Difrakce vs disperze: Srovnávací analýza

by

V optice nám studium difrakce a disperze pomáhá pochopit chování světla, jako je např ohýbání a šíření světla když prochází médiem.

Světelná vlna má schopnost se ohýbat a poté sama šířit; toto chování světla lze rozlišit jako difrakce a disperze. Oba termíny zní podobně, ale existují určité povahy, které je od sebe liší. V tomto příspěvku nabízíme krátké srovnání difrakce vs rozptyl světla a jejich chování.

Porovnání difrakce vs disperze

Níže uvedená tabulka vám pomůže pochopit rozdíly a také podobnosti mezi difrakcí a disperzí.

DifrakceDispersion
DefiniceKdyž světlo dopadne na hranu překážky, ohne se v rohu a vytvoří geometrické třásně.Šíření světelných vln z jednoho prostředí do druhého s různými indexy lomu se rozděluje na různé vlnové délky.
Závislost na vlnové délceDifrakce závisí na vlnové délce dopadajícího světla, jako když světelná vlna delší vlnové délky dopadá na štěrbinu, více se ohýbá.Šíření světelných vln závisí na jejich vlnové délce. Světlo s kratší vlnovou délkou se nejprve rozptýlí a poté se v rostoucím pořadí šíří z prostředí.
Rychlost světlaRychlost světla před a po difrakci světla zůstává konstantní, tj. difrakce neovlivňuje rychlost.Dojde ke změně rychlosti dopadajícího světla, protože světlo cestuje mezi dvěma prostředími s různými indexy lomu.
MonochromatičnostDifrakci lze získat pomocí monochromatického i polychromatického světla. Získáme difrakční proužky sedmi barev v polychromatickém, tj. pomocí bílého světla a proužků tmavých a jasných pomocí monochromatického světla.Disperze lze dosáhnout pouze použitím bílého světla nebo polychromatického světla. V monochromatickém světle nevidíme rozptyl vlnění.
Závislost na úhlu odchylkyPokud je pro difrakční proces použito monochromatické světlo, je difrakce nezávislá na úhlu odchylky světla. Pokud pro difrakční proces používáme bílé světlo, záleží na úhlu odchylky.Rozptyl zcela závisí na úhlu minimální odchylky.
Indexy lomu prostředíOd difrakce závisí na vlnové délce a frekvenci dopadajícího světla, které závisí na indexu lomu média, takže difrakce závisí také na indexech lomu média šíření.TIndex lomu šířícího se prostředí je hlavní příčinou disperze. K disperzi světla dochází, když světlo prochází z hustšího prostředí do vzácnějšího prostředí nebo naopak s různými indexy lomu.
PříkladyNejlepším příkladem difrakce bílého světla je difrakční mřížka. Hologramy a CD, které odráží barvy duhy, jsou způsobeny difrakcíKdyž bílé světlo prochází hranolem, bílé světlo se rozptýlí do sedmi barev různé vlnové délky. Vytvoření duhy je také příkladem rozptylu.
Porovnání difrakce vs disperze
difrakce vs disperze
Obrázek pro ilustraci srovnání difrakce vs disperze

Některé zajímavé body k zapamatování

  • Nejen světlo zvukové vlny mohou také podléhat difrakci i disperzi. O ohybu zvuku již pojednává předchozí článek. Rozptyl zvukové vlny je nazýván akustická disperze, kdy se při průchodu zvukové vlny určitým prostředím oddělují zvuky různých frekvencí.
  • V některých případech, difraktované světlo může být rozptýleno, tj. kdy úzká štěrbina ohýbá bílé světlo na mřížce, ohýbané světlo je pak rozptýleno do výrazných barev. Například na CD vidíme difrakční obrazec, který se rozptýlí do všech výrazných barev duhy.
  • Důvodem rozptylu je refrakce. Při lomu bílého světla skleněným hranolem získáme disperzi barev různých vlnových délek. Například, když se vytvoří duha, vidíme sedm barev, které jsou podle toho odděleny svou vlnovou délkou; bílé světlo se nejprve láme, pak se rozptýlily do barev duhy.

Ze studia difrakce vs disperze víme, že disperze souvisí s difrakcí i lomem v závislosti na médiu šíření a povaze dopadajícího světla.

Často kladené otázky                                                         

Co znamená úhel odchylky?

Když vlna přechází z jednoho média do druhého, může se ohýbat a svírat určitý úhel θ. Ohnutá vlna, která vystupuje z média, se nazývá lomená nebo difraktovaná vlna.

Dopadající vlna změnila svůj směr, když se šířila mezi dvěma médii nebo štěrbinami. Úhel mezi dopadající vlnou a odchýlenou vlnou se nazývá úhel odchylky. Úhel odchylky na vlnové délce vznikající vlny. Úhel odchylky může být také dán tím, že vezmeme rozdíl mezi úhlem dopadající vlny a úhlem vznikající vlny.

Pokud mluvíme o bílém světle, pak difrakce a disperze spolu souvisí.

Když bílé světlo prochází úzkou štěrbinou a dopadá na mřížku, můžeme pozorovat difrakční obrazec na mřížce. Difrakční obrazec získaný mřížkou jsou rozptýlené barvy různých vlnových délek světla. Difrakce tedy souvisí s disperzí rozdělující bílé světlo na jednotlivé vlnové délky.

Mění se frekvence vlny během disperze?

Disperze je vlastnost vlny, která závisí na rychlosti a také na vlnové délce. Protože vlnová délka je nepřímo úměrná frekvenci, závisí rozptyl také na frekvenci.

Tvar vlnového pulsu se mění, když se pohybuje z jednoho prostředí do druhého s odlišnými indexy lomu, tato změna tvaru vede ke změně rychlosti vlnové fáze, která závisí na frekvenci. Jakékoli médium tedy působí jako disperzní médium; dojde k pravidelné změně frekvence.

Rozptyl světla lze vidět v hranolu, nikoli na skleněné desce; proč?

I když má skleněná deska schopnost lámat dopadající světlo, nemá schopnost dopadající světlo rozptylovat díky své geometrické struktuře.

Je navržena skleněná deska se dvěma paralelními rozhraními, která láme dopadající světlo a poté vystupuje z desky rovnoběžně s dopadajícím světlem; také jsou tak blízko sebe, že rozdělení světla by bylo obtížné. V případě hranolu však nejsou lomivá rozhraní rovnoběžná a existuje dostatečná mezera k oddělení barvy na požadovanou vlnovou délku.

Také čtení: