Главная > Физика > Курс физики (Грабовский Р.И.)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 116. Дисперсия света. Спектры

Значение показателя преломления среды определяется в основном свойствами этой среды; однако в некоторой мере оно зависит еще от длины волны (или от частоты) света, так как световые волны различной длины распространяются в данной среде с различной скоростью. Поэтому одна и та же среда по-разному преломляет различные монохроматические лучи.

Зависимость показателя преломления среды от длины волны света носит название дисперсии света. В более широком смысле дисперсией света называют разложение света в спектр, происходящее при его преломлении, интерференции или дифракции.

Дисперсия называется нормальной, если показатель преломления возрастает с уменьшением длины световой волны. В противном случае дисперсия называется аномальной. Бесцветные прозрачные среды (т. е. среды, слабо поглощающие свет) обладают нормальной дисперсией; они наиболее сильно преломляют фиолетовые (коротковолновые) лучи. У окрашенных сред может иметь место аномальная дисперсия.

Благодаря дисперсии луч белого света, проходящий через преломляющую среду, оказывается разложенным на различные монохроматические лучи. Попадая на экран, эти лучи образуют дисперсионный спектр — совокупность разноцветных полос.

Наиболее отчетливо дисперсионный спектр обнаруживается при преломлении света в веществе, имеющем клинообразную форму, например в призме. На рис. 287 показан случай дисперсии света в стеклянной призме. Так как стекло обладает нормальной дисперсией, то угол отклонения для фиолетового луча больше, чем для красного

Рис. 287

Угол между лучами, соответствующими крайним цветам дисперсионного спектра, называется углом дисперсии; от него зависит ширина спектра. Из формулы (6) и рис. 287 следует, что

где показатели преломления призмы для фиолетового и красного цвета. Разность обычно служит количественной характеристикой дисперсии вещества. Вообще же мерой дисперсии является отношение изменения показателя преломления к соответствующему изменению длины световой волны т. е. величина

Призмы применяются в спектрометрах и спектрографах для получения дисперсионных спектров.

Внешний вид спектров может быть весьма разнообразным в зависимости от свойств источника света. Различают три основных типа спектров: сплошные, линейчатые и полосатые.

В сплошном спектре представлены все цвета (длины волн), причем переход от одного цвета к другому совершается постепенно (непрерывно), как это видно на форзаце в конце книги (поз. а).

Линейчатый спектр состоит из ряда резко очерченных цветных линий, отделенных друг от друга широкими темными промежутками (поз. б). Каждой линии соответствует одна определенная длина световой волны. Полосатый спектр состоит из большого числа линий, расположенных отдельными группами. В каждой такой группе линии настолько сближены, что при наблюдении в прибор с небольшой разрешающей способностью вся группа представляется в виде отдельной полосы (поз. в). Таким образом, каждой полосе спектра соответствует некоторый интервал длин световых волн.

Линейчатые спектры излучаются отдельными (не взаимодействующими друг с другом) возбужденными атомами. Излучение обусловлено переходами связанных электронов на более низкие энергетические уровни (орбиты).

Полосатые спектры излучаются отдельными возбужденными молекулами» Излучение вызвано как электронными переходами в атомах, так и колебательными движениями самих атомов в молекуле.

Сплошные спектры излучаются совокупностями многих взаимодействующих между собой молекулярных и атомных ионов. Основную роль в излучении играет хаотическое движение этих частиц (колебательное и вращательное), обусловленное высокой температурой.

Из сказанного следует, что раскаленные твердые и жидкие вещества и сжатые газы дают сплошной спектр излучения. Для разреженных газов (атомы и молекулы которых возбуждены, например, нагреванием или электрическим разрядом) характерны линейчатые и полосатые спектры. Причем газы, состоящие из многоатомных молекул (кислород, углекислый газ, водяной пар и т. д.), дают полосатый спектр, а одноатомные газы (инертные газы, пары металлов, диссоциированные многоатомные газы) — линейчатый спектр.

Для каждого химического элемента (находящегося в состоянии разреженного газа или пара) характерен вполне определенный спектр излучения (по числу спектральных линий, их цвету и взаимному расположению). На этом основан спектральный метод определения химического состава веществ (спектральный анализ).

Если свет от источника, дающего сплошной спектр, предварительно пропущен через разреженный газ (или пар), то на спектре появляются черные линии (или полосы), которые соответствуют линиям (или полосам) спектра излучения данного газа. Такого рода спектр, называемый спектром поглощения, обусловлен тем, что, согласно закону Кирхгофа (см. § 130), газы поглощают точно те линии спектра, которые они сами излучают. Примером спектра поглощения может служить спектр поглощения солнечной атмосферы (фотосферы): на сплошном спектре излучения Солнца отчетливо видны черные линии поглощения, называемые фраунгоферовыми линиями (поз. г).

Исследование спектров имеет очень большое значение для выяснения процессов, происходящих в атомах и молекулах, и познания структуры вещества.

Более подробно вопрос о спектрах — в частности, механизм их образования рассмотрен в гл. XIX на основе квантовых представлений о природе света.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление