Жарық дисперсиясы. Дисперсия құбылысын бақылау

Опубликовано Опубликовано в рубрике Оптика

Ақ жарық шыны призмадан өткен кезде бiрнеше түске жiктелетiнiн алғаш рет И.Ньютон бақылап, зерттеген болатын. Мұндай монохроматты ( бiр түстi, мысалы, қызыл, көк, күлгiн т.с.с. ) жарық одан әрi басқа түстерге жiктелмейдi. Ал ендi осылай ақ жарықтың монохроматты жарықтарға жiктелуiнiң себебi неде ? Ол мынада. Жарық дегенiмiз – электромагниттiк толқындар. Әртүрлi түстегi жарықтар бiр-бiрiнен толқын ұзындығының, немесе онымен байланысты жиiлiгiнiң әртүрлi болуымен өзгешеленедi. Ал жарықтың шыны призмадан өткенде әртүрлi түске жiктелуiнiң себебi қандай да бiр ортадағы жарық жылдамдығының ( немесе онымен байланысқан сыну көрсеткiшiнiң ) жарық жиiлiгiнен тәуелдiлiгiмен байланысты. Сыну көрсеткiшiнiң жарық жиiлiгiнен осындай тәуелдiлiгiн дисперсия құбылысы деп атайды (4.2 – сурет). Бұл құбылысты түсiндiруге Максвеллдiң электромагниттiк теориясын қолдану оң нәтиже бермедi.

4.2 – сурет

Себебi бұл жердегi мәселе тек электромагниттiк толқынның қасиетiнде ғана емес, сонымен қатар ол толқындардың затпен әсерлесу сипатымен де байланысты болатын.

 

Дисперсия құбылысын ХIХ ғасырдың аяғында қалыптасқан Г.Лоренцтiң классикалық электрондық теориясы ғана түсiндiрiп бере алды. Бұл теорияның түсiндiруi бойынша жарықтың дисперсиясы зат атомдарындағы электрондардың электромагниттiк өрiспен әсерлесуiнiң нәтижесiнде туындылайтын ерiксiз тербелiсiнiң нәтижесi болып табылады. Осы теорияның негiзiнде табылған дисперсия заңы (сыну көрсеткiшiнiң жиiлiктен тәуелдiлiгi) мынадай:

(4.4)

 

4.3 – сурет

мұндағы N – молекулалар концентрациясы, e – элементар заряд, m – электронның массасы, ε0 – электр тұрақтысы, ω0 – электронның өзiндiк жиiлiгi, ω – сыртқы электромагниттiк өрiстiң жиiлiгi. Бұл тәуелдiлiктiң сызбасы 4.3 – суретте келтiрiлген. Мұндағы үзiк сызық ( 4.4 ) өрнегiмен есептелген дисперсияның теориялық тәуелдiлiгiне, ал тұтас сызық тәжiрибенiң нәтижесiне сәйкес келедi. Бұл суреттегi жиiлiк артқан кездегi сыну көрсеткiшi де артатын, өзiндiк жиiлiктiң мәнiнен тысқары жатқан ab және cd аймағы дұрыс дисперсия деп аталады. Ал өзiндiк жиiлiктiң маңында жатқан bc аймағында, керiсiнше, жиiлiк артқан кезде сыну көрсеткiшi кемидi. Бұл аномальдi дисперсия аймағы. Тәжiрибе бұл аймақта жарық затқа қатты жұтылатындығын көрсетедi. Бұл оның резонансты құбылыстармен терең байланыста екендiгiнiң дәлелi.