Kuo skiriasi difrakcija ir dispersija? Paprastas būdas apskaičiuoti didžiausią spektro tvarką

Mokyklos kursas fizika atrodo visai nesudėtinga, suprantama ir gana įdomi. Klasėje nėra taip sunku paaiškinti mokytojui, kuo tai skiriasi difrakcijos spektras nuo sklaidos, ir gauti geras pažymys. Bet kai kalbama apie fiziką aukštesniuose švietimo įstaigų, viskas tampa labai sudėtinga. Kai kurios problemos gali priversti jus praleisti ne vieną bemiegę naktį jas sprendžiant.

Įvairūs šviesos skaidymo į spektrą būdai

IR difrakcija Ir dispersija atstovauti skilimas šviesos spindulysį komponentus, bet visada yra keletas niuansų:

Daugelis žmonių matė dispersijos patirtį fizikos pamokose. Norėdami tai padaryti, užteko nukreipti spindulį į prizmę, šalia kurios buvo paprastas kraštovaizdžio lapas. Ir įprastas saulės šviesa arba nukreiptas žibinto spindulys buvo padalintas į visas vaivorykštės spalvas.

Bet tuo pat metu raudona spalva užėmė labai mažai vietos lape, likusių spalvų plotis padidėjo link violetinės spalvos. Tai jis užėmė reikšminga dalis visą spektrą.

Didžiausia difrakcijos gardelės spektro eilė

Optika yra tikslusis mokslas kuri reikalauja loginis mąstymas ir teisingus skaičiavimus. Fizikai kadaise sukūrė formulę, kurią galime naudoti iki šiol:

Šiame komplekse, bet tik iš pirmo žvilgsnio, lygybė, norima kiekybė k- spektro tvarka:

• λ - ant grotelių krentančios šviesos bangos ilgis.
• φ - difrakcijos kampas.
• ά - šviesos bangos kritimo ant grotelių kampas.
• đ - gardelės laikotarpis.

Iš šios lygybės galime daryti išvadą mus dominanti formulė, nustatyti maksimalus užsakymas spektras Užtenka šitam dešinėje pusėje lygybės padalytos iš šviesos bangos ilgio, o difrakcijos kampo sinusas gali būti pakeistas vienetu, kad būtų lengviau apskaičiuoti.

Kai kurie skaičiavimui reikalingi kiekiai yra pastovūs, todėl problemų neturėtų kilti. Svarbiausia nesupainioti atliekant skaičiavimus.

Deja, kartais mokslas per daug nutolsta nuo praktikos ir daugumos šių skaičiavimų prasmė studentams ir moksleiviams lieka paslaptimi.

Paprastas būdas apskaičiuoti didžiausią spektro tvarką

Fizikai turi ir paprastesnį būdas nustatyti maksimalią tvarką. Formulei galite naudoti reikšmes iš ankstesnės lygties. Tik šį kartą pradinių duomenų bus daug mažiau, o pačius skaičiavimus galima pateikti taip:

Nesunku suprasti norimą vertę tiesiogiai priklauso nuo gardelės periodo ir bangos ilgio. Saugiai išmetėme sinusus ir maksimalią tvarką išreiškėme forma m.

Sunku skirti daugiau nei minutę padalijus du skaičius, todėl bet kokia optikos problema, kuriai reikia tik nustatyti užsakymo vertę, neužtruks tiek ilgai. Tačiau dažniausiai šis skaičiavimas yra tik pirmas žingsnis ieškant atsakymo į sudėtingesnį klausimą.

Jei supranti problemą ir supranti koncepcijos esmę, formulė atrodo itin logiška. Lengviausias būdas išspręsti problemą yra balta šviesa, nes šiuo atveju bangos ilgis yra vienodas šviesos srautas.

Dabar įsivaizduokite, kad sraute yra keletas atspalvių, kurių, žinoma, yra skirtingi ilgiai. Užduotis tampa šiek tiek sudėtingesnė; Ir taip atsitiko, in tikras gyvenimas kad išskirtinai baltos šviesos bangos yra itin retos.

Difrakcijos spektro plotis

Eksperimente su prizme galite stebėti spektro nevienalytiškumą ir plotį. Ši parinktis turi didelę reikšmę optikoje, ypač kai kalbama apie difrakcijos spektrą. Faktas yra tas, kad, skirtingai nei dispersinis, jis nėra suspaustas jokia kryptimi, visi atspalviai pateikiami tolygiai, o plotis priklauso tik nuo pačios grotelės rodiklių, kurių pagalba spindulys skaidomas į spektrą. Nors dispersijos spektro plotis priklauso nuo bangos ilgio. Difrakcinėje grotelėje:

1. Yra skaidrūs potėpiai.
2. Yra nepermatomų tarpų.
3. Jų ilgių suma yra gardelės periodas.
4. Šią vertę galima gauti padalijus vieną iš eilučių skaičiaus, tenkančio grotelių ilgio vienetui.

Mus dominantis spektro plotis yra atvirkštinis ryšys iš gardelės periodo, kuris jau pasirodė ankstesnėse formulėse. Tik dabar kuo trumpesnis šis laikotarpis, tuo didesnis plotis.

Jei grįšime prie didžiausios tvarkos apibrėžimo, tai pamatysime didėjant gardelės periodo reikšmės užsakymas taip pat padidėjo. Iš to, grynai logiškai, nesunku padaryti kitą išvadą – difrakcijos spektro plotis ir jo maksimali tvarka yra atvirkščiai.

Kuo mažesnė vertė, tuo daugiau kitų, ir atvirkščiai. Žinoma, šios žinios nepadės įgyti tikslios vertės. Tačiau patikrinti savo skaičiavimus tokiu paprastu būdu yra visiškai įmanoma.

Skirtumas tarp spektrų

Norint išryškinti skirtumus tarp dispersijos ir difrakcijos spektrų, būtina suprasti, kas yra kiekvienas iš jų.
Dispersinis:

• Atsiranda dėl šviesos pluošto skilimo į jo komponentus po to, kai jis praeina per prizmę.
• Plinta nuo raudonos iki violetinės spalvos.
• Spektras suspaustas ta pačia kryptimi, raudonojo diapazono plotis yra mažiausias, violetinio diapazonas yra didžiausias.
• Gali būti tik viena spalvota nuotrauka.

Difrakcija:

• Jis atsiranda dėl šviesos patekimo į difrakcinę gardelę.
• Eina į atvirkštine tvarka, nuo violetinės iki raudonos.
• Spektras yra vienodas per visą ilgį.
• Gali būti keletas spalvotų paveikslėlių.

Štai keturi pagrindiniai skirtumai, leidžiantys suprasti, kas yra abu spektrai. Nors pavadinimai kažkuo panašūs, jie pagrįsti visiškai skirtingais principais, todėl šių sąvokų nereikėtų painioti.

Žinodami, kuo difrakcijos spektras skiriasi nuo dispersijos spektro, galite pradėti optikos studijas. Šios disciplinos perspektyvos yra neįvertintos, todėl mokslininkai gali tikėtis garantuoto užimtumo ateityje, o gal ir rimtų atradimų.

Vaizdo įrašas: difrakcijos ir dispersijos spektro skirtumai

Šiame vaizdo įraše fizikas Denisas Logačevas ves pamoką, kurioje kalbės apie skirtumą tarp difrakcijos spektro ir dispersijos spektro, sužinosime, kas yra difrakcijos gardelė:

Į klausimą: kuo difrakcijos spektras skiriasi nuo dispersinio spektro? pateikė autorius Europos geriausias atsakymas yra Dispersinis spektras gaunamas, kai šviesą lūžta prizmė (vaivorykštė).
Difrakcijos spektras gaunamas atliekant difrakciją ant grotelių.
Jie skiriasi spalvų tvarka. Dispersiniu režimu jie eina (skaičiuojant nuo pradinio spindulio) - raudona, oranžinė, geltona, žalia, mėlyna, indigo, violetinė; difrakcijoje (skaičiuojant nuo pagrindinio maksimumo) - violetinė, mėlyna, žalsvai mėlyna, žalia, geltona, oranžinė, raudona.

Atsakyti nuo 22 atsakymai[guru]

Sveiki! Štai keletas temų su atsakymais į jūsų klausimą: kuo difrakcijos spektras skiriasi nuo dispersijos spektro?

Atsakyti nuo Yoasha Bodchenko[naujokas]
difrakcija yra bangos reiškinys- šviesos sklaida (na, elektromagnetinė banga V bendras atvejis) ant kliūties. Ypač ant įtrūkimų.
Difrakcinė gardelė yra spektrinis prietaisas, susidedantis iš didelis kiekis plyšiai (lygiagrečiai). Kiekviename plyšyje atsiranda šviesos difrakcija. Pasikeitus žiūrėjimo kampui (grotelių atžvilgiu), atsiranda kelio skirtumas tarp tam tikra kryptimi iš plyšių sklindančios šviesos (tarp spindulių iš skirtingų plyšių). Tam tikro bangos ilgio spinduliuotei maksimumai atsiranda tam tikrais kampais. Kampai priklauso nuo bangos ilgio ir grotelių žingsnio.
Tokiu būdu galima stebėti ant gardelės krentančios šviesos spektrą (kadangi yra krypties priklausomybė nuo spektrinio maksimumo nuo bangos ilgio).
Ilgo bangos ilgio signalai yra labiau nukreipiami.
Pagrindiniai maksimumai yra kelių dydžių kategorijų. Efektyviai stebimų (nepersidengusių) skaičius priklauso nuo stebimos spinduliuotės spektro pločio ir gardelės kokybės (linijų skaičius mm).
Dispersija – tai terpės lūžio rodiklio priklausomybė nuo elektromagnetinės spinduliuotės bangos ilgio.
Kadangi kritimo ir lūžio kampų santykis priklauso nuo lūžio rodiklio, šviesai atskirti į spektrinius komponentus galima naudoti prizmę.
Čia kiekvienas komponentas eina tik viena kryptimi.
Kuri šviesa yra labiau nukreipta, priklauso nuo terpės ir medžiagos, iš kurios pagaminta prizmė, lūžio rodiklių santykio.
Skirtumai.
Po prizmės kiekvienas spektrinis komponentas nukreipiamas tik viena kryptimi. Po difrakcijos gardelės – kiekvienas komponentas eina į visas puses, bet netolygiai – turi savo pagrindinę ir antrinę maksimumus.
Vizualiai tai atrodo taip:
Po prizmės vientisa juosta arba linijų spektras- nuo mėlynos iki raudonos.
Po difrakcijos gardelės matomas achromatinis maksimumas (viduryje) ir keli maksimumai dešinėje ir kairėje – jau susluoksniuoti į komponentus. Jei nagrinėjamas objektas – pirmos eilės maksimumais – jo komponentai skirtingos spalvos gali sutapti. Be to, jie geriau atskiriami, tačiau gretimi maksimumai gali pradėti persidengti.
Reiškinių pobūdis yra skirtingas.
Dažniai skiriasi įvairiais būdais.
Trumpai tariant, difrakcija yra „siskverbimas“, o dispersija yra lenkimas

Atsakyti nuo Jebastianas Rachovskis[guru]
Hmm, keista, šiandien mūsų uždavė tą patį klausimą. Atrodo, kad jie išgyveno visus čia esančius atsakymus, bet jai vis tiek tai nepatinka.

Atsakyti nuo išbarstyti[guru]
Mano smegenys tirpsta!! AAA!

Atsakyti nuo junginys[guru]
Viena sek.
Spektras yra reikšmių rinkinys. Pavyzdžiui, bangos ilgiai. Balta šviesa yra skirtingų bangos ilgių šviesos spindulių rinkinys ( įvairių spalvų) ; jei nukreipiate spindulį į trikampės prizmės paviršių lygiagrečiai spinduliaišviesos, tada išeinant iš prizmės spindulys nebebus lygiagretus, o kiekvienas spindulys eis savo kryptimi, o ekrane atsiras įvairaus ilgio bangų spektras. Tai yra „vaivorykštė“, kurios juostelės (jie yra skirtingų spalvų) yra išdėstytos skirtingais atstumais. Šių juostelių rinkinys yra dispersijos spektras. Tai yra, dispersinis spektras yra bangų spektras (tai reiškia jų ilgius), gautas kaip rezultatas įvairaus laipsnio skirtingo ilgio (skirtingų spalvų) bangų lūžis. Trumpai: disp. spektras yra spektras, atsirandantis dėl dispersijos. Su kuo siejama difrakcijos spektro sąvoka? Žinoma, su difrakcija - įvairių kliūčių bangų lenkimu, kurių dydžiai yra proporcingi nagrinėjamų bangų dydžiams. Pavyzdžiui, lyjant atmosferoje susidaro maži vandens lašeliai, kurie sukelia difrakciją. Tačiau skirtingi bangos ilgiai difrakcija skiriasi – jie yra skirtingo ilgio. Jie difrakcija skiriasi, o tai reiškia, kad jie nukrypsta skirtingais atstumais. Štai kodėl lyjant galime pamatyti vaivorykštę. Taigi difrakcijos spektras yra bangų spektras, gautas dėl skirtingo ilgio bangų lenkimo aplink kliūtis. Trumpai: dif. spektras yra spektras, gautas difrakcijos būdu. Apibendrinimas: žodžiai „dispersinis“ arba „difrakcijos“ spektras papildo ką mes kalbame apie- apie dispersijos procesą arba difrakcijos procesą. Apskritai galime kalbėti apie tokio pat ilgio bangą. Tada spektrą sudarys viena juostelė. Nors difrakcijos atveju, tada taip pat galima perskirstyti bangos intensyvumą ekrane – tai vadinama difrakcijos šablonu.

APIBRĖŽIMAS

Difrakcijos spektras yra intensyvumo pasiskirstymas ekrane, atsirandantis dėl difrakcijos.

Šiuo atveju pagrindinė šviesos energijos dalis yra sutelkta centriniame maksimume.

Jei nagrinėjamu prietaisu laikysime difrakcijos gardelę, kurios pagalba atliekama difrakcija, tada iš formulės:

(kur d yra gardelės konstanta; yra difrakcijos kampas; yra šviesos bangos ilgis; . yra sveikas skaičius), tai reiškia, kad kampas, kuriame atsiranda pagrindiniai maksimumai, yra susijęs su šviesos bangos ilgiu, patenkančiu į gardelę (šviesą). paprastai krenta ant grotelių). Tai reiškia, kad skirtingo bangos ilgio šviesos sukuriami intensyvumo maksimumai atsiranda skirtingose ​​stebėjimo erdvės vietose, todėl difrakcinę gardelę galima naudoti kaip spektrinį įtaisą.

Jeigu nukrenta difrakcinė gardelė balta šviesa, tada visi maksimumai, išskyrus centrinį maksimumą, suskaidomi į spektrą. Iš (1) formulės išplaukia, kad didžiausio laipsnio padėtis gali būti nustatyta taip:

Iš (2) išraiškos matyti, kad didėjant bangos ilgiui, atstumas nuo centrinio maksimumo iki maksimumo su skaičiumi m didėja. Pasirodo, kiekvieno pagrindinio maksimumo violetinė dalis bus nukreipta į difrakcijos modelio centrą, o raudona – į išorę. Reikia atsiminti, kad kada spektrinis skilimas Baltoje šviesoje violetiniai spinduliai nukreipiami labiau nei raudoni.

Difrakcinė gardelė naudojama kaip paprastas spektrinis įtaisas, kuriuo galima nustatyti bangos ilgį. Jei gardelės laikotarpis yra žinomas, tada šviesos bangos ilgio nustatymas bus sumažintas iki kampo, atitinkančio kryptį į pasirinktą spektro eilės liniją, matavimas. Paprastai naudojami pirmos arba antros eilės spektrai.

Reikėtų pažymėti, kad didelės eilės difrakcijos spektrai persidengia vienas su kitu. Taigi, suskaidžius baltą šviesą, antros ir trečios eilės spektrai jau iš dalies sutampa.

Difrakcija ir dispersinis skilimas į spektrą

Naudojant difrakciją, kaip ir dispersiją, šviesos spindulį galima suskaidyti į jo komponentus. Tačiau yra esminių skirtumųšiuose fiziniuose reiškiniuose. Taigi difrakcijos spektras yra šviesos lenkimo aplink kliūtis, pavyzdžiui, tamsias sritis šalia difrakcijos gardelės, rezultatas. Toks spektras tolygiai pasiskirsto visomis kryptimis. Violetinė spektro dalis yra nukreipta į centrą. Dispersinį spektrą galima gauti leidžiant šviesą per prizmę. Spektras ištemptas violetine kryptimi ir suspaustas raudonai. Violetinė spektro dalis užima didesnį plotį nei raudonoji. Spektrinio skilimo metu raudoni spinduliai nukrypsta mažiau nei violetiniai, o tai reiškia, kad raudonoji spektro dalis yra arčiau centro.

Didžiausia spektrinė tvarka difrakcijos metu

Naudodami (2) formulę ir atsižvelgdami į tai, kad ji negali būti didesnė už vieną, gauname, kad:

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

2 PAVYZDYS

Optikoje skiriami difrakciniai ir dispersiniai šviesos spektrai. Kokios jų savybės?

Kas yra difrakcijos spektras?

Šis spektras susidaro, kai šviesa praeina per daug mažų skylių ar plyšių. Taigi, jūs galite tai pamatyti, jei prisimerksite ir pažvelgsite į saulę ar lempą. Jei šaltą žiemą atkreipiate dėmesį į mėnulį, aplink jį nesunku pamatyti įvairiaspalvius apskritimus: jie taip pat difrakcijos spektrai. Šiuo atveju jie susidaro dėl šviesos prasiskverbimo per atmosferoje esančias sušalusias vandens daleles. Norint atlikti moksliniai eksperimentai naudojant specialias difrakcijos gardeles sukuriami savotiški standartiniai difrakcijos spektrai.

Difrakcijos spektras

Nagrinėjamam spektro tipui būdingas spindulių nuokrypis, proporcingas bangos ilgiui. Todėl ultravioletiniai, taip pat violetiniai spektro spinduliai, kurie turi trumpos bangos, nukrypti kuo mažiau. Savo ruožtu ilgųjų bangų raudona ir infraraudonoji spalva yra priešinga. Galima pastebėti, kad nagrinėjamas spektras didžiausiu mastu ištemptas link ilgųjų bangų spindulių.

Kas yra dispersinis spektras?

Šis spektras susidaro dėl šviesos lūžio – pavyzdžiui, kai ji praeina per prizmę. Taigi, tai atrodo kaip įvairių spalvų šviesos juostelių kolekcija. Šviesos sklaida yra jos srauto skilimas, kuris turi baltas, į monochromatinius spindulius, kurie sudaro šviesos spektrą.

Fizikos istorijoje žinomas nuostabus faktas: iki jo atradimo dispersinis spektras, buvo įprastas požiūris, kad balta šviesa nuspalvina, kai praeina per prizmę. Paaiškėjo, kad taip nėra.

Dispersijos spektre didžiausias nuokrypis lūžio metu būdingas violetiniams spinduliams. Nagrinėjamas spektras yra ištemptas tolygiau nei difrakcijos spektras - per visų tipų spindulius, bet daugiausia - link trumpųjų bangų.

Palyginimas

Pagrindinis skirtumas tarp difrakcijos spektro ir dispersinio spektro yra tas, kad pirmasis spektras susidaro dėl šviesos pratekėjimo per siauras skylutes (ir kitas sritis, kurios netrukdo spinduliams praeiti tarp kai kurių arti esančių objektų), ir antrasis - dėl jo lūžio (pavyzdžiui, dėl praėjimo per prizmę).

Taip pat gali būti skirtumų tarp nagrinėjamų spektrų:

• raudonų ir violetinių spindulių nukrypimai;
• spektro tempimo laipsnis;
• spektro ištempimo laipsnis, palyginti su raudonais ir violetiniais spinduliais.

Norėdami aiškiau parodyti, kuo skiriasi difrakcijos ir dispersijos spektrai pagal nurodytus parametrus, mums padės nedidelė lentelė.