uabooks.top

Már nagyon régen észrevették, hogy a fehér fény üveghasábon áthaladva színes széttartó nyalábbá válik. Ha a hasábon áthaladó sugár elé képernyőt állítunk, akkor azon szivárványcsíkok jelennek meg. Úgy tartották, hogy a színek megjelenése a hasáb színfestő tulajdonságában rejlik. Hogy ez valóban így van-e, azt egy sor érdekes kísérlet elvégzése során 1665-ben Newtonnak sikerült tisztáznia.

Newton kísérletei a fehér szín színképekre való bontására

Newton kísérleteiben a fényforrás a Nap által megvilágított ablak spalettájába vágott kis nyílás volt. Amikor a sugár útjába hasábot helyezett, a szemközti falon világos folt helyett sokszínű csík jelent meg, amit Newton spektrumnak (színképnek) nevezett el. Mint ahogyan a szivárványon, Newton a csíkon is hét színt különböztetett meg: pirosat, narancssárgát, sárgát, zöldet, világoskéket, kéket, lilát (29.1. ábra). Amikor a hasábból kilépő színes sugarak útjába lencsét állított, Newton a képernyőn színtelen foltot kapott.

Ezek után a tudós rés segítségével a sokszínű sugárnyalábból az egyszínű sugarakat választotta ki, és újból a hasábra irányította azokat. A nyalábok eltértek a hasábban, de már nem bomlottak színekre (29.2. ábra).

A kísérletek eredményei alapján Newton a következő következtetéseket fogalmazta meg: 1) a hasáb nem festi meg a fehér színt, hanem színekre bontja; 2) a fehér fénynyaláb számtalan sokszínű nyalábból áll; 3) egy meghatározott közeg törésmutatója a különböző színek esetén különböző.

Mi a fény diszperziója?

A fény hullámelmélete szerint a fény színét az elektromágneses hullámok frekvenciája határozza meg. Legkisebb frekvenciája a piros fénynek van, legnagyobb pedig a lilának (lásd a táblázatot). Elemezve Newton kísérleteit és a fény hullámelméletét alapul véve a következőket állíthatjuk: a fény

törésmutatója a fényhullám frekvenciájától függ. A közegek többségénél a fény frekvenciájának növekedésekor növekszik a közeg abszolút törésmutatója.

Miért kék az ég?

Sok tudós elgondolkodott azon, hogy vajon miért kék az ég. A kérdésre a legjobb választ 1899-ben John Rayleigh (1842-1919) angol fizikus adta meg.

A Nap fehér fényt bocsát ki. A Naptól a Föld atmoszférájába kerülő' fotonok egy része, irányát megtartva, a gázmolekulák között halad el, másik része pedig szétszóródik a levegő' egyenetlenségein (fluktuációin). Legjobban a rövid hullámhosszú fény szóródik szét (Rayleigh törvénye).

A természetes fehér szín a látható színhullámok teljes spektrumát tartalmazza, amelynek rövidhullámú része a kék-világoskéknek felel meg, a hosszúhullámú része pedig a sárga-pirosnak. Tehát az atmoszféra jobban szórja a spektrum kék-világoskék részét, a sárga-pirosat pedig átengedi. Ezért kék az ég (az atmoszféra a spektrum ezen részének a fényét szórja szét), a lemenő' Nap tűz-vörös színű (az atmoszféra ekkor a spektrum ezen részét ereszti át).

A fény spektrumokra való felbomlásának folyamatát, amely a közeg abszolút törésmutatója és a hullám frekvenciája közötti összefüggés eredménye, fénydiszperziónak (színszóródásnak) nevezzük.

Jegyezzétek meg: az egyik közegből a másikba történő' átmenetkor a fény v terjedési sebessége megváltozik, viszont a fényhullám v frekvenciája, ezáltal a fény színe változatlan marad. Ezért a hullám képlete szerint (υ - λυ) a λ hullámhossz változik. A nagyobb optikai sűrűségű közegbe való átmenetkor a hullám hossza, csakúgy, mint a sebessége, csökken:

Mekkora a világoszöld szín hullámhossza az üvegben, amelynek abszolút törésmutatója 1,5?

Mire használatosak, és miből állnak a spektrális eszközök?

Bármilyen forrás által kisugárzott fénynek bonyolult felépítése van. A tetszőleges anyag kisugárzásában megtalálható fénysugarak frekvenciájának összességét az anyag sugárzási spektrumának nevezzük. Az anyagok számára a gáznemű állapotuk sugárzási spektruma egyedi jellemzőjük, amely nem egyezik egyetlen másik anyagéval sem. Épp ezen az egyediségen alapszik a színképelemzés - az anyagok kémiai összetételének spektrumuk alapján történő meghatározása.

A fény összetételét színképelemző készülék segítségével tanulmányozzák. Megvizsgáljuk ezek egyikének felépítését (29.3. ábra), amelynek működési elve a fény színekre bomlásán (fénydiszperzión) alapszik. Az ilyen készülék három fő részből áll: kollimátor, hasáb és lencse.

A kollimátor (1) olyan cső, amelynek egyik zárt végén rés (2) van; a rés a gyűjtőlencse (3) fokális síkjában található. A keskeny, párhuzamos fénynyaláb a kollimátorról a hasábra (4) esik. Mivel a fényhullám minden összetevőjének (minden színnek) saját törésmutatója van, ezért a fénytörés után a hasábból már saját törésszöggel rendelkező egyszínű párhuzamos nyalábok kerülnek ki. Ezek a nyalábok egy másik gyűjtőlencsére (5) kerülnek, és annak fokális síkjára fókuszálódnak.

Miért maradnak párhuzamosak a sugarak a lencsén (3) történő' törés után? A lencse (5) miért csak egy szín sugarait gyűjti össze a fokális sík adott pontjában?

Ha a lencse (5) fokális síkjába fényképlemezt, képernyőt helyezünk, az ilyen berendezést spektrográfnak nevezzük; ha a lencse (4) és képernyő helyett szemlencsét használnak, akkor az ilyen műszer neve spektroszkóp (latin spectrum — elképzelés, előrelátás; görög, graphö — írok, rajzolok; görög, skopeö —

megfigyelek).

/

Érthető, hogy a modern spektrális eszközök jóval bonyolultabbak: a vizsgálandó anyagot sugárzásnak vetik alá, összetettebb optikai rendszereket alkalmaznak, a megfigyeléshez CCD-matricájú képernyőket és különféle érzékelőket használnak; az adatokat kommunikációs hálózaton továbbítják, és számítógépek segítségével dolgozzák fel.

Miért sokszínű a környezetünk?

A tárgyak színét a fénynek a tárgyak anyagával történő kölcsönhatása után szemünkbe jutott hullám frekvenciája határozza meg, vagyis a fény elnyelése vagy szóródása.

A fényszóródás a fény anyagi közeg általi átalakításának jelensége, amit a fény terjedésének irányváltoztatása kísér, és amely a közeg nem saját fényléseként jelenik meg.

Fényelnyelés az anyagi közegen áthaladó fény intenzitásának csökkenése.

A testek színét a test anyagának fényvisszaverő (fényelnyelő) képessége határozza meg. Ha a testet fehér fény világítja meg, és az visszaveri az összes ráeső sugarat, akkor a test számunkra fehérnek tűnik; ha a test főként a kék színű hullámokat veri vissza, a többit pedig elnyeli, akkor kéknek tűnik. Ha

a test teljes egészében elnyeli a ráeső fényt, akkor feketének látjuk. A test színe függ még a ráeső fényhullámok jellemzőitől. Például, ha az elsősorban kék színű sugarakat visszaverő testet egyszínű vörös fénnyel világítjuk meg, akkor gyakorlatilag nem ver vissza fénysugarakat, és ezért feketének látszik. A test színe a ráeső fényhullám jellemzőitől függ, tehát a „szín a sötétségben” fogalomnak nincs semmi értelme.

Összegezés

A fény spektrumokra bomlásának folyamatát, amely a közeg abszolút törésmutatója és a hullám frekvenciája közötti összefüggés eredménye, fénydiszperziónak (színszóródásnak) nevezzük. A közegek többségének törésmutatója növekszik a fényhullám frekvenciájának növekedésével.

• A fény összetételét színképelemző készülék — spektroszkóp és spektrográf — segítségével tanulmányozzák.

• A fénysugár színét a hullámhossza határozza meg. A természetes napfényben benne van az összes látható fény hulláma.

• A testek színét egyrészt a test anyagának fényvisszaverő képessége, másrészt a testre eső fény spektrális összetétele határozza meg.

Ellenőrző kérdések

1. írjátok le Newton kísérletét a fénydiszperzió tanulmányozásáról! 2. Nevezzétek meg a hét spektrális színt! 3. Melyik színű fény törik meg legkevésbé az anyagban? Legnagyobb mértékben? 4. Mit nevezünk diszperziónak? 5. A fény mely jellemzői változnak meg a két közeg határán történő átmenet során? 6. Ismertessétek a diszperziós színképelemző készülékek felépítését és működési elvét!

7. Miért látjuk sokszínűnek környezetünket?

29. gyakorlat

1. Milyennek látjátok a piros fénnyel megvilágított fehér papírlapot? Válaszotok megváltozik-e, ha színes papírlapot használunk?

2. Mit jelent a „labda piros” kifejezés?

3. Lila fény esetén mennyi a közeg törési együtthatója, ha az adott közegben a fényhullám hossza 250 nm, a vákuumban 400 nm? Mekkora a fénysebesség ebben a közegben?

Lehet-e különböző színű fénynek azonos hullámhossza? Azonos frekvenciája? Ha igen, akkor milyen feltételek mellett?

Bizonyos fény hullámhossza benzinben 450 nm. Milyen színű fényről van szó?

6. Sárga és kék festék vegyítésével zöldet kapunk. Ha egymásra sárga és kék átlátszó lemezeket helyezünk, azokon átnézve a lemezek feketének tűnnek. Mi ennek a magyarázata?

7. Idézzétek fel vagy tudjátok meg, milyen színeket nevezünk alapszíneknek! Milyen tulajdonságokkal rendelkeznek? Hogyan alkalmazzák ezeket a tulajdonságokat?

Fizika tankönyv 11. osztályosok szerzők Dovgy, Baryakhtar, Loktev