التشتت ظاهرة مرتبطة بانكسار الضوء. على الرغم من أنه يمكن أن يحدث مع أي نوع من الموجات وبأي طول موجي للضوء ، إلا أنه غالبًا ما تتم مناقشته فيما يتعلق بالضوء المرئي. التشتت ، بعد كل شيء ، هو سبب قوس قزح!
تعريف التشتت
التشتت ، يسمى أحيانًا بشكل أكثر تحديدًاتشتت لوني، يحدث عندما تعتمد سرعات المكونات المختلفة لموجة ضوئية على الأطوال الموجية لتلك المكونات. يتم تحديد أنواع معينة من التشتت اللوني من خلال أسباب اعتماد السرعة على طول الموجة.
أنواع التشتت
لتشتت المواد، وهذا يعني أن مؤشر الانكسار في مادة ما يختلف قليلاً حسب الطول الموجي. (تذكر أن مؤشر الانكسار هو n = c / v ، حيثجهي سرعة الضوء في الفراغ والخامسهي سرعة الضوء في الوسط المحدد.)
تُقاس كمية المادة التي تشتت الضوء فعليًا بواسطة معلمة تسمى رقم آبي. لحساب عدد آبي ، تحتاج إلى قياس عدة مؤشرات للانكسار في المادة التي تأتي من انبعاثات الضوء المميزة لعناصر معينة ؛ تحدث انبعاثات الضوء هذه فقط عند أطوال موجية محددة محددة ، مما يؤدي إلى إنشاء خطوط فردية عند كل من تلك الأطوال الموجية في الطيف ، ونمط هذه الخطوط فريد لكل عنصر.
مؤشرات الانكسار اللازمة لحساب رقم آبي هي: مؤشر اللون الأزرق
الخامس = \ فارك {n_D-1} {n_F-n_C}
إذا كانت المادة تحتوي على عدد أقل من Abbe ، فسيكون لها تشتت أكبر على الطيف المرئي.
تشتت الدليل الموجيهي عندما تعتمد سرعة الموجة الضوئية في الدليل الموجي على ترددها بسبب هندسة هيكل الدليل الموجي. في الألياف الضوئية ، عادة ما يكون تشتت المادة والدليل الموجي موجودًا.
يحدث تشتت المواد بسبب مؤشرات مختلفة للانكسار في وسط يعتمد على طول الموجة ؛ يحدث تشتت الدليل الموجي بسبب بنية الدليل الموجي مما يتسبب في انتقال الضوء بأطوال موجية مختلفة بسرعات مختلفة. نوع آخر من التشتت يسمىتشتت وضع الاستقطاب، حيث تعتمد سرعة الموجة الضوئية على استقطابها في الوسط.
نوع أكثر تعقيدًا من التشتت هوتشتت سرعة المجموعة. يمكن أن تنتقل موجات الضوء في "حزم موجية" ، تُعرف أيضًا باسم "الإشارات" أو "النبضات" ، وتسمى سرعة هذه النبضات سرعة المجموعة. داخل النبضات توجد مكونات موجية ذات ترددات مختلفة ؛ يحدث تشتت سرعة المجموعة عندما تبدأ هذه المكونات في الانفصال بسبب وجود سرعات مختلفة في الوسط. ثم يبدأ النبض في "الانتشار" ، ويفقد المعلومات. يعد تدهور الإشارة مشكلة كبيرة في أنظمة الاتصالات الضوئية التي تستخدم الألياف الضوئية.
قانون سنيل
يحدد قانون سنيل مقدار انحناء الضوء عند المرور من وسيط إلى آخر. لزاوية السقوطθأناوزاوية الانكسارθص,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
أيننأناهو معامل الانكسار لوسط الحادث ونصهو معامل الانكسار للوسيط الثاني.
إذا كانت الموجة الضوئية تنتقل من وسط ذي معامل انكسار عالٍ إلى وسط ذي مؤشر أقل بكثير ، مع a زاوية حدوث كبيرة بما يكفي ، يتطلب قانون سنيل أن يكون جيب زاوية الانكسار أكبر من 1. هذا مستحيل تقنيًا ، وهذا يعني أن الموجة الضوئية لن تنعكس على الإطلاق ؛ في الواقع ، ستنعكس تمامًا عن الحد الفاصل بين الوسيطتين. وهذا ما يسمى الانعكاس الداخلي الكلي.
اكتشف العديد من العلماء هذا القانون بشكل مستقل على مدار التاريخ ، بما في ذلك رينيه ديكارت.
المنشورات المثلثة وأقواس قزح
يميل مؤشر الانكسار في المواد إلى أن يكون أعلى للضوء الأزرق ذي الطول الموجي الأقصر وأقل للضوء الأحمر ذي الطول الموجي الأطول. هذا يعني أن الضوء الأزرق سوف ينتقل ببطء عبر وسط مشتت أكثر من الضوء الأحمر.
عندما يسقط الضوء الأبيض على منشور مثلث ، على سبيل المثال ، يؤدي تشتت الأطوال الموجية المختلفة إلى فصل الضوء بلون مختلف ، مما يؤدي إلى تكوين قوس قزح.