Ava peamenüü
Vaakumis(kujutatud mustas), liigub igal lainepikkusel valgus kindlal kiirusel c. Optilises keskkonnas (näiteks klaasis või vees) liigub väiksema lainepikkusega laine aeglasemalt kui suurema lainepikkusega laine

Dispersiooniks nimetatakse valguse murdumisnäitaja sõltuvust sagedusest (lainepikkusest). Seda põhjustab valguse elektromagnetlainete vastastikmõju aines esinevate dipoolidega.

Nähtava valguse diapasoonis võib seda kirjeldada nõnda, et normaali suhtes nurga all ainele langenud valguse punasele värvusele vastava sagedusega valguskiir murdub kõige vähem ja violetsele värvusele vastava sagedusega kiir murdub rohkem ehk pikema lainepikkusega valguskiir murdub vähem kui lühema lainepikkusega valguskiir.

Normaalne ja anomaalne dispersioonRedigeeri

Dispersiooni iseloomustab suhe  , kui see suhe on:

  • väiksem kui 0, siis on tegemist normaalse dispersiooniga, see tähendab, et kui lainepikkus väheneb siis murdumisnäitaja kasvab. Normaalse dispersiooni alas on keskkond läbipaistev.
  • suurem kui 0, siis on tegemist anomaalse dispersiooniga ehk suuremale lainepikkusele vastab suurem murdumisnäitaja.
  • võrdne nulliga, siis sellele lainepikkusele vastav dispersioon puudub.[1]

Lainepikkusi, kus esineb anomaalne dispersioon, iseloomustab tugev valguse neeldumine.[2]

Faasi- ja rühmakiirusRedigeeri

 , kus c on valguskiirus vaakumis ja n on keskkonna murdumisnäitaja, kuna murdumisnäitaja sõltub sagedusest, siis erinevatel sagedustega lainetel on erinev faasikiirus, see tähendab, et dispersiooni mõjul levivad optilises keskkonnas erineva sagedusega lained erineva kiirusega.  , kus   on lainepikkus. Grupikiirus   on funktsioon laine sagedusest. Sellest tuleneb grupikiiruse dispersioon, millest omakorda valguskiire välja venimine ajas, sest erinevad sageduskomponendid liiguvad erineva kiirusega.   Kui D on väiksem kui null, siis on keskkonnal positiivne dispersioon ehk suurema lainepikkusega impulss liigub kiiremini kui väiksema lainepikkusega impulss ning kui D on suurem kui null, siis on negatiivne dispersioon ja suurema lainepikkusega impulss liigub aeglasemalt kui väiksema lainepikkusega impulss.[3]

Dispersiooni arvutamineRedigeeri

Vältimaks väikese murdumisnäitajate vahe jagamist väikese lainepikkuste vahega  , kasutatakse dispersiooni iseloomustamiseks fikseeritud lainepikkustele vastavate murdumisnäitajate vahet või mõnda muud avaldist. Dispersiooni iseloomustatakse tavaliselt Fraunhoferi joontele C, D, H ja F vastavate lainepikkuste abil:[1]

 
Päikese spekter koos vastavate Fraunhoferi joontega (lainepikkus on nanomeetrites)
Tähis Keemiline element Lainepikkus (nm)
C H 656,281
D Na 588,995
F H 486,134
H Ca 396,847
d He 587,5618
e Hg 546,073
F' Cd 479,99
C' Cd 643,85

 ,  ,   ja   on aine murdumisnäitajad vastavalt Fraunhoferi D, F, H ja C joonte lainepikkustel.

Keskmine dispersioon:  

Eridispersioon:  

Suhteline dispersioon :  [2]

Materjali dispersiooni iseloomustatakse tihiti Abbe numbriga V:

 
seejuures väiksematele V väärtustele vastab suurem dispersioon.

Abbe number on defineeritud  ,   ja   kaudu, kuid kuna naatriumi ja vesiniku jooni on keeruline tekitada, on kasutusel ka alternatiivseid Abbe numbri definitsioone:
  ja  [4]
kus  ,  ,   ja   on murdumisnäitajad vastavalt Fraunhoferi d, e, F' ja C' joonte lainepikkustel.

Dispersiooni näitedRedigeeri

 
Difraktsioon vihmapiisal. Piiska sisenev päikesevalgus murdub komponentideks, peegeldub piisa siseküljelt ning murdub piisast välja, suurendades veelgi valguskomponentide lahknevust
 
Vikerkaar

Dispersiooni tuntuim näide on päikeselise ilma ja vihma koosmõjul tekkiv vikerkaar. Valguskiir murdub (refraktsioon) vihmapiiska, peegeldub piisa tagaküljelt ning murdub vihmapiisast välja. Juba esimene murdumine lahutab valguse erinevateks komponentideks (spektriks), teine murdumine suurendab seda lahknevust[5]. Vikerkaart on võimalik näha, kui disperseerivaid vihmapiisku on palju ning kui Päikese, piisa ja vaatleja silma moodustatud nurk peab on ligikaudu 42 kraadi[6]. Kuna vihmapiisk on ümmargune, siis muudab valgus suunda keskmiselt 138 kraadi. Vikerkaare keskpunkt asub täpselt Päikese vastaspunktis, seega tekib vikerkaar 180 – 138 = 42 kraadi kaugusel vastaspunktist[7].

Dispersiooni kohtab kõikides keskkondades (välja arvatud vaakum). Näiteks vääriskivide üks tähtsamaid karakteristikuid on "tuli", mis on kalliskivi omadus valgust spektriks lahutada. "Tuli" sõltub ka kalliskivi lihvitusest ning ka kalliskivi värvist (mis võib vähendada dispersiooni efekti)[8][9].
Teisalt, pulsarite (kiiresti pöörlevate neutrontähtede) signaali registreerimisaeg on dispersiooni tõttu erineva lainepikkuse jaoks erinev, kuigi pulseerimine toimib korraga üle laia spektriala. Tähtedevahelise aine ioniseeritud komponendid on disperseeriva toimega, seega Maale jõuavad madalamad sagedused hiljem kui kõrgemad sagedused[9].

Dispersiooni abil uuritakse elektromagnetlainete vastastikmõju ainega. Spektris leiduvad iseärasused on võimalik seostada aine ehitusega. Spektroskoopia uurimisobjektiks on kiirgus, mis on olnud vastastikmõjus ainega ja mille spekter kannab infot aine kohta[10].

Halb on aga see, et dispersioon tekitab optilistes süsteemides kromaatilist aberratsiooni. Läätse fookuskaugus sõltub tema murdumisnäitajast ning kuna murdumisnäitaja sõltub lainepikkusest, on erinevatel lainepikkustel erinev fookus. Tagajärjeks on kujutise teravuse vähenemine või värviliste kontuuride teke kujutisele.[1]

Vaata kaRedigeeri

ViitedRedigeeri

  1. 1,0 1,1 1,2 Hecht: Optics 4.th edition - 2003, 19.05.2013
  2. 2,0 2,1 Tartu Ülikool. "Optika praktikum: valguse dispersioon". 2009. Tartu: Tartu Ülikool. Vaadatud 19.05.2013. Eesti.
  3. The Hong Kong University Of Science And Technology- Advanced Phtonoics Technologies, Lecture 2:Optics of Solids, 19.05.2013
  4. Bergmann, Ludwig; Clemens Schaefer (1999). Optics of Waves and Particles. Berlin: Walter de Gruyter. 
  5. Halliday, Resnick, Walker "Füüsika põhikursus" 2. köide, inglise keelest tõlkinud Lausmaa, Laan, Tehver, Käämbre, Tammet, kirjastaja Eesti Füüsika Selts, 2012; lk 906-907
  6. "Kuidas tekib vikerkaar". FYYSIKA.EE. Eesti Füüsika Selts. Vaadatud 19.05.2013. Eesti.
  7. Jüri Kamenik. "Suvi on vikerkaarte aeg". Horisondi teadusblogi, 14.juuli 2009. Vaadatud 19.05.2013. Eesti.
  8. "Vääriskivide dispersioon (Dispersion of Gems)". Vaadatud 19.05.2013. Inglise.
  9. 9,0 9,1 "Kromaatiline dispersioon (Cromatic Dispersion)". Vaadatud 19.05.2013. Inglise.
  10. Valter Kiisk. ""Spektroskoopia alused" loengukonspekt". 2013. Vaadatud 19.05.2013. Eesti.