklärt auch das bemerkenswerte Farbspiel auf den Facetten von Edelsteinen.

1. Das Phänomen der Dispersion ist die Zerlegung von Licht in ein Spektrum aufgrund der Abhängigkeit des Brechungsindex von der Frequenz der elektromagnetischen Strahlung, also der Frequenz des Lichts. 2. Die Körperfarbe wird durch die Fähigkeit des Körpers bestimmt, eine bestimmte Frequenz elektromagnetischer Strahlung zu reflektieren oder zu streuen.

Referenzliste

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Physik (Grundniveau) - M.: Mnemosyne, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Physik 10. Klasse. - M.: Mnemosyne, 2014.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Physik - 9, Moskau, Bildung, 1990.

Hausaufgaben

1. Welche Schlussfolgerungen zog Newton nach seinem Experiment mit einem Prisma?
2. Streuung definieren.
3. Was bestimmt die Körperfarbe?

1. Internetportal B -i-o-n.ru ().
2. Internetportal Sfiz.ru ().
3. Internetportal Femto.com.ua ().