Teoria atomică Dispersia • Dzheyms Trefil, enciclopedia „două sute de legi ale universului“

Viteza de propagare a razelor luminoase de frecvențe diferite în mediu este determinată de proprietățile materiei la nivel atomic.

Știm că viteza luminii din mediul respectiv este mai mică decât viteza luminii în vid. Această proprietate este de obicei reflectată în așa-numitul coeficient sau indicele de refracție, care este definit prin:

unde c - a vitezei luminii în vid și v - în mediu.

Lumina incetineste in mediu, ca rezultat al interacțiunii constante cu cojile de electroni de atomi. Situația de aici este comparabil cu traficul în cazul în care viteza luminii în vid asemănat cu circulația rutieră suburbane perfect drepte și absolut gratuit, pe care masina poate tot drumul de a merge la viteza maxima, viteza luminii în mediul înconjurător, vă puteți imagina mișcarea orașului mare - lumina ray mașina din nou și din nou, la următoarele intersecții frâne atom. Ca rezultat, viteza luminii în materialul este cu siguranță mai mică decât viteza luminii în vid. Indicele de refracție, în particular, sticla este de aproximativ 1,5; De aceea, lumina se propagă în sticlă cu aproximativ o treime mai lent decât în ​​vid.

Faptul că nu este numai diferite materiale au diferite indici de refracție, dar, de asemenea, într-un fascicule de lumină materiale de diferite culori sunt refractate în mod diferit, este cunoscut pentru o lungă perioadă de timp. Acest fenomen se numește dispersie a luminii. Conform legii lui Snell, unghiul de refracție al fasciculului, după ce intră în mediul transparent depinde de indicele de refracție al mediului, respectiv varianța se manifestă prin aceea că razele de culori diferite, având indici de refracție în mediu, sunt refractate în unghiuri diferite. In cele mai multe materiale, în special în sticlă, există o dispersie normală. în care indicele de refracție este invers proporțională cu lungimea de undă a undei mai scurt, cu atât mai mare indicele de refracție. (Unele substanțe, cu toate acestea, au o serie de lungimi de undă de lumină care se confruntă cu anomalnayadispersiya. Valurile sunt refractate mai lungi.)

Acest principiu stă la baza acțiunii prismei. După contactul cu un „alb“ convențional (și, de fapt, conține toate culorile spectrului) lumina, cum ar fi lumina soarelui pe lentila fasciculului începe să se împartă imediat după trecerea frontierei în afara geamului, deoarece razele ultraviolete sunt refractate cel mai puternic, și roșu - cel mai slab. Ca urmare, după trecerea a doua frontieră fereastră cu lumină albă fascicul de aer este împărțit în razele sale componente de culoare. Ca urmare, ne vedem pe ecran sau perete, imaginea familiară a spectrului de curcubeu.

Apropo, despre curcubeu: ea apare, de asemenea, ca urmare a dispersiei luminii în picăturile de ploaie. Noțiuni de bază în picături de raze solare este refractată în interiorul apare picătura, dispersia și apoi se răspândește pe spectrul fasciculului reflectat din picăturile emisferei din spate pe drumul de intoarcere este dispersia sa în continuare, și în cele din urmă, fasciculul trece înapoi prin suprafața frontală picături, fiind desfășurat pentru spectrul curcubeu lumina soarelui. De aceea, vedem doar un curcubeu atunci când soarele este pe de o parte dintre noi și ploaia vine din cealaltă parte. Din cauza dispersiei fiecare culoare în lumină reflectată adună sub unghiul său strict definit, iar acest lucru explică de ce un curcubeu formează un arc de cerc pe cer. Culorile curcubeului în secțiunea de furtună nu este foarte clar, deoarece picăturile au un diametru diferit, și o picătură de dispersie este mai puternică pe de altă parte - mai slab. Perceput ca curcubeu nostru set de vedere format grinzi reflectate din toate picăturile de ploaie, la momentul care trece prin reflexie zona de supraveghere.

Mai rar curcubeu dublu are loc atunci când în interiorul fasciculului de lumină picăturilor de ploaie este reflectată de suprafața interioară a dublului, dar destul de rar curcubeu triplu arată efectul reflexiei triplu al fasciculului în picăturile de ploaie.

Principalul fizic cauzele varianța ar putea fi explicate numai în cadrul teoriei atomice moderne a structurii materiei și interacțiunea luminii cu materia. La fel ca razele spectrului electromagnetic. fasciculele de lumină sunt unde electromagnetice transversale. Câmpul electric este excitat într-un astfel de val, în conformitate cu ecuațiile lui Maxwell pentru electronii afecteaza atomii, excitant ei. Excited, electronul absoarbe un foton de o anumită frecvență pentru a emite aproape imediat exact același foton și a reveni la starea normală de pe orbitalii neocupați inferior atomului său. Astfel, lumina se propagă în mediu prin intermediul unui lanț de absorbție continuă și emisia de fotoni. Aceasta este ceea ce a cauzat încetinirea ritmului de propagare a luminii în mediu.

Electronii in atomi - prizonieri de nucleele lor. Pentru a înțelege unele fenomene ale lumii subatomice este util să ne imaginăm electronii sunt atașate la nuclee de arcuri dure. reacția de electroni privind expunerea câmpului electric de undă a luminii depinde de modul în care frecvența undelor corespunde cu frecvența naturală a acestui arc imaginar. Calculele arată că fotonii este mai scurt lungimea undei de lumină, cu atât mai mare probabilitatea apariției sale în rezonanță cu frecvențele naturale de excitație a electronilor și deci mai mulți electroni vor absorbi și reemit corespunzătoare frecvenței, întârziind astfel propagarea luminii la această frecvență. Este dovedit faptul că intensitatea emisiei undelor luminoase secundare ale atomilor este proporțională cu lungimea de undă a patra putere!

Consecința acestui efect interacțiunea luminii cu atomi și este împrăștierea luminii în mediu. Lumina nu interacționează cu atomii ajunge la noi în mod direct. Prin urmare, atunci când nu se uita la sursa de lumină, iar lumina împrăștiată de la această sursă, vom vedea în ea predominanța unde scurte partea albastră a spectrului.

Acesta este motivul pentru care cerul albastru arată și soarele galben! Când te uiți în sus la cer departe de soare, veți vedea lumina soarelui acolo împrăștiate, care este dominat de unde scurte partea albastră a spectrului. Când te uiți direct la soare, vă uitați spectrul său de emisie, din care, prin atomii de difuzie a aerului eliminat porțiune de lumină albastră și schimburi albe ale spectrului solar original în regiunea galben-roșu al trecerii prin atmosfera. . (Doar nu încercați să verifice acest lucru cu ochii mei, în căutarea direct la intensitatea Soarelui de lumina soarelui este atât de mare încât chiar și oa doua privire la soare la zenit suficient, cel mai bun caz, orbire temporară, și cel mai rău caz - la o deteriorare funcțională cronică .), la apusul soarelui, atunci când razele soarelui fac o călătorie mult mai mult prin atmosfera, soarele ne apare deloc în roșu, ca și în acest caz de dispersie și să dispară din spectrul său, nu numai albastru, dar verde s, și raze galbene.