3.2. Дисперсия света и дисперсия вещества. Нормальная и аномальная дисперсия. Закон Бугера.

Дисперсией света называется зависимость показателя преломления среды (или скорости распространения света в среде) от частоты (или длины волны λ): .

Дисперсией вещества называется величина , имея в виду, что– длина волны в вакууме.

Для прозрачных веществ справедлив эмпирический закон зависимости от:

,

где С и В – константы, зависящие от рода вещества. Здесь возрастает с уменьшением, а, такая зависимость соответствуетнормальной дисперсии. Однако, есть участки спектра, где наоборот, . Это – областианомальной дисперсии. Аномальная дисперсия наблюдается в тех интервалах длин волн, где имеет место сильное поглощение света.

Дисперсию можно объяснить на основе электромагнитной теории света и электронной теории строения вещества (теория Лоренца).

Если на вещество падает световая волна , то под ее действием электроны совершают вынужденные колебания с частотой вынуждающей силы. В результате этих колебаний в произвольный момент времени электрон смещается из положения равновесия на величину, в результате чего в атоме возникает электрический дипольный момент, где– заряд электрона. Тогда в единице объема вещества возникает электрический дипольный момент

,

гдеN – концентрация атомов в веществе.

Из законов электростатики известно, что , где– диэлектрическая восприимчивость вещества,– электрическая постоянная (в единицах СИ). Учитывая, что диэлектрическая проницаемость среды, аи используя формулу для амплитуды вынужденных колебаний, можно получить

.

Вэтом выражении– число электронов в атоме, обладающих собственной частотой,– коэффициент затухания колебаний,m – масса электрона. В пренебрежении затуханием получим более простую формулу, записанную через длины волн:

.

Из этих графиков видно, что в области поглощения имеет место аномальная дисперсия. Чтобы наблюдать аномальную дисперсию, поглощение должно быть весьма значительным.

При прохождении света через вещество часть энергии волны переходит во внутреннюю энергию вещества. Поэтому интенсивность света уменьшается, свет поглощается в веществе. Это поглощение описывает закон Бугера:

.

Здесь – интенсивность света на входе в поглощающий слой толщиныl, α – коэффициент поглощения среды.

Вопросы для самоконтроля

1) В чем заключается поперечный характер распространения электромагнитных волн. 2) Что называется поляризацией волн.

3) Какие виды поляризации вы знаете?

4) Линейная поляризация электромагнитных волн.

5) Что называется циркулярно- и эллиптически поляризованными волнами.

6) В чем заключается поляризация электромагнитных волн при отражении от границы раздела двух сред.

7) Сформулируйте закон Малюса.

7) Сформулируйте и объясните закон Брюстера.

8) Что называется поглощением света?

9) Запишите закон Бугера и объясните.

10) Что называется дисперсией света? Какие виды дисперсии света вы знаете.

11) В чем заключается поляризация коэффициента дисперсии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Детлаф, А.А. Курс физики учеб. пособие / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский.-7-е изд. Стер.-М. : ИЦ «Академия».-2008.-720 с.

2. Савельев, И.В. Курс физики: в 3т.: Т.2: Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика / И.В. Савельев.-4-е изд. стер. – СПб.; М. Краснодар: Лань.-2008.- 480 с.

3. Трофимова, Т.И. курс физики: учеб. пособие/ Т.И. Трофимова.- 15-е изд., стер.- М.: ИЦ «Академия», 2007.-560 с.

Дополнительная

1. Фейнман, Р. Фейнмановские лекции по физике / Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. – М.: Мир.

Т.1. Современная наука о природе. Законы механики. – 1965. –232 с.

Т. 2. Пространство, время, движение. – 1965. – 168 с.

Т. 3. Излучение. Волны. Кванты. – 1965. – 240 с.

2. Берклеевский курс физики. Т.1,2,3. – М.: Наука, 1984

Т. 1. Китель, Ч. Механика / Ч. Китель, У. Найт, М. Рудерман. – 480 с.

Т. 2. Парселл, Э. Электричество и магнетизм / Э. Парселл. – 448 с.

Т. 3. Крауфорд, Ф. Волны / Ф. Крауфорд – 512 с.

3. Фриш, С.Э. Курс общей физики: в 3 т.: учеб. / С.Э. Фриш, А.В. Тиморева.- СПб.: М.; Краснодар: Лань.-2009.

Т. 1. Физические основы механики. Молекулярная физика. Колебания и волны: учебник - 480 с.

Т.2: Электрические и электромагнитные явления: учебник. – 518 с.

Т. 3. Оптика. Атомная физика : учебник– 656 с.