[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), илидисперсия(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 наспектре, 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 линиямиА[в красной] иH[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 лучейп(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 междуп(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 призмыв min. отклонения
гдеdα — небольшой угол между двумя близкими лучами, которых показатели преломления отличаются наdn, иА— преломляющий угол призмы. Мы приведем таблицу для нескольких тел с величинами среднего показателя преломления [так называется теперьn(D)], частного C. =n(F)—п(С) и относительного С. — Δ.
--------------------------------------------------------------------------------------------
||n(D) |n(F)—n(C) | 1000Δ. |
|------------------------------------------------------------------------------------------|
| 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)| 1000Δ. |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 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 сn(D) и несколько быстрееn(D).С увеличением температуры дисперсия в жидкостях уменьшается, а для твердых тел увеличивается всегда, и при увеличении, и при уменьшенииn.
Формулой призматической дисперсииназывается эмпирически полученная и теоретически обоснованная связь между показателем преломленияnи длиной волны λ. Самые простые формулы даны Коши (1835) и Кеттлером:
n = a +(b/λ2)... (Коши);
n2= —kλ2+ a + b/λ2+ c/λ4...(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.Кундтпервый 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 именноn= 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 ещеособой 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 междуn, λ,k(коэф. поглощ. свет. лучей), Т — периодом колебаний эфирной частицы и Т1— периодом колебаний частиц исследуемой призмы (предполагая, что частички вещества не испытывают трения и влияния эфирных частиц). Эта зависимость — в виде уравнений:
Из (2) уравнения, приТ1= Т, получаетсяk=∞, а это указывает, что при синхронизме колебаний частиц исследуемого вещества и частиц эфира, призма должна задерживать все лучи периодаТи, след., должна дать в спектре одну абсорбционную полосу, по сторонам которойk— симметрично убывает. При таком условии yp. (1) показывает, чтоn— при переходе от лучей (инфракрасных) с периодом, большимТ, к лучам с периодами, близкими кТ, непрерывно увеличивается; достигнув maximum'a приТ = Т1,nзатем быстро уменьшается до некоторого minimum'a и снова непрерывно растет для лучей, приближающихся к ультрафиолетовым.
По электромагнитной теории света Максвеля — междудиэлектрической постоянной kпрозрачного изолятора и показателем преломленияnсуществует простое соотношение:k = n2, принимая заn— показатель преломления для весьма больших λ. Этот теоретичный вывод подтвержден многочисленными опытами, которые, между прочим, показывают, что все вещества, которыхkпревышает число 5, обладаютаномальной дисперсий лучейс очень большой длиной волны (электрические лучи Гертца). Напр., для водыk= 80, непосредственный опыт над преломленишем Гертцовских лучей в водяной призме далn= 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 междуφ— углом вращения пл. поляриз. лучей и λ — их длиной волны (в пределах видимых лучей) может быть достаточно точно выражена формулами
φ° = A + B/λ2илиφ° = А/λ2+В/λ4
Для некоторых веществ (виннокам. кислота и ее соли) замечена аномальная вращательная дисперсия) аналогичная призматической дисперсии.
5)Дисперсия оптических осей в двуосных кристаллахзаключается 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.