Чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного? Список отличий, основы разложения света
Школьный курс физики кажется совсем не сложным, понятным и достаточно интересным. Не так уж трудно объяснить на уроке учителю, чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного, и получить хорошую оценку. Но когда речь идет о физике в высших учебных заведениях, все резко усложняется. Некоторые задачки могут заставить провести за их решением не одну бессонную ночь.
Разные способы разложения света на спектр
И дифракция и дисперсия представляют собой разложение светового луча на составляющие, но всегда есть свои нюансы:
|
Дифракционный спектр |
Дисперсионный спектр |
|
Получается в результате контакта света и дифракционной решетки. |
Можно добиться во время прохождения луча через призму. |
|
Равномерно распространяется во всех направлениях. |
Растянут в фиолетовом направлении, а в сторону красного – сжат. |
|
Направление цветов в спектре идет от фиолетового цвета к красному. |
Распространяется от красного к фиолетовому цвету. |
Опыт с дисперсией многие видели на уроках физики. Для этого достаточно было направить луч на призму, рядом с которой находился простой альбомный лист. И обычный солнечный свет или направленный луч из фонарика раскладывался на все цвета радуги.
Но при этом, красный цвет занимал на листе совсем немного места, ширина остальных цветов увеличивалась, по направлению к фиолетовому. Именно он занимал значительную часть всего спектра.
Наибольший порядок спектра дифракционной решетки
Оптика это точная наука, которая требует логического мышления и верных расчетов. Некогда физики вывели формулу, которой мы можем пользоваться, по сей день:
В этом сложном, но только на первый взгляд, равенстве, искомой величиной является k – порядок спектра:
- λ – длина волны света, падающего на решетку.
- φ – угол дифракции.
- ά – угол падения на решетку световой волны.
- đ – период решетки.
Из этого равенства можно вывести интересующую нас формулу, для определения максимального порядка спектра. Для этого достаточно правую часть равенства поделить на длину световой волны, при этом синус угла дифракции можно заменить единицей, для простоты вычисления.
Часть из необходимых для вычисления величин – постоянная, так что никаких проблем возникнуть не должно. Главное, не запутаться в подсчетах.
Простой способ вычисления максимального порядка спектра
А еще у физиков есть более простой способ определения максимального порядка. Для формулы можно использовать значения из предыдущего равенства. Только в этот раз исходных данных будет гораздо меньше, а сами расчеты можно представить в виде:
Как несложно понять, искомое значение напрямую зависит от периода решетки и длины волны. Синусы мы благополучно откинули, а максимальный порядок выразили в виде m.
На деление двух чисел сложно потратить больше минуты, так что любая задача на оптику, в которой требуется лишь определить значение порядка, не займет так уж много времени. Но чаще всего это вычисление – только первый шаг на пути к поиску ответа на более сложный вопрос.
Если разобраться в вопросе и вникнуть в суть понятия, формула кажется предельно логичной. Проще всего решать задачу с белым светом, ведь в таком случае длина волны одинакова для всего светового потока.
А теперь представьте, что в потоке несколько оттенков, которые, конечно же, имеют разную длину. Задача несколько усложняется, на вычисления уйдет больше времени. А так уж вышло, в реальной жизни, что волны исключительно белого света встречаются крайне редко.
Ширина дифракционного спектра
На опыте с призмой вы могли понаблюдать за неоднородностью и шириной спектра. Этот параметр имеет огромное значение в оптике, особенно когда речь идет о дифракционном спектре. Дело в том, что в отличие от дисперсионного он не сжат ни в одном направлении, все оттенки представлены равномерно и ширина зависит только от показателей самой решетки, с помощью которой и проводится разложение луча на спектр. В то время как значения ширины дисперсионного спектра зависит от длины волны. В дифракционной решетке:
- Есть прозрачные штрихи.
- Есть непрозрачные промежутки.
- Сумма их длин является периодом решетки.
- Получить это значение можно поделив единицу на количество штрихов на единицу длины решетки.
Интересующая нас ширина спектра находится в обратной зависимости от периода решетки, который уже фигурировал в предыдущих формулах. Только теперь чем меньше этот период, тем больше ширина.
Если вернуться к определению максимального порядка, можно заметить, что с увеличением значения периода решетки возрастал и порядок. Из этого, чисто логически, несложно сделать еще один вывод – ширина дифракционного спектра и его максимальный порядок находятся в обратной взаимосвязи.
Разница между спектрами
Чтобы выделить различия дисперсионного и дифракционного спектра, необходимо понять, что каждый из них собой представляет.
Дисперсионный:
- Появляется в результате разложения луча света на составляющие, после прохождения через призму.
- Распространяется от красного цвета к фиолетовому.
- Спектр сжат в том же направлении, наименьшей шириной обладает красный диапазон, наибольшей – фиолетовый.
- Может существовать только одна цветная картинка.
Дифракционный:
- Получается в результате попадания света на дифракционную решетку.
- Идет в обратном порядке, от фиолетового к красному цвету.
- Спектр равномерен на всем своем протяжении.
- Может быть несколько цветных картинок.
Со знания, чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного спектра, можно начать изучение оптики. Перспективы этой дисциплины недооценены, так что исследователей ждет гарантированная занятость в будущем, а может быть и серьезные открытия.
Видео: различия дифракционного и дисперсионного спектра
В этом видео ученый-физик Денис Логачев проведет урок, в котором расскажет об отличии дифракционного спектра от дисперсионного, мы узнаем, что такое дифракционная решетка:
