Чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного кратко

Обновлено: 04.07.2024

Дисперсионный спектр получается при преломлении света призмой (радуга) .
Дифракционный спектр получается при дифракции на решётке.
Отличаются порядком цветов. В дисперсионном они идут (считая, от первоначального луча) - красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый; в дифракционном (считая от главного максимума) - фиолетовый, синий, голубой, зелёный, жёлтый, оранжевый, красный.

дифракция - это волновое явление - рассеяние света (ну, электромагнитной волны в общем случае) на препятствии. В частности на щели.

Дифракционная решётка - это спектральный прибор, состоящий из большого количества щелей (параллельных) . На каждой щели происходит дифракция света. При изменении угла наблюдения (относительно решётки) , между светом, прошедшим в определённом направлении от щелей возникает разность хода (между лучами из разных щелей) . Для излучения с определённой длиной волны возникают максимумы при некоторых углах. Углы зависят от длины волны и от шага решётки.

Таким образом можно наблюдать спектр света, который падает на решётку (поскольку есть зависимость направления на спектральный максимум от длины волны) .

Длинноволновые сигналы отклоняются сильнее.

Главные максимумы есть нескольких порядков. Количество эффективно наблюдаемых (неперекрывающихся) зависит от ширины спектра наблюдаемого излучения и качества решётки (количества штрихов на мм) .

Дисперсия - это зависимость показателя преломления среды от длины волны электромагнитного излучения.
Поскольку от показателя преломления зависит отношения углов падения и преломления, призмой можно разложить свет на спектральные составляющие.

Здесь каждая составляющая идёт только в одном направлении.

Какой свет сильнее отклоняется - зависит от отношения показателей преломления среды и материала из которого сделана призма.

Отличия.
После призмы каждая спектральная составляющая отклоняется только в одном направлении. После дифракционной решётки - каждая составляющая идёт во всех направлениях, но неравномерно - имеет свои главные и побочные максимумы.

Визуально это проявляется так:
После призмы видна сплошная полоса или линейчатый спектр - от синего до красного.
После дифракционной решётки виден ахроматический максимум (посередине) и несколько максимумов справа и слева - уже расслаивающиеся на составляющие. Если рассматривается предмет - в максимумах первого порядка - его составляющие разных цветов могут перекрываться. Дальше они лучше разведены, но могут начать перекрываться соседние максимумы.

Природа явлений разная.

Частоты отклоняются по-разному.

Короче, дифракция - это "проникновение", дисперсия - огибание

Хм, странно, нам сегодня задали такой же вопрос. Кароч вроде все ответы перебрали, которые тут есть, а ей всё равно не нравится.

Обычный дневной свет состоит из семи основных цветов. При определённых условиях свет можно разложить на составляющие, то есть получить цветовой спектр.

Данный термин, применительно к оптике, впервые ввёл английский физик И. Ньютон в 1670-х годах. Именно он выдвинул теорию о сложном составе простого солнечного света.

Дифракция

Под данным физическим явлением подразумевается способность световой волны огибать препятствия, что характерно и для всех прочих волн – начиная от водных, и заканчивая электромагнитными и звуковыми.

Дифракционный спектр способен образовываться при прохождении светового потока через некие препятствия. В лабораторных условиях для получения дифракционного спектра обычно используют непрозрачный экран с проделанным в нём небольшим круглым или щелеобразным отверстием.

В первом случае получается сферическая, а во втором – плоская дифракционная волна. Для большей точности проводимых экспериментов, в оптических лабораториях создают особые, эталонные, дифракционные решётки со строго фиксированным размером отверстий.

Дифракционный спектр можно наблюдать не только в лабораторных условиях, но и в природе. В качестве примера можно взять цветные круги, образующиеся вокруг луны в морозную ночь.

Они появляются в результате огибания лучами лунного света мельчайших частичек замёрзшей воды, взвешенной в атмосфере. При дифракции света, он разлагается на составляющие в соответствии с длиной каждой световой волны.

Чем длиннее волна, тем на большую величину происходит её отклонение. Менее всего подвержены дифракционному отклонению ультрафиолетовая волна, а расположенная на противоположном конце спектра инфракрасная волна преломляется больше всего.

Дисперсия

В оптике дисперсией называют разложение белого света на отдельные волны при прохождении через некий прозрачный предмет, обладающий свойством светового преломления.

При этом показатель преломления так же, как и в случае с дифракцией, зависит от длины той или иной волны. Впервые научное исследование явления дисперсии было проведено Ньютоном в XVII веке.

Именно этот великий учёный смог наглядно доказать, что обычный дневной свет не является чем-то простейшим и неделимым объектом, а состоит из отдельных цветных лучей.

В своём опыте Ньютон использовал треугольную стеклянную призму, через которую пропускался свет. Опыты с призмой ставились и ранее, но до этого среди физиков бытовало убеждение, что это стеклянная призма окрашивает белый цвет в оттенки радуги.

Кстати, радуга – природный пример дисперсии солнечного излучения, проходящего сквозь мельчайшие прозрачные капельки воды.

Происходит это явление оттого, что волны с различной длиной имеют и разную скорость распространения в оптической среде – прозрачном пространстве, заполненном некой более или менее плотной субстанцией (жидкостью, газом, либо твёрдым веществом).

Волны с меньшей длиной при прохождении через оптическую среду преломляются больше, поэтому скорость их распространения меньше. Самой большой длиной обладают волны красного спектра.

Соответственно, коэффициент их преломления минимален, а скорость – наоборот, максимальна. Противоположностью является ультрафиолетовая волна, имеющая наименьшую скорость и больший показатель преломления.

Скорость же световых составляющих в абсолютном вакууме одинакова, и, следовательно, дисперсионное разделение света там произойти не может. В отдельных оптических средах наблюдается так называемый аномальный дисперсионный процесс.

Так, в парах йода более короткие лучи синего цвета преломляются меньше, нежели более длинные красные. Остальные же лучи светового спектра вовсе поглощаются газообразной субстанцией, и для наблюдения недоступны.

Различия спектров

Несмотря на то, что в основе и дифракционного, и дисперсионного спектров лежит принцип волнового строения света, они имеют целый ряд различий.

В первом случае белый свет распадается на составляющие в результате прохождения его через мелкие отверстия в непрозрачном общем фоне, либо между множеством близко находящихся непрозрачных частичек.

В случае с дисперсионным спектром разложение происходит вследствие преломления световых лучей при прохождении их через некую прозрачную среду: стекло, газ, жидкость и так далее.

С точки зрения оптики, между дифракционным и дисперсионным спектрами имеются различия:

В степени отклонения крайних лучей – ультрафиолетового и инфракрасного.
В размерах растяжения длины спектра.

Для наглядности все различия между дисперсионным и дифракционным спектрами можно отобразить в виде сводной таблицы:

Школьный курс физики кажется совсем не сложным, понятным и достаточно интересным. Не так уж трудно объяснить на уроке учителю, чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного, и получить хорошую оценку. Но когда речь идет о физике в высших учебных заведениях, все резко усложняется. Некоторые задачки могут заставить провести за их решением не одну бессонную ночь.

Разные способы разложения света на спектр

И дифракция и дисперсия представляют собой разложение светового луча на составляющие, но всегда есть свои нюансы:

Дифракционный спектр

Дисперсионный спектр

Получается в результате контакта света и дифракционной решетки.

Можно добиться во время прохождения луча через призму.

Равномерно распространяется во всех направлениях.

Растянут в фиолетовом направлении, а в сторону красного – сжат.

Направление цветов в спектре идет от фиолетового цвета к красному.

Распространяется от красного к фиолетовому цвету.

Но при этом, красный цвет занимал на листе совсем немного места, ширина остальных цветов увеличивалась, по направлению к фиолетовому. Именно он занимал значительную часть всего спектра.

Наибольший порядок спектра дифракционной решетки

Оптика это точная наука, которая требует логического мышления и верных расчетов. Некогда физики вывели формулу, которой мы можем пользоваться, по сей день:

В этом сложном, но только на первый взгляд, равенстве, искомой величиной является k – порядок спектра:

λ – длина волны света, падающего на решетку.
φ – угол дифракции.
ά – угол падения на решетку световой волны.
đ – период решетки.

Из этого равенства можно вывести интересующую нас формулу, для определения максимального порядка спектра. Для этого достаточно правую часть равенства поделить на длину световой волны, при этом синус угла дифракции можно заменить единицей, для простоты вычисления.

Часть из необходимых для вычисления величин – постоянная, так что никаких проблем возникнуть не должно. Главное, не запутаться в подсчетах.

К сожалению, порой наука слишком далеко отходит от практики и смысл большинства таких вычислений для студентов и школьников остается загадкой, они решают это как абстрактную задачку, никоим образом не связанную с реальной жизнью.

Простой способ вычисления максимального порядка спектра

А еще у физиков есть более простой способ определения максимального порядка. Для формулы можно использовать значения из предыдущего равенства. Только в этот раз исходных данных будет гораздо меньше, а сами расчеты можно представить в виде:

Как несложно понять, искомое значение напрямую зависит от периода решетки и длины волны. Синусы мы благополучно откинули, а максимальный порядок выразили в виде m.

На деление двух чисел сложно потратить больше минуты, так что любая задача на оптику, в которой требуется лишь определить значение порядка, не займет так уж много времени. Но чаще всего это вычисление – только первый шаг на пути к поиску ответа на более сложный вопрос.

Если разобраться в вопросе и вникнуть в суть понятия, формула кажется предельно логичной. Проще всего решать задачу с белым светом, ведь в таком случае длина волны одинакова для всего светового потока.

А теперь представьте, что в потоке несколько оттенков, которые, конечно же, имеют разную длину. Задача несколько усложняется, на вычисления уйдет больше времени. А так уж вышло, в реальной жизни, что волны исключительно белого света встречаются крайне редко.

Ширина дифракционного спектра

На опыте с призмой вы могли понаблюдать за неоднородностью и шириной спектра. Этот параметр имеет огромное значение в оптике, особенно когда речь идет о дифракционном спектре. Дело в том, что в отличие от дисперсионного он не сжат ни в одном направлении, все оттенки представлены равномерно и ширина зависит только от показателей самой решетки, с помощью которой и проводится разложение луча на спектр. В то время как значения ширины дисперсионного спектра зависит от длины волны. В дифракционной решетке:

Есть прозрачные штрихи.
Есть непрозрачные промежутки.
Сумма их длин является периодом решетки.
Получить это значение можно поделив единицу на количество штрихов на единицу длины решетки.

Интересующая нас ширина спектра находится в обратной зависимости от периода решетки, который уже фигурировал в предыдущих формулах. Только теперь чем меньше этот период, тем больше ширина.

Если вернуться к определению максимального порядка, можно заметить, что с увеличением значения периода решетки возрастал и порядок. Из этого, чисто логически, несложно сделать еще один вывод – ширина дифракционного спектра и его максимальный порядок находятся в обратной взаимосвязи.

Чем меньше одно значение, тем больше другое, и наоборот. Конечно же, это знание не поможет получить точные значения. Но проверить свои вычисления, таким нехитрым способом, вполне реально.

Разница между спектрами

Чтобы выделить различия дисперсионного и дифракционного спектра, необходимо понять, что каждый из них собой представляет.
Дисперсионный:

Появляется в результате разложения луча света на составляющие, после прохождения через призму.
Распространяется от красного цвета к фиолетовому.
Спектр сжат в том же направлении, наименьшей шириной обладает красный диапазон, наибольшей – фиолетовый.
Может существовать только одна цветная картинка.

Получается в результате попадания света на дифракционную решетку.
Идет в обратном порядке, от фиолетового к красному цвету.
Спектр равномерен на всем своем протяжении.
Может быть несколько цветных картинок.

Вот и основные четыре различая, позволяющие понять, что представляют собой оба спектра. Хоть названия и немного созвучны, но в их основе лежат абсолютно разные принципы, так что не стоит путать эти понятия.

Со знания, чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного спектра, можно начать изучение оптики. Перспективы этой дисциплины недооценены, так что исследователей ждет гарантированная занятость в будущем, а может быть и серьезные открытия.

Видео: различия дифракционного и дисперсионного спектра

В этом видео ученый-физик Денис Логачев проведет урок, в котором расскажет об отличии дифракционного спектра от дисперсионного, мы узнаем, что такое дифракционная решетка:

Рассказываем, что такое дисперсия и дифракция света и чем отличаются их спектры.

Дисперсия света

Свет в физике и оптике — это электромагнитное излучение, состоящее из волн длиной от 380 до 770 нанометров; волны разной длины мы видим разного цвета. Исаак Ньютон заметил, что показатель преломления при прохождении через прозрачную призму зависит от длины волны: красный и желтый свет, упав на поверхность, отклонятся на разные углы. Частота и скорость света тоже будут отличаться.

Дисперсия — это зависимость показателя преломления и скорости света от длины волны.

Волны красного света самые длинные в спектре. У них наименьший показатель преломления и более высокая скорость.
Волны фиолетового света самые короткие в спектре. У них наибольший показатель преломления и более низкая скорость.

Белый цвет состоит из всех цветов спектра. Поэтому если луч белого света пропустить через прозрачную призму, он распадется на составляющие, так как волны разных цветов имеют разный показатель преломления. Мы увидим радугу — все цвета спектра.

Дифракция света

Прежде нужно напомнить о сопутствующем явлении — интерференции света, которая всегда наблюдается одновременно с дифракцией. При интерференции две когерентные (т.е. частоты которых совпадают, а разность фаз колебания постоянна) световые волны накладываются друг на друга, в результате чего усиливают или ослабляют одна другую.

Дифракция наблюдается при распространении света в среде с резкими неоднородностями. В таких условиях можем увидеть отклонение волн от прямого направления при прохождении рядом с преградой, проще — огибание препятствий световыми волнами. Это оптическое явление встречается с участием предметов любых размеров, но чем меньше объект, тем наблюдение проще.

Белый свет распадается в спектр, если проходит через дифракционную решетку или отражается от нее. Природа дифракционного и призматического спектров отличается, поэтому это явление нельзя объяснить дисперсией света.

Как их отличить:

Призматический спектр располагается в диапазоне от красного цвета к фиолетовому (в порядке убывания длины волны). Красная часть более сжата, а фиолетовая — растянута.
Дифракционный спектр располагается в диапазоне от фиолетового цвета к красному (в порядке возрастания длин волн). Все части равны между собой.

Для экспериментального наблюдения этого явления есть специальный прибор — дифракционная решетка. Это искусственная система препятствий в виде параллельных штрихов, выгравированных на поверхности пластины из металла или стекла. Расстояние между краями соседних щелей называется периодом решетки или ее постоянной.

Встречая препятствие в виде решетки, световая волна проходит через щели и препятствия, в результате чего разбивается на отдельные пучки когерентных волн — это дифракция. Затем они интерферируют друг с другом. Волны разных длин отклоняются на разные углы — так свет разлагается в спектр.

Формула дифракционной решетки:

Знание разницы между дифракцией и дисперсией — азы изучения оптики. Чтобы написать хорошую работу (неважно, реферат, курсовую или диплом) по физике, нужны более глубокие исследования. С этим всегда помогут наши авторы, поэтому обращайтесь в ФениксХелп.

Читайте также: