Dispersioon (füüsika)

See artikkel räägib füüsika mõistest; dispersiooni kohta matemaatikas vaata artiklit Dispersioon.

---

Vaakumis(kujutatud mustas), liigub igal lainepikkusel valgus kindlal kiirusel c. Optilises keskkonnas(näiteks klaasis või vees) liigub väiksema lainepikkusega laine aeglasemalt kui suurema lainepikkusega laine.

Dispersiooniks nimetatakse valguse murdumisnäitaja sõltuvust sagedusest. Optiline keskkond on keskkond, milles toimub dispersioon, vaakumis seda nähtust ei eksisteeri.

Nähtava valguse diapasoonis võib seda kirjeldada nõnda, et punasele värvusele vastava sagedusega valguskiir murdub kõige vähem, violetsele värvusele vastava sagedusega kiir murdub rohkem ehk pikema lainepikkusega valguskiir murdub vähem kui lühema lainepikkusega valguskiir.

Dispersiooni näited

Dispersiooni tuntuim näide on päikeselise ilma ja vihma koosmõjul tekkiv vikerkaar, kus vihmapiisad jagavad valge valguse erineva pikkusega valguslaineteks. Vääriskivide üks tähtsamaid karakteristikuid on “tuli” ehk kalliskivi omadus valgust spektriks lahutada. Ka näiteks pulsarite (kiiresti pöörlevate neutrontähtede) signaali registreerimisaeg on erineva lainepikkuse jaoks erinev, kuigi pulseerimine toimib korraga üle laia spektriala. Tähtedevahelise aine ioniseeritud komponendid on disperseeriva toimega, seega Maale jõuavad madalamad sagedused hiljem kui kõrgemad sagedused .

Dispersiooni tõttu jaotatakse prismas valge valgus värvispektriks, seda kasutatakse kiirgusallikate spektraalseks analüüsiks. Dispersioon tekitab aga ka kromaatilist aberratsiooni optilistes süsteemides. Läätse fookuskaugus sõltub tema murdumisnäitajast ning kuna murdumisnäitaja on sõltuv lainepikkusest, on erinevatel lainepikkustel erinev fookus. Tagajärjeks on kujutise teravuse vähenemine või värviliste kontuuride teke kujutisele. Näiteid on dispersiooni kohta palju, kuna nähtus toimub kõikides keskkondades (välja arvatud vaakum).

Dispersiooni arvutamine

Dispersiooni aines iseloomustatakse tavaliselt Fraunhoferi joontele C, D, H ja F vastavate lainepikkuste abil :

Tähis	Keemiline element	Lainepikkus (nm)
C	H	656,281
D	Na	588,995
F	H	486,134
H	Ca	396,847

$n_D$, $n_F$, $n_H$ ja $n_C$ on aine murdumisnäitajad vastavalt Fraunhoferi D, F, H ja C joonte lainepikkustel. Materjali dispersiooni iseloomustab Abbe number ν:

$V = \frac{ n_D - 1 }{ n_F - n_C }$
, seejuures väiksematele ν väärtustele vastab suurem dispersioon.

Keskmine dispersioon: $\mu_k = n_F-n_H$

Eridispersioon: $\mu_e = n_H-n_C$

Suhteline dispersioon : $\mu_s = \frac{ 1 }{ \nu }$

Normaalne ja anomaalne dispersioon

• $\frac{{\rm d}n}{{\rm d}\lambda} < 0$, siis on tegemist normaalse dispersiooniga, see tähendab, et kui lainepikkus väheneb siis murdumisnäitaja kasvab. Normaalse dispersiooni alas on keskkond läbipaistev.
  
• $\frac{{\rm d}n}{{\rm d}\lambda} > 0$, siis on tegemist anomaalse dispersiooniga ehk suuremale lainepikkusele vastab suurem murdumisnäitaja.
  
• $\frac{{\rm d}n}{{\rm d}\lambda} = 0$, siis dispersioon puudub ning tavaliselt esineb see ainult vaakumis, sest seal on murdumisnäitaja konstantne ehk 0.
  

Anomaalsele dispersioonile vastab tugev valguse neeldumine.

Faasi-ja rühmakiirus

$v = \frac{c}{n}$, kus c on valguskiirus vaakumis ja n on keskkonna murdumisnäitaja, kuna murdumisnäitaja sõltub sagedusest, siis erinevatel sagedustega lainetel on erinev faasikiirus, see tähendab, et dispersiooni mõjul levivad optilises keskkonnas erineva sagedusega lained erineva kiirusega. $v_g = c \left( n - \lambda \frac{dn}{d\lambda} \right)^{-1}$, kus $\lambda$ on lainepikkus. Grupikiirus $v_g$ on funktsioon laine sagedusest. Sellest tuleneb grupikiiruse dispersioon, millest omakorda valguskiire välja venimine ajas, sest erinevad sageduskomponendid liiguvad erineva kiirusega. $D = - \frac{\lambda}{c} \, \frac{d^2 n}{d \lambda^2}.$ Kui D on väiksem kui null, siis on keskkonnal positiivne dispersioon ning kui suurem, siis negatiivne dispersioon.

Vaata ka

• Optika