Светорассеяние — [Светорассеяние этимологически то же, что рассеяние света, но последним именем, или диффузией света, называется незеркальное отражение света, как, напр., матовыми поверхностями тел.
Ф. П.] (цветное), или
дисперсия (Dispersion, Farbenzerstreung) — разложение белых или вообще сложных цветных лучей на более простые в следующих явлениях: 1) преломление в прозрачных телах, 2) преломление в телах, поглощающих некоторые лучи (аномальная дисперсия), 3) дифракционный нормальный спектр, 4) вращение (молекулярное и магнитное) плоскости поляризации (см.), 5) расхождение оптических лучей разных цветов в двуосных кристаллах. 1)
С. при преломлении (призматическая дисперсия) лучше всего может быть наблюдаемо на
спектре, получаемом при прохождении белых лучей из щели через прозрачную призму с преломляющим ребром, расположенным параллельно щели. Такое разбрасывание лучей, различающихся по периоду колебаний и по длине волны (а физиологически — по цвету), происходит от различия в показателях преломления, т. е. от различия в скоростях распространения разноцветных лучей в одной и той же прозрачной среде. Такая зависимость скорости распространения эфирных колебаний различных периодов от величины периода теоретически объясняется взаимным влиянием частиц обыкновенного вещества и частиц светового эфира. Существуют очень сложные теории (Коши, Брио, Зельмейер, Гельмгольц), объяснающие явления призматической дисперсии с достаточной подробностью. Призматическое С. представляет огромное значение для устройства оптических чечевиц и спектроскопов и характеризуется для каждого прозрачного тела некоторыми постоянными величинами. Ограничиваясь видимыми лучами (в солнечном спектре между фраунгоферовыми линиями
А [в красной] и
H [в фиолетовой] части спектра), мы можем определить для призмы из данного прозрачного материала показатели преломления лучей, соответствующих определенным фраунгоферовым линиям солнечного спектра (см.)
A,
C,
D,
F,
H. В таком случае характерными постоянными будут: a)
Полное С., т. е. разность между показателем преломления фиолетовых лучей
п (
H)
и показателем преломления красных —
n(
A), т. е.
n(
H)
—n(
А) = полное С. b)
Светорассеивающая сила (pouvoir dispersif) = [
n(
H)
— n(
a)[/[
n(
D)
— 1]. с)
Частное С., или разности между
п (
Н)
—n(
F),
n(
F)
—n(
D),
n(
D)
—n(
C),
n(
C)
—n(
A)
. d)
Относительное С. — Δ
= [
n(
F)
— n(
C)[/[
n(
D)
— 1]. e)
Дисперсия призмы в min. отклонения где
d α — небольшой угол между двумя близкими лучами, которых показатели преломления отличаются на
dn, и
А — преломляющий угол призмы. Мы приведем таблицу для нескольких тел с величинами среднего показателя преломления [так называется теперь
n(
D)], частного C. =
n(
F)—
п (
С) и относительного С. — Δ
. | n(D)
| n(F)—n(C)
| 1000 Δ .
|
Алмаз | 2,4173
| 0,0254
| 17,7
|
Йодистое серебро | 2,1816
| 0,1256
| 104,2
|
Плавиковый шпат | 1,4339
| 0,0045
| 10,4
|
Кварц | 1,5442
| 0,0078
| 14,3
|
Сероуглерод | 1,6303
| 0,0345
| 54,7
|
Вода | 1,3330
| 0,0060
| 18,0
|
Гвоздичное масло | 1,6188
| 0,0431
| 69,5
|
Воздух | 1,0002429
| 0,00000295
| 10,1
|
Водород | 1,0001429
| 0,00000195
| 13,7
|
Йенские стекла.
| (Nr)
| n(D)
| n(F)—n(C)
| 1000 Δ .
|
Легкий фосфор. Crown О. | 225
| 1,5159
| 0,00737
| 14,3
|
Тяжелый bar. Sil. cr. О. | 211
| 1,5727
| 0,00988
| 17,2
|
Легкий bor flint S. | 35
| 1,5503
| 0,00996
| 18,1
|
Тяжелый bor. flint S. | 10
| 1,6797
| 0,01787
| 26,3
|
Самый тяжелый flint S. | 57
| 1,9626
| 0,04882
| 50,8
|
Из таблицы видно, что наиболее сильна относительная дисперсия у йодистого серебра, а наименее у воздуха и плавикового шпата; для иенских стекол Δ увеличивается с
n(
D) и несколько быстрее
n(
D)
. С увеличением температуры дисперсия в жидкостях уменьшается, а для твердых тел увеличивается всегда, и при увеличении, и при уменьшении
n.
Формулой призматической дисперсии называется эмпирически полученная и теоретически обоснованная связь между показателем преломления
n и длиной волны λ. Самые простые формулы даны Коши (1835) и Кеттлером:
n = a + (
b/λ
2)...
(Коши);
n2 = —k λ
2 + a + b/λ
2 + c/λ
4... (Кеттлер). Эти формулы позволяют предвычислять для прозрачных тел частные дисперсии в разных частях спектра, облегчая тем задачу устройства ахроматических призм и чечевиц (см. Ахроматизм). 2)
Аномальная дисперсия. В случае призм, приготовляемых из веществ, которые дают в спектре полосы поглощения, нередко наблюдается необычный порядок распределения цветов, а именно: наименее преломляющимися являются фиолетовые, а наиболее преломляющимися желтые, красные. Это происходит от того, что показатель преломления призмы не изменяется непрерывно с уменьшением длины волны лучей, но претерпевает резкие перемены (maxima и minima), переходя полосу лучей, сильно поглощаемых призмой.
Кундт первый указал на эту зависимость аномальной дисперсии от поглощения лучей веществом призмы (раньше подобные явления аномальной дисперсии в йоде, фуксине наблюдали Леру, Христианзен). Кундт предложил удобный способ обнаруживать такую зависимость посредством 2-х перекрещивающихся призм. Через узкую короткую горизонтальную щель и призму (напр., из прозрачного флинта) с горизонтальными ребрами пропускают белый свет, чтобы получить узкую вертикальную полосу спектра — с горизонтальными цветными полосами. Затем, рассматривая этот спектр через призму из аномально светорассеивающего вещества (напр. фуксина, цианина и др.) с вертикально расположенным преломляющим ребром, можно легко заметить вблизи полос поглощения сдвиг и искривление границ цветных полос спектра то в одну, то в другую сторону. Пфлюгер, приготовив призмочки из твердого фуксина, определил показатели преломления лучей для различных волн — λ = 589 µµ, 486 µµ, 461 µµ, 410 µµ, а именно
n = 2,64; 1,05; 0,83; 1,17. На этом примере не только доказывается, что желтые лучи (λ = 589 µµ) преломляются сильнее фиоетовых (410 µµ), но и обнаруживается возможность еще
особой аномалии, а именно то, что для лучей λ = 461 µµ. (Sr)
n = 0,83, т. е. что фуксин способен распространять волны (λ = 4б1µµ) со скоростью, которая больше скорости их распространения в пустоте, — иначе говоря, в свободном световом эфире. По опытам Кундта, подобные аномалии обнаружены и с призмами из тонких слоев железа, никеля, платины, золота и меди. Подобный случай аномальной дисперсии (
n <1) Никольс наблюдал в кварце для λ>7,4 µ, т. е. в отдаленной инфракрасной части спектра. Для тел, обладающих аномальным С., вышеприведенные формулы Коши и Кеттлера являются не удовлетворительными. Современная теория дает для таких тел более сложную зависимость между
n,
λ,
k (коэф. поглощ. свет. лучей), Т — периодом колебаний эфирной частицы и Т
1 — периодом колебаний частиц исследуемой призмы (предполагая, что частички вещества не испытывают трения и влияния эфирных частиц). Эта зависимость — в виде уравнений: Из (2) уравнения, при
Т 1 = Т, получается
k =
∞, а это указывает, что при синхронизме колебаний частиц исследуемого вещеcтва и частиц эфира, призма должна задерживать все лучи периода
Т и, след., должна дать в спектре одну абсорбционную полосу, по сторонам которой
k — симметрично убывает. При таком условии yp. (1) показывает, что
n — при переходе от лучей (инфракрасных) с периодом, большим
Т, к лучам с периодами, близкими к
Т, непрерывно увеличивается; достигнув maximum‘a при
Т = Т 1,
n затем быстро уменьшается до некоторого minimum‘a и снова непрерывно растет для лучей, приближающихся к ультрафиолетовым. По электромагнитной теории света Максвеля — между
диэлектрической постоянной k прозрачного изолятора и показателем преломления
n существует простое соотношение:
k = n 2, принимая за
n — показатель преломления для весьма больших λ. Этот теоретичный вывод подтвержден многочисленными опытами, которые, между прочим, показывают, что вcе вещества, которых
k превышает число 5, обладают
аномальной дисперсий лучей с очень большой длиной волны (электрические лучи Гертца). Напр., для воды
k = 80, непосредственный опыт над преломленишем Гертцовских лучей в водяной призме дал
n = 9. 3)
Диффракционное С. — пропорционально длине волны. Нормальный диффр. спектр и дисперсия сетки (см.) 4)
Вращательная дисперсия (dispersion rotatoire) получается с поляризов. белыми лучами, при переходе их через активные вещества — кварц, сахар, терпентин и пр. (см. Вращение плоск. поляризации — молекулярное). Эти лучи испытывают вращение плоскости поляризации, изменяющееся приблизительно обратно пропорционально квадрату длины волны (закон Био); таким образом, плоскость поляризации фиолетовых лучей закручивается вообще на больший угол, нежели плоскость поляризации красных лучей. Для кварца при толщине 1 мм такое расхождение плоскостей поляризации фиолетовых и красных лучей достигает почти 36°. Для каждого вещества с молекулярным вращением пл. поляр, (а также и при магнитном вращении пл. поляриз.) — зависимость между
φ — углом вращения пл. поляриз. лучей и λ — их длиной волны (в пределах видимых лучей) может быть достаточно точно выражена формулами
φ ° = A + B/λ
2 или
φ ° = А /λ
2 + В /λ
4 Для некоторых веществ (виннокам. кислота и ее соли) замечена аномальная вращательная дисперсия) аналогичная призматической дисперсии. 5)
Дисперсия оптических осей в двуосных кристаллах заключается в изменении угла между оптическими осями с изменением длины волны лучей. В большинстве случаев этот угол увеличивается, хотя и на небольшую величину, с уменьшением длины волны. В этих явлениях наблюдаются нередко неправильности, напоминающие собой аномальную вращательную дисперсию. Литература вопроса достаточно подробно указана в "Курсе физики" проф. Хвольсона (II, 371 к § 21; стр. 631; 700).
H. Егоров.