Spectre dispersé. Qu'est-ce que le spectre de diffraction ? Exemples de résolution de problèmes

La dispersion de la lumière est la décomposition de son flux, qui a blanc, en rayons monochromatiques qui forment le spectre lumineux.

Ils diffèrent par l'ordre des couleurs. En mode dispersif ils vont (en comptant à partir du rayon initial) - rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet ; en diffraction (en partant du maximum principal) - violet, bleu, cyan, vert, jaune, orange, rouge.

45. Effet photoélectrique externe. Les lois de Stoletov.

Je le raccourcirai plus tard.

L'effet photoélectrique externe est le phénomène d'éjection d'électrons du solide et du corps liquides sous l'influence de la lumière.

Puis dans 1888-1890 L'effet photoélectrique a été étudié dans les années 1980 Alexandre Grigoriévitch Stoletov(1839 – 1896).

Il a constaté que :

les rayons ultraviolets ont le plus grand effet ;

avec croissance flux lumineux le photocourant augmente;

la charge des particules émises par les solides et les liquides sous l'influence de la lumière est négative.

Avant de formuler ces lois, considérons un schéma moderne d'observation et d'étude de l'effet photoélectrique. C'est simple. Deux électrodes (cathode et anode) sont soudées dans le récipient en verre, auquel la tension U est appliquée. En l’absence de lumière, l’ampèremètre indique qu’il n’y a pas de courant dans le circuit.

Lorsque la cathode est éclairée par la lumière, même en l'absence de tension entre la cathode et l'anode, l'ampèremètre indique la présence d'un petit courant dans le circuit - photocourant. Autrement dit, les électrons émis par la cathode ont une certaine énergie cinétique.
et atteignent l'anode « tout seuls ».

À mesure que la tension augmente, le photocourant augmente.

La dépendance du photocourant sur la tension entre la cathode et l'anode est appelée caractéristique courant-tension.

Cela ressemble à ceci : À la même intensité de lumière monochromatique, avec une tension croissante, le courant augmente d'abord, mais sa croissance s'arrête ensuite. À partir d'une certaine valeur de la tension accélératrice, le photocourant cesse de changer, atteignant sa valeur maximale (à une intensité lumineuse donnée). Ce photocourant est appelé courant de saturation.

Pour « verrouiller » une photocellule, c’est-à-dire réduire le photocourant à zéro, il est nécessaire d’appliquer une « tension de blocage »
. Dans ce cas, le champ électrostatique fonctionne et ralentit les photoélectrons émis

. (1)

Cela signifie qu’aucun des électrons émis par le métal n’atteint l’anode si le potentiel de l’anode est inférieur d’un certain montant au potentiel de la cathode.

L'expérience a montré que lorsque la fréquence de la lumière incidente change point de départ les graphiques se déplacent le long de l'axe de contrainte. Il s'ensuit que l'ampleur de la tension de blocage et, par conséquent, l'énergie cinétique et la vitesse maximale des électrons émis dépendent de la fréquence de la lumière incidente.

Première loi de l'effet photoélectrique . La vitesse maximale des électrons émis dépend de la fréquence du rayonnement incident (augmente avec la fréquence) et ne dépend pas de son intensité.

Si nous comparons les caractéristiques courant-tension obtenues à différentes intensités (sur les figures I 1 et I 2) de lumière incidente monochromatique (monofréquence), nous pouvons remarquer ce qui suit.

Premièrement, toutes les caractéristiques courant-tension proviennent du même point, c'est-à-dire qu'à toute intensité lumineuse, le photocourant devient nul à une tension de retard spécifique (pour chaque valeur de fréquence). C'est une autre confirmation de la validité de la première loi de l'effet photoélectrique.

Deuxièmement. À mesure que l'intensité de la lumière incidente augmente, la nature de la dépendance du courant à la tension ne change pas, seule la valeur du courant de saturation augmente.

Deuxième loi de l'effet photoélectrique . L'amplitude du courant de saturation est proportionnelle à l'amplitude du flux lumineux.

Lors de l’étude de l’effet photoélectrique, il a été constaté que tous les rayonnements ne provoquent pas l’effet photoélectrique.

Troisième loi de l'effet photoélectrique . Pour chaque substance, il existe une fréquence minimale (longueur d'onde maximale) à laquelle l'effet photoélectrique est encore possible.

Cette longueur d'onde est appelée « bord rouge de l'effet photoélectrique » (et la fréquence - le bord rouge correspondant de l'effet photoélectrique).

5 ans après l'apparition des travaux de Max Planck, Albert Einstein a utilisé l'idée de discrétion d'émission lumineuse pour expliquer les lois de l'effet photoélectrique. Einstein a proposé que la lumière n'est pas seulement émise par portions, mais qu'elle se propage également et est absorbée par portions. Cela signifie que le caractère discret des ondes électromagnétiques est une propriété du rayonnement lui-même et non le résultat de l’interaction du rayonnement avec la matière. Selon Einstein, un quantum de rayonnement est à bien des égards similaire à une particule. Le quantum est soit complètement absorbé, soit pas du tout absorbé. Einstein a présenté l'émission d'un photoélectron comme le résultat d'une collision entre un photon et un électron dans un métal, dans laquelle toute l'énergie du photon est transférée à l'électron. C'est ainsi qu'Einstein a créé théorie des quanta lumière et, sur cette base, a écrit une équation pour l'effet photoélectrique :

.

Voici la constante de Planck, - fréquence,
– le travail d’extraction de l’électron sortant du métal,
est la masse au repos de l'électron, v est la vitesse de l'électron.

Cette équation expliquait toutes les lois de l'effet photoélectrique établies expérimentalement.

Puisque le travail de travail d’un électron provenant d’une substance est constant, alors, à mesure que la fréquence augmente, la vitesse des électrons augmente également.

Chaque photon détruit un électron. Par conséquent, le nombre d’électrons éjectés ne peut pas être plus de numéro

photons. Lorsque tous les électrons éjectés atteignent l’anode, le photocourant cesse de croître. À mesure que l’intensité de la lumière augmente, le nombre de photons incidents à la surface de la substance augmente également. Par conséquent, le nombre d’électrons détruits par ces photons augmente. Dans le même temps, le photocourant de saturation augmente.

Si l’énergie des photons est seulement suffisante pour accomplir la fonction de travail, alors la vitesse des électrons émis sera nulle. C'est la « limite rouge » de l'effet photoélectrique.

L'effet photoélectrique interne est observé dans les semi-conducteurs cristallins et les diélectriques. Cela réside dans le fait que sous l'influence de l'irradiation, la conductivité électrique de ces substances augmente en raison d'une augmentation du nombre de porteurs de courant libres (électrons et trous).

En optique, on distingue les spectres lumineux de diffraction et de dispersion. Quelles sont leurs caractéristiques ?

Qu'est-ce que le spectre de diffraction ? Ce spectre se forme lorsque la lumière traverse de nombreux petits trous ou fentes. Ainsi, vous pouvez le voir si vous plissez les yeux et regardez le soleil ou une lampe. Si vous faites attention à la lune pendant l'hiver froid, il est facile de voir des cercles multicolores autour d'elle : ils sont également spectres de diffraction . DANS dans ce cas ils se forment en raison du passage de la lumière à travers des particules d'eau gelées dans l'atmosphère. Afin de réaliser expériences scientifiques

une sorte de spectre de diffraction standard est créé à l'aide de réseaux de diffraction spéciaux.

Spectre de diffraction Le type de spectre considéré est caractérisé par la déviation des rayons, proportionnelle à la longueur d'onde. Par conséquent, les rayons ultraviolets et violets du spectre, qui ont ondes courtes , s'écartent le moins possible. À leur tour, le rouge et l’infrarouge à ondes longues sont à l’opposé. On peut noter que le spectre considéré dans dans la plus grande mesure

étiré vers les rayons à ondes longues.

Ce spectre se forme à la suite de la réfraction de la lumière, par exemple lorsqu'elle traverse un prisme. Ainsi, cela ressemble à un ensemble de bandes lumineuses de différentes couleurs. La dispersion de la lumière est la décomposition de son flux blanc en rayons monochromatiques qui forment le spectre lumineux.

Un fait remarquable est connu dans l’histoire de la physique : avant sa découverte spectre dispersif, il était courant que la lumière blanche soit colorée lorsqu'elle traversait un prisme. Il s’est avéré que ce n’était pas le cas.

Dans le spectre de dispersion, la plus grande déviation lors de la réfraction est caractéristique des rayons violets. Le spectre considéré s'étend plus uniformément que le spectre de diffraction - sur tous les types de rayons, mais dans la plus grande mesure - vers les rayons de courte longueur d'onde.

Comparaison

La principale différence entre le spectre de diffraction et le spectre dispersif est que le premier spectre est formé à la suite du passage de la lumière à travers des trous étroits (et d'autres zones qui n'interfèrent pas avec le passage des rayons entre certains objets proches), et la seconde - en raison de sa réfraction (par exemple, en raison du passage à travers un prisme ).

Il peut également y avoir des différences entre les spectres considérés en termes de :

• déviations des rayons rouges et violets ;
• degré d'étirement du spectre;
• le degré d'étirement du spectre par rapport aux rayons rouges et violets.

Pour afficher plus clairement la différence entre la diffraction et spectre dispersif se situe au niveau des paramètres marqués, un petit tableau nous aidera.

A la question Quelle est la différence ? spectre de diffraction du dispersif ? donné par l'auteur européen la meilleure réponse est Le spectre dispersif est obtenu lorsque la lumière est réfractée par un prisme (arc-en-ciel).
Le spectre de diffraction est obtenu par diffraction sur un réseau.
Ils diffèrent par l'ordre des couleurs. En mode dispersif ils vont (en comptant à partir du rayon initial) - rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet ; en diffraction (en partant du maximum principal) - violet, bleu, cyan, vert, jaune, orange, rouge.

Répondre de 22 réponses[gourou]

Bonjour! Voici une sélection de sujets avec des réponses à votre question : En quoi le spectre de diffraction diffère-t-il du spectre dispersif ?

Répondre de Yoasha Bodchenko[débutant]
la diffraction est phénomène de vague- la diffusion de la lumière (enfin, onde électromagnétique V cas général) sur un obstacle. Notamment sur les fissures.
Un réseau de diffraction est instrument spectral, composé de grande quantité fentes (parallèles). La diffraction de la lumière se produit au niveau de chaque fente. Lorsque l'angle de vue change (par rapport au réseau), une différence de trajet apparaît entre la lumière passant dans une certaine direction depuis les fentes (entre les rayons provenant de différentes fentes). Pour un rayonnement d'une certaine longueur d'onde, des maxima apparaissent sous certains angles. Les angles dépendent de la longueur d'onde et du pas du réseau.
De cette façon, il est possible d'observer le spectre de la lumière qui tombe sur le réseau (puisque la direction du maximum spectral dépend de la longueur d'onde).
Les signaux à grande longueur d’onde sont plus fortement déviés.
Les principaux maxima sont de plusieurs ordres de grandeur. Le nombre de rayonnements effectivement observables (sans chevauchement) dépend de la largeur du spectre du rayonnement observé et de la qualité du réseau (nombre de lignes par mm).
La dispersion est la dépendance de l'indice de réfraction d'un milieu sur la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique.
Étant donné que le rapport des angles d'incidence et de réfraction dépend de l'indice de réfraction, un prisme peut être utilisé pour séparer la lumière en ses composantes spectrales.
Ici, chaque composant ne va que dans une seule direction.
La lumière qui est la plus fortement déviée dépend du rapport entre les indices de réfraction du milieu et du matériau à partir duquel le prisme est fabriqué.
Différences.
Après le prisme, chaque composante spectrale est déviée dans une seule direction. Après le réseau de diffraction - chaque composant va dans toutes les directions, mais de manière inégale - a ses propres maxima principaux et secondaires.
Visuellement, cela ressemble à ceci :
Après le prisme, une bande solide ou spectre de raies- du bleu au rouge.
Après le réseau de diffraction, un maximum achromatique (au milieu) et plusieurs maxima à droite et à gauche sont visibles - déjà stratifiés en composants. Si l'on considère un objet - en maxima du premier ordre - ses composants différentes couleurs peuvent se chevaucher. De plus, ils sont mieux séparés, mais les maxima adjacents peuvent commencer à se chevaucher.
La nature des phénomènes est différente.
Les fréquences s'écartent de différentes manières.
En bref, la diffraction est une « pénétration », la dispersion est une flexion

Répondre de Ebastien Rachowski[gourou]
Hmm, étrange, on nous a posé la même question aujourd'hui. Bref, on dirait qu’ils ont parcouru toutes les réponses qui sont ici, mais elle n’aime toujours pas ça.

Répondre de dispersion[gourou]
Mon cerveau fond !! AAA!

Répondre de composé[gourou]
Une seconde.
Un spectre est un ensemble de valeurs. Par exemple, les longueurs d'onde. La lumière blanche est un ensemble de rayons lumineux de différentes longueurs d'onde ( différentes couleurs) ; si vous dirigez un faisceau sur la surface d'un prisme trièdre rayons parallèles lumière, alors à la sortie du prisme le faisceau ne sera plus parallèle, mais chaque rayon ira dans sa propre direction, et un spectre d'ondes de différentes longueurs apparaîtra sur l'écran. C'est-à-dire un « arc-en-ciel » dont les rayures (elles sont de couleurs différentes) sont espacées à des distances différentes. L'ensemble de ces bandes constitue le spectre de dispersion. C'est-à-dire que le spectre dispersif est le spectre des ondes (c'est-à-dire leurs longueurs), obtenu en conséquence divers degrés réfraction d'ondes de différentes longueurs (différentes couleurs). En bref : disp. le spectre est le spectre résultant de la dispersion. À quoi est associé le concept de spectre de diffraction ? Bien sûr, avec la diffraction - la courbure des vagues de divers obstacles, dont la taille est proportionnelle à la taille des vagues considérées. Par exemple, lorsqu’il pleut, de petites gouttelettes d’eau se forment dans l’atmosphère, ce qui entraîne une diffraction. Cependant, différentes longueurs d'onde diffractent différemment : ce sont des longueurs différentes. Ils diffractent différemment, ce qui signifie qu’ils s’écartent à des distances différentes. C'est pourquoi nous pouvons voir un arc-en-ciel lorsqu'il pleut. Ainsi, le spectre de diffraction est le spectre des ondes obtenu en raison des différences de courbure autour des obstacles d'ondes de différentes longueurs. En bref : dif. spectre est le spectre obtenu par diffraction. Généralisation : les mots spectre « dispersif » ou « diffraction » complètent ce dont nous parlons : le processus de dispersion, ou le processus de diffraction. En général, on peut parler d’une onde de même longueur. Ensuite, le spectre sera constitué d'une seule bande. Bien que dans le cas de la diffraction, il soit également possible de redistribuer l'intensité de l'onde sur l'écran - c'est ce qu'on appelle le diagramme de diffraction.

Le cours de physique scolaire ne semble pas du tout difficile, compréhensible et assez intéressant. Il n'est pas si difficile d'expliquer à l'enseignant en classe en quoi le spectre de diffraction diffère du spectre de dispersion et d'obtenir bonne note. Mais quand nous parlons de sur la physique dans l'enseignement supérieur établissements d'enseignement, tout devient dramatiquement plus compliqué. Certains problèmes peuvent vous obliger à passer plus d’une nuit blanche à essayer de les résoudre.

Différentes façons de décomposer la lumière en un spectre

ET diffraction Et dispersion représenter décomposition faisceau lumineux en composants, mais il y a toujours quelques nuances :

De nombreuses personnes ont fait l’expérience de la dispersion dans les cours de physique. Pour ce faire, il suffisait de diriger le faisceau vers un prisme, à côté duquel se trouvait une simple feuille de paysage. Et ordinaire soleil ou le faisceau dirigé d'une lampe de poche a été décomposé en toutes les couleurs de l'arc-en-ciel.

Mais en même temps, la couleur rouge prenait très peu de place sur la feuille, la largeur des couleurs restantes a augmenté vers le violet. C'est lui qui occupait partie importante tout le spectre.

L'ordre le plus élevé du spectre d'un réseau de diffraction

L'optique est science exacte ce qui nécessite pensée logique et des calculs corrects. Les physiciens ont développé une formule que nous pouvons utiliser encore aujourd’hui :

Dans cette égalité complexe, mais seulement à première vue, la quantité souhaitée est k- ordre du spectre :

• λ - longueur d'onde de la lumière incidente sur le réseau.
• φ - angle de diffraction.
• ά - angle d'incidence de l'onde lumineuse sur le réseau.
• đ - période de treillis.

De cette égalité on peut déduire la formule qui nous intéresse, pour déterminer l'ordre maximum du spectre. Assez pour ça côté droitégalités divisées par la longueur d'onde de la lumière, tandis que le sinus de l'angle de diffraction peut être remplacé par l'unité pour faciliter le calcul.

Certaines des quantités nécessaires au calcul sont constantes, aucun problème ne devrait donc survenir. L'essentiel est de ne pas se tromper dans les calculs.

Malheureusement, parfois la science s'éloigne trop de la pratique et le sens de la plupart de ces calculs reste un mystère pour les étudiants et les écoliers ; ils le résolvent comme un problème abstrait, sans aucun rapport avec la vie réelle.

Un moyen simple de calculer l'ordre maximum d'un spectre

Les physiciens ont aussi une méthode plus simple moyen de déterminer la commande maximale. Vous pouvez utiliser les valeurs de l'équation précédente pour la formule. Seulement cette fois, il y aura beaucoup moins de données initiales, et les calculs eux-mêmes peuvent être présentés comme :

Il est facile de comprendre la valeur souhaitée dépend directement de la période du réseau et de la longueur d'onde. Nous avons retiré les sinus en toute sécurité et commande maximale exprimé par m.

Il est difficile de passer plus d'une minute à diviser deux nombres, donc tout problème d'optique nécessitant simplement de déterminer la valeur de la commande ne prendra pas autant de temps. Mais le plus souvent, ce calcul n’est que la première étape vers la réponse à une question plus complexe.

Si vous comprenez le problème et comprenez l’essence du concept, la formule semble extrêmement logique. Le moyen le plus simple de résoudre le problème est d'utiliser la lumière blanche, car dans ce cas, la longueur d'onde est la même pour tout le flux lumineux.

Imaginez maintenant qu'il y ait plusieurs nuances dans le flux, qui, bien sûr, ont différentes longueurs. La tâche devient un peu plus compliquée ; les calculs prendront plus de temps. Et c'est ce qui s'est passé, dans la vraie vie que les vagues de lumière exclusivement blanche sont extrêmement rares.

Largeur du spectre de diffraction

Dans l’expérience avec un prisme, vous avez pu observer l’hétérogénéité et la largeur du spectre. Cette option a grande importance en optique, surtout en ce qui concerne le spectre de diffraction. Le fait est que, contrairement au dispersif, il n'est compressé dans aucune direction, toutes les nuances sont présentées uniformément et la largeur ne dépend que des indicateurs du réseau lui-même, à l'aide duquel le faisceau est décomposé en un spectre. Tandis que la largeur du spectre de dispersion dépend de la longueur d'onde. Dans un réseau de diffraction :

1. Il y a des traits transparents.
2. Il y a des lacunes opaques.
3. La somme de leurs longueurs est la période du réseau.
4. Cette valeur peut être obtenue en divisant un par le nombre de lignes par unité de longueur du réseau.

La largeur du spectre qui nous intéresse est en relation inverse de la période du réseau, qui apparaissait déjà dans les formules précédentes. Seulement maintenant plus cette période est courte, plus la largeur est grande.

Si l'on revient à la définition de l'ordre maximum, on constate qu'à mesure que l'on augmente valeurs de période de réseau la commande a également augmenté. De là, purement logiquement, il est facile de tirer une autre conclusion : la largeur du spectre de diffraction et son ordre maximum sont dans une relation inverse.

Plus la valeur est petite, plus plus d'autres, et vice versa. Bien entendu, cette connaissance ne contribuera pas à obtenir valeurs exactes. Mais vérifier vos calculs de manière aussi simple est tout à fait possible.

Différence entre les spectres

Pour mettre en évidence les différences entre les spectres de dispersion et de diffraction, il est nécessaire de comprendre ce qu'est chacun d'eux.
Dispersif:

• Apparaît à la suite de la décomposition d’un faisceau lumineux en ses composants après avoir traversé un prisme.
• S'étend du rouge au violet.
• Le spectre est compressé dans la même direction, la gamme rouge a la plus petite largeur, la gamme violette a la plus grande.
• Il ne peut y avoir qu’une seule image couleur.

Diffraction:

• Cela résulte de la lumière frappant un réseau de diffraction.
• Va à ordre inverse, du violet au rouge.
• Le spectre est uniforme sur toute sa longueur.
• Il peut y avoir plusieurs images en couleurs.

Voici les quatre principales différences qui nous permettent de comprendre ce que représentent les deux spectres. Bien que les noms soient quelque peu similaires, ils reposent sur des principes complètement différents, il ne faut donc pas confondre ces concepts.

En sachant en quoi le spectre de diffraction diffère du spectre de dispersion, vous pouvez commencer l'étude de l'optique. Les perspectives de cette discipline sont sous-estimées, de sorte que les chercheurs peuvent s'attendre à un emploi garanti dans le futur et peut-être à des découvertes sérieuses.

Vidéo : différences entre le spectre de diffraction et le spectre de dispersion

Dans cette vidéo, le physicien Denis Logachev donnera une leçon dans laquelle il parlera de la différence entre le spectre de diffraction et le spectre de dispersion, nous apprendrons ce qu'est un réseau de diffraction :