ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основы теории дисперсии . 157. Поглощение (абсорбция) света из "Оптика " Любой метод, который применяется для определения показателя преломления, — преломление в призмах, полное внутреннее отражение, интерференционные приборы — может служить для обнаружения дисперсии. [c.540] Первые экспериментальные исследования дисперсии света, принадлежащие Ньютону (1672 г.) ), были выполнены по способу преломления в призме, представляющему и поныне хороший метод для демонстраций и исследований. Направляя пучок белого света от линейного источника (щель), параллельного ребру призмы, и проектируя изображение щели на экран, мы не только наблюдаем отклонение изображения (преломление в призме), но вследствие зависимости угла преломления от длины волны получаем изображение щели растянутым в виде цветной полосы (спектр). При сравнении спектров, полученных с помощью призм с равными преломляющими углами, но из разных веществ, можно заметить, что спектры не только отклонены на разные углы, что обусловлено разными значениями п для одной и той же длины волны А., но и растянуты на большую или меньшую длину вследствие различия в величине дисперсии для разных веществ. Так, при сравнении одинаковых призм из воды и сероуглерода мы увидим, что во втором случае спектр (от красных до фиолетовых лучей) в 5—6 раз длиннее, чем в первом. [c.540] На основании своих сравнительно немногочисленных опытов Ньютон пришел к ошибочному заключению, что относительная дисперсия (см. 86) различных прозрачных веществ одинакова. [c.541] В настоящее время нам известно, что зависимость между показателем преломления и дисперсией может быть весьма сложной, причем возрастание дисперсии не всегда идет рука об руку с увеличением преломления, хотя обычно подобный параллелизм наблюдается. Даже общий ход дисперсии — увеличение показателя преломления при уменьшении длины волны — не всегда имеет место. Леру (1862 г.), наблюдая преломление в призме, наполненной парами йода, обнаружил, что синие лучи преломляются меньше, чем красные (другие лучи поглощаются йодом и от наблюдения ускользают). Эту особенность Леру назвал аномальной дисперсией — название, удержавшееся и до нашего времени. Аномальный ход дисперсии наблюдается и в жидкостях исследуя спектр при помощи призмы, наполненной раствором фуксина, обнаружим, что фиолетовые лучи отклоняются меньше, чем красные. [c.541] Систематические исследования Кундта, который использовал для своих опытов метод скрещенных призм, установили важный закон, согласно которому явление аномальной дисперсии тесно связано с поглощением света все тела, обладающие аномальной дисперсией в какой-либо области (рис. 28.2), сильно поглощают свет в этой области. Показатель прело.млеиия вблизи полосы поглощения меняется настолько быстро, что значение его со стороны более длинных волн (точка М) больше, чем со стороны коротких (точка Л ). Аномальный ход показателя преломления, т. е. его уменьшение при уменьшении длины волны, имеет место внутри полосы от точки М к N, где наблюдения очень трудны вследствие поглощения света. [c.541] Таким образом, детальное исследование показывает, что всякое вещество имеет свои полосы поглощения, и общий ход показателя преломления обусловлен распределением этих полос по спектру. Поэтому противопоставление понятий нормальной и ано.мальной дисперсии теряет смысл. Полная дисперсионная картина для любого вещества состоит из областей аномальной дисперсии, соответствующих областям внутри полос или линий поглощения, н областей нормальной дисперсии, расположенных между полосами поглощения. [c.542] Связь между аномальной дисперсией и поглощением позволила Кундту высказать соображение, что сильно поглощающие газы или пары должны также обладать аномальной дисперсией. Несколько лет спустя Кундту удалось наблюдать ожидаемое явление при лекционной демонстрации поглощения света парами натрия. Свет от источника разлагается в спектр при помощи вертикально поставленной призмы, дававшей спектр в виде горизонтальной полоски. [c.542] На пути лучей была расположена горелка, в пламя которой вводились пары натрия. На экране обнаружилось не только появление темной полосы в желтой части спектра, характерной для поглощения света в парах натрия, но и загиб спектральной полоски в разные стороны по бокам области поглощения. В этой случайно наблюденной картине Кундт сразу узнал явление аномальной дисперсии. Конусообразный столб паров натрия, поднимавшийся над горелкой, играл роль призмы с горизонтальным преломляющим ребром (основание внизу), скрещенной с первой стеклянной призмой, стоявшей вертикально. Как видно из рис. 28.4, более длинноволновая часть а преломляется сильнее, чем более коротковолновая область б, для которой показатель преломления даже меньше единицы. [c.543] Пары натрия имеют в желтой части спектра не одну линию поглощения, а две очень резкие и тонкие линии, расположенные на расстоянии 0,6 нм друг от друга. В описанном выше демонстрационном опыте плотность паров натрия была настолько велика, что обе линии поглощения и сливались в одну полоску D н детали явления не были различимы. Улучшенные условия опыта позволяют наблюдать картину гораздо отчетливее при значительной плотности пара видны широкая полоса поглощения и загибы на краях (рис. 28.5, а), при уменьшенной плотности пара — две области аномальной дисперсии, соответствующие двум линиям поглощения (рис. 28.5, б). [c.543] Из этого соотношения следует, в частности, увеличение наклона йу й К = т/Ь) интерференционных полос по мере роста т (см. рис. 28.6). [c.544] Таким образом, нулевая полоса вычерчивает в определенном мас-щтабе зависимость (я — 1) от X, т. е. дает непосредственно кривую дисперсии. Полосы ненулевого порядка имеют дополнительный наклон, увеличивающийся с ростом т. [c.545] Если в качестве дополнительного слоя вещества ввести трубку, наполненную, например, парами натрия, то можно точно исследовать ход показателя преломления даже вблизи линий поглощения, и притом тем ближе к ним, чем меньше поглощение в парах натрия. [c.545] Фотография наблюдаемой картины, заимствованная из работы Д. С. Рождественского, приведена на рис. 28.7. [c.545] Рождественскому принадлежит также важный метод, позволивший значительно повысить точность измерения дисперсии в непосредственной близости к полосе поглощения. Пользуясь возможностью менять наклон интерференционной полосы, вводя в какое-нибудь плечо слой вещества, Д. С. Рождественский поместил в одном плече слон исследуемого вещества, а в другом — стеклянную пластинку. Так как в исследуемом веществе вблизи полосы поглощения дисперсия меняется очень сильно, то найдется такая длина волны, для которой действие исследуемого вещества будет точно скомпенсировано действием стеклянной пластинки, так что в этом месте наклон интерференционной кривой пройдет через нуль слева от этого значения длины волны кривые опускаются, а справа — поднимаются (или наоборот), образуя крюк, положение вершины которого в шкале длин волн можно точно измерить (рис. 28.8). [c.545] Таким образом, по положению вершины крюка можно определить с1п/с1Х, т. е. дисперсию изучаемого вещества при том значении X, которое соответствует точке излома интерференционной полосы. Меняя толщину Я стеклянной пластинки, можно смещать положение вершины крюка вдоль шкалы длин волн, переходя к местам различных значений йп/кХ, исследуя таким образом дисперсию в желаемом интервале длин волн. [c.546] Плодотворная попытка истолкования богатого материала, иолу-чениого экспериментальным путем, была сделана еще в упругой теории света. Хотя эта теория не могла связать значение показателя преломления среды ни с каким из известных параметров последней, тем не менее истолкование явлений рефракции и дисперсии в веществе предпринято было уже давно. [c.547] В теории Зельмейера оказалось возможным связать оптическую константу (скорость света в веществе) с другими параметрами ве- щества, с собственными периодами колебаний его молекул, определение которых, правда, должно было выполняться такл е оптическими методами. Электронное истолкование дисперсии с использованием понятия собственных колебаний атомов установило природу колеблющихся частиц (электроны и ионы) и позволило значительно углубить наши представления о веществе и свете. [c.548] Познакомимся несколько детальнее с основами электронной теории дисперсии. О квантовой теории несколько слов будет сказано позднее. [c.549] Вернуться к основной статье