Виды коллоидных систем:
• дым — взвесь твёрдых частиц в газе;
• туман — взвесь жидких частиц в газе;
• аэрозоль — состоит из мелких твёрдых или жидких частиц, взвешенных в
газовой среде;
• пена — взвесь газа в жидкости или твёрдом теле;
• эмульсия — взвесь жидких частиц в жидкости;
• гель — взвесь из двух компонентов, один из которых образует трёхмерный
каркас, пустоты в котором заполнены низкомолекулярным растворителем;
• суспензия — взвесь твёрдых частиц в жидкости.
1. Коллоидные частицы не препятствуют прохождению света.
2. В прозрачных коллоидах наблюдается рассеивание светового луча (эффект
Тиндаля).
3. Дисперсные частицы имеют электрические заряды одного знака.
Благодаря этому они не соединяются в более крупные частицы и не
осаждаются.
Соединение частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией.
Осаждение их под влиянием силы тяжести — седиментацией.
ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕОРИЯ ДИСПЕРСИИ СВЕТА
Согласно теории Лоренца:
Дисперсия света это результат взаимодействия электромагнитных
волн с валентными (оптическими) электронами, входящими в
состав
атомов вещества и совершающими вынужденные
колебания в переменном электромагнитном поле волны.
Из теории Максвелла следует:
n
С другой стороны
n f
Лоренц
Хендрик Антон
(1853-1928)
Предположим, что дисперсия света является следствием зависимости
диэлектрической проницаемости ε вещества от частоты ω падающих ЭМВ.
Диэлектрическая проницаемость вещества, по определению
1 1
P
0E
P 0 E
Поляризованность
диэлектрика
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
ГОМОГЕННАЯ СИСТЕМА
ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА
Рассеяние и поглощение — главные причины ослабления интенсивности света в
атмосфере.
Рассеяние меняется как функция от отношения диаметра рассеивающей частицы к
длине волны света.
• Когда это отношение меньше 1/10, возникает рэлеевское рассеяние, при котором
коэффициент рассеяния пропорционален 1/λ4.
• При больших значениях отношения размера рассеивающих частиц к длине волны
закон рассеивания изменяется согласно Уравнению Гюстава Ми;
• Когда же это отношение больше 10, с достаточной для практики точностью
применимы законы геометрической оптики.
АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ
В абсорбционной спектроскопии используют излучение непрерывного спектра.
Через слой исследуемого вещества пропускают излучение непрерывного
спектра, часть которого поглощается.
Поглощаются волны с длинами, характерными для энергетических состояний
исследуемого вещества.
Применяется для определения концентрации веществ в растворах.
Обладает рядом ценных качеств:
• возможность одновременного получения качественных и количественных
данных,
• большая информация о химической природе вещества, высокая скорость
анализа,
• высокая чувствительность метода,
• возможность анализа веществ во всех агрегатных состояниях,
• возможность анализа смесей без их разделения на компоненты,
• возможность многократного использования пробы для повторного
исследования,
• позволяет исследовать микроскопические объекты,
• возможность применения ЭВМ для обработки данных
Вопросы для самоконтроля по теме «Дисперсия света»
Проделаем опыт. На пути луча красного света поставим стеклянную треугольную призму. При прохождении через нее луч преломится. Возьмем теперь вместо красного луча фиолетовый. Пустив его по тому же пути, заметим, что он преломляется сильнее красного. Заменим стеклянную призму на такую же по размерам, но изготовленную из кристалла соли или кварца. Повторим опыт с лучами. Они будут отклоняться больше или меньше, но фиолетовый луч всегда будет преломляться сильнее красного.
Опыт можно повторять многократно, используя лучи и других цветов. Однако вывод из опытов будет одним: показатель преломления любого вещества зависит от цвета преломляемого луча. Это явление получило название дисперсии света.
Продолжим опыты. Направим на призму белай луч. Мы обнаружим сразу два удивительных явления: тонкий луч превратится в расширяющийся пучок и белый свет превратится в разноцветный! Поместив на его пути экран, мы получим полоску радужного цвета – сплошной спектр.
Откуда же появились разноцветные лучи? Может, призма обладает способностью окрашивать белый свет в радужные цвета? Приглядимся к рисунку повнимательнее. Красно-оранжевая часть спектра расположена там же, куда отклонился красный луч в первом опыте. А сине-фиолетовая часть спектра расположена там же, куда отклонился фиолетовый луч в этом же опыте. Следовательно, белый свет не окрашивается призмой, а разделяется ею на составные части – цветные лучи. Таким образом, белый свет – сложный свет.
Page 2
Преломлением света называют явление изменения направления светового луча на границе раздела двух сред. Рассмотрим три ситуации соприкосновения таких сред: воздуха и воды, воздуха и стекла, воды и стекла. Взгляните на чертежи справа.
Как видите, разные вещества, прозрачные для оптических излучений, обладают неодинаковой преломляющей способностью. Стекло, например, преломляет лучи сильнее, чем вода. Преломляющую способность разных сред можно сравнивать и по таблице: Показатели преломления некоторых сред:
Из таблицы видно, что показатель преломления стекла сильнее отличается от показателя преломления воздуха, чем показатель преломления воды. Именно поэтому луч, идущий из воздуха в стекло, преломляется сильнее, чем луч, идущий из воздуха в воду. И совсем мало преломляется луч, переходящий из воды в стекло.
В таблице показатель преломления вакуума принят за единицу. Поскольку воздух по своей преломляющей способности пренебрежимо мало отличается от вакуума (всего на 0.03 %), то в оптическом отношении между ними можно не делать различий. Осталось лишь добавить, что приведенные в таблице значения измерены при 20°С для желтого света.
Page 3
Введем несколько определений. Углом падения луча назовем угол a между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред в точке излома луча. Углом преломления луча назовем угол g между преломленным лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред в точке излома луча.
Подобно падающему и отраженному лучам, падающий и преломленный лучи не могут располагаться как угодно. Например, не может быть такого их расположения, как на рисунках:
При преломлении света всегда выполняются две закономерности:
Луч падающий,луч преломленный и перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке излома луча всегда лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред, не зависящая от угла падения луча.
Эти два утверждения выражают закон преломления света:
Величина n называется показателем преломления второй среды относительно первой среды. Для случая, когда в качестве нее выступает вакуум или воздух, значения величины n можно брать из таблицы в предыдущем параграфе.
На практике вместо формулы закона преломления света часто используют ее частный случай: при переходе света из среды с меньшим значением n в среду с большим значением n луч приближается к перпендикуляру, проведенному к границе раздела двух сред в точке излома луча. В противном случае луч удаляется от перпендикуляра.
Page 4
Линзой можно не только собирать и рассеивать пучки параллельных лучей. При помощи линз легко получать увеличенные и уменьшенные изображения предметов. Например, благодаря линзе на экране получается увеличенное перевернутое изображение золотой статуэтки.
Предмет, изображение которого мы получаем, может находиться на различных расстояниях от линзы (d). В зависимости от этого изображение предмета может получиться различным. Например, если расстояние от предмета до собирающей линзы больше ее фокусного расстояния, но меньше двойного фокусного расстояния (F < d < 2F), то линза даст увеличенное, перевернутое и действительное изображение предмета (см. вторую строку таблицы). Изображение, даваемое собирающей линзой:
Если изображение действительное, его можно увидеть на экране. При этом изображение можно видеть из любого места в комнате, из которого только виден сам экран. Если же изображение мнимое, то на экране его получить нельзя, а можно лишь увидеть глазом. Рассеивающие линзы дают уменьшенное прямое мнимое изображение при любом расстоянии от предмета до линзы.
Page 5
Наиболее важным применением явления преломления света на практике является использование линз. Чаще всего их делают из стекла или прозрачной пластмассы. Всякая линза, которая в средней своей части тоньше, чем по краям, в вакууме (или воздухе) будет являться рассеивающей линзой. И наоборот: всякая линза, которая в средней части толще, чем по краям, будет собирающей линзой.
Взгляните на левый чертеж. Пучок параллельных лучей, прошедший через рассеивающую линзу, становится расширяющимся, а лучи кажутся исходящими из некоторой точки F. Ее называют фокусом рассеивающей линзы. Поскольку на самом деле через эту точку лучи не проходят, то фокус рассеивающей линзы является мнимым.
Если же пучок параллельных лучей пропустить сквозь собирающую линзу, то пучок станет сходящимся. Все его лучи пройдут через некоторую точку F, являющуюся действительным фокусом.
Объясним способность линз преломлять лучи. Каждую линзу можно вообразить составленной из множества отдельных пластиночек. Изобразим их в увеличенном масштабе. Луч, переходящий из воздуха в стекло, приближается к перпендикуляру (сравните Р2 и Р1). Луч, переходящий из стекла в воздух, удаляется от перпендикуляра (сравните Р4 и Р3). Тем самым линза отклоняет луч в сторону широкой своей части.
Page 6
Пробовали ли вы когда-нибудь смотреть на мир сквозь цветные стекла? На средней фотографии вы видите две ракетки и шарик для настольного тенниса. Взглянем на эти предметы сквозь зеленое стекло (левое фото). Белый шарик стал зеленым, красная ракетка – черной, а зеленая – сохранила свой цвет. Если же мы возьмем красное стекло, то белый шарик станет красным, зеленая ракетка – черной, а красная – сохранит свой цвет (правое фото). От чего же зависит цвет тел? Оказывается, от двух причин: а) способности различных тел неодинаково хорошо отражать лучи раличного цвета и б) спектрального состава лучей, освещающих эти тела.
Первая причина проста. Если правая ракетка видится нам зеленой, значит, из всего спектра падающего на нее белого света отражаются только желто-зелено-голубые лучи (см. спектр на левой странице). Лучи остальных цветов ракетка не отражает, то есть поглощает.
Аналогично, красное стекло потому и красное, что поглощает все лучи, пропуская через себя лишь красно-оранжевые. Поэтому, наблюдая зеленую ракетку сквозь такое стекло, мы видим ее черной. Красно-оранжевых лучей она не испускает, а зеленые поглощаются стеклом. В результате свет от этой ракетки в наш глаз не поступает, что мы и расцениваем как черный цвет.
Вторая причина. Предположим, что ракетки освещены не белым светом (в спектре которого есть все цвета), а красным прожектором. Зеленая ракетка опять покажется нам черной.
Красные лучи прожектора она поглощает, а зеленых лучей в его свете нет. В результате от зеленой ракетки не отразится никакого света. Поэтому даже без цветных стекол она будет казаться нам черной.
Page 7
С плоским зеркалом мы сталкиваемся очень часто — когда причесываемся или бреемся, когда управляем автомобилем. Чистое оконное стекло или поверхность пруда тоже вполне могут служить плоскими зеркалами. Рассмотрим изображения, получающиеся при этом.
Пусть пучок света от источника S падает на зеркало. Рассмотрим лучи SA и SB. После отражения от зеркала они кажутся нам исходящими из точки S’. То есть источник S нам кажется расположенным за зеркалом! Заметим также, что расстояния SO и S’O равны, а отрезок SS’ перпендикулярен зеркалу.
Итак, теоретическим путем мы выяснили, что изображения предметов в зеркале являются мнимыми (так как кажутся расположенными там, куда световые лучи на самом деле не проникают). Изображения находятся позади зеркала на таком же расстоянии от него, как и сами предметы. Кроме того, отрезок, соединяющий предмет и его изображение, перпендикулярен поверхности зеркала.
Проверим теперь эти выводы экспериментально. Положим на стол линейку, а поверх нее вертикально поставим стекло. Оно будет служить полупрозрачным зеркалом. Поместив перед ним свечу, мы увидим ее отражение. Оно будет казаться расположенным позади стекла. Однако, заглянув туда, мы никакого изображения не увидим. Следовательно, мы убедились, что изображение является мнимым.
Чтобы убедиться в правильности второго вывода, измерим по линейке расстояния от стекла до свечи и от стекла до изображения. Они окажутся равны. Подтвердить третий вывод тоже несложно: угольник с прямым углом нужно приложить к линейке.
Page 8
Кроме плоских зеркал, существуют еще и сферические, параболические, эллиптические и другие зеркала. Рассмотрим более подробно сферические зеркала. Они представляют собой часть шарообразной поверхности и могут быть выпуклыми или вогнутыми.
Направим пучок параллельных лучей на выпуклое зеркало (левый рисунок). После отражения лучи станут расходящимися. Поэтому выпуклое зеркало иначе называют рассеивающим зеркалом. Направим теперь параллельные лучи на вогнутое зеркало (правый рисунок). Сразу же после отражения лучи станут сходящимися. Поэтому вогнутые зеркала иначе называют собирающими зеркалами.
Точка F – действительный фокус собирающего зеркала. Точка F ‘ – фокус рассеивающего зеркала. Он уже является мнимым, так как световые лучи через него не проходят.
Изображения предметов в выпуклом зеркале всегда уменьшенные. Например, на нижнем левом рисунке отчетливо видно, что размеры изображений чашек значительно меньше размеров самих чашек. При помощи вогнутого зеркала легко получить увеличенные изображения предметов. Взгляните на правый рисунок. Размеры всех изображений больше размеров самих предметов. На среднем рисунке изображено обычное плоское зеркало.
Page 9
Лупа. Так называется двояковыпуклая линза, вставленная в оправу с ручкой. Лупу всегда располагают так, чтобы предмет отстоял от нее не дальше фокуса. Именно тогда лупа даст прямое и увеличенное изображение предмета. Лупа – самый древний оптический прибор.
Лучи, испущенные предметом и прошедшие через лупу, становятся расходящимися (рассмотрите направление хода красных или синих лучей). Поэтому лупа не может давать действительных изображений, например, на стене или экране. А мнимое изображение предмета в лупе может видеть лишь один человек, что не всегда удобно.
Проектор. Этот прибор предназначен для получения действительных увеличенных изображений предметов. То есть таких изображений, которые можно спроектировать на экран и, тем самым, сделать видимыми многим людям одновременно.
Схему проектора вы видите на чертеже. Свет лампы 1 при помощи вогнутого зеркала 2 направляется на слайд 3. Он расположен между фокусом и двойным фокусом линзы 4.
В результате этого на экране 5 получается увеличенное действительное изображение слайда. Обратите внимание, что изображение слайда является перевернутым. Поэтому слайды в проектор всегда вставляют «вверх ногами».
Глаз. Орган зрения высших животных, в том числе и человека, является сложным оптическим прибором. Основные его части: 1 – склера (плотная оболочка глаза), 2 – роговица (передняя более выпуклая прозрачная часть склеры), 3 – радужная оболочка, 4 – хрусталлик, 5 – мышца, 6 – сетчатка (пронизанная нервными рецепторами внутренняя поверхность склеры), 7 – зрительный нерв.
Свет от рассматриваемого предмета, проходя в глаз, попадает на хрусталлик. Поскольку он является собирающей линзой, то на сетчатке глаза образуется изображение предмета. Светлые и темные части, из которых оно состоит, по-разному воздействуют на нервные рецепторы, пронизывающие сетчатку глаза. Эти воздействия по зрительному нерву попадают в головной мозг человека и воспринимаются им. Так протекает процесс зрения.
Одним из замечательных свойств хрусталлика является его упругость. Если окружающие его мышцы напрягаются, то хрусталлик растягивается и становится тоньше. Его преломляющая способность уменьшается, и мы можем четко видеть более удаленные предметы.
Очки. Этот оптический прибор предназначен для исправления таких дефектов зрения как дальнозоркость, близорукость и астигматизм. Рассмотрим это на примере близорукости. Такой глаз хорошо видит только близкие предметы. Их четкие изображения получаются именно на сетчатке глаза (верхний чертеж). Если же предмет удален, то его четкое изображение получается позади сетчатки, а на ней – нечеткое изображение (средний чертеж).
Поместим перед глазом рассеивающую линзу (нижний чертеж). Она сделает пучок лучей от предмета более расходящимся, чем прежде. В результате он станет похож на тот пучок, который попадал в глаз на верхнем чертеже.
Следовательно, четкое изображение рассматриваемого предмета (красной точки) вновь окажется на сетчатке глаза. Таким образом очки с рассеивающими линзами помогают близоруким людям четче видеть удаленные предметы.
Белый свет — электромагнитное излучение видимого диапазона, которое вызывает в нормальном человеческом глазе световое ощущение, нейтральное по отношению к цвету. Спектр белого света может быть как непрерывным (например, тепловое излучение тела, нагретого до температуры, близкой к температуре фотосферы Солнца, около 6000 К), так и линейчатым; в последнем случае в спектр входят как минимум три монохроматических излучения, вызывающих отклик у трёх типов цветочувствительных клеток нормального человеческого глаза.
Диспе́рсия све́та (разложение света) — это явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны (или частоты) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.
Белый свет разлагается на спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр — равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному.
Отношение синуса угла падения (α) луча к синусу угла преломления (γ) при переходе луча из среды A в среду B называется относительным показателем преломления для этой пары сред.
Луч, падающий из безвоздушного пространства на поверхность какой-нибудь среды В, преломляется сильнее, чем при падении на нее из другой среды А; показатель преломления луча, падающего на среду из безвоздушного пространства, называется его абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления данной среды, это и есть показатель преломления, определение которого дано в начале статьи. Показатель преломления любого газа, в том числе воздуха, при обычных условиях много меньше, чем показатели преломления жидкостей или твердых тел, поэтому приближенно (и со сравнительно неплохой точностью) об абсолютном показателе преломления можно судить по показателю преломления относительно воздуха.
6.2 Цветовой треугольник. Основные и дополнительные цвета. Трёхкомпонентность зренияВ 1807 Томас юнг разработал теорию цветного зрения, основанную на предположении о существовании в сетчатой оболочке глаза трёх родов чувствительных волокон, реагирующих на три основных цвета.при сложении трех цветов можно получить один цвет(1806) Максвелл. Однако главным научным интересом Максвелла в это время была работа по теории цветов. Она берёт начало в творчестве Исаака Ньютона, который придерживался идеи о семи основных цветах. Максвелл выступил как продолжатель теории Томаса Юнга, выдвинувшего идею трёх основных цветов и связавшего их с физиологическими процессами в организме человека. Основные и дополнительные цвета. Понятие «дополнительный цвет» было введено по аналогии с «основным цветом». Было установлено, что оптическое смешение некоторых пар цветов может давать ощущение белого цвета. Так, к триаде основных цветов Красный-Зелёный-Синий дополнительными являются Голубой-Пурпурный-Жёлтый — цвета. На цветовом круге эти цвета располагают оппозиционно, так что цвета обеих триад чередуются. В полиграфической практике в качестве основных цветов используют разные наборы «основных цветов».
6. 3. Абсолютно чёрное тело, его эталон и спектр излучения.
Цветовая температура. Единица измерения цветовой температуры.
АБЧ – идеальное тело, полностью поглощающее всю падающую на него лучистую энергию. Излучение такого тела при любой температуре является максимальным по сравнению со всеми другими нечерными телами, а спектральное распределение излучаемой энергии зависит только от температуры и не зависит от природы тела. Для абсолютно черного тела абсолютная и цветовая температуры совпадают, вследствие чего абсолютно черное тело применяется в качестве светового эталона. В природе не существует абсолютно черных тел, но искусственно воспроизводят весьма близкое к абсолютно черному тело в виде очень малого отверстия в закрытой полости, внутренняя поверхность которой обладает весьма значительным поглощением. Любой луч, попавший в отверстие, поглощается полностью после нескольких отражений от стенок полости.
Абсолютно черное тело позволяет установить законы излучения температурных источников света.
При изменении температуры абсолютно черного тела изменяется как количество излучаемой им энергии, так и спектральный состав излучения. В пределах видимого спектра цветность излучения абсолютно черного тела определяется его температурой, получившей название цветовой температуры Тц (в градусах Кельвина).
ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ
ПОЧЕМУ НЕБО ГОЛУБОЕ?
Небо выглядит голубым по той причине, что воздух рассеивает свет с короткой
длиной волны сильнее длинноволнового излучения света. Интенсивность
рассеяния Релея, обусловленного флуктуациями количества молекул газов
воздуха в объемах, соизмеримых с длинами волн света, пропорционально 1/λ4,
λ – длина волны, т. е. фиолетовый участок видимого спектра рассеивается
приблизительно в 16 раз интенсивнее красного. Так как излучение синего цвета
имеет более короткую длину волны, в конце видимого спектра, он больше
рассеивается в атмосфере, чем красный. Благодаря этому участок неба вне
направления на Солнце имеет голубой цвет (но не фиолетовый, так как
солнечный спектр неравномерный и интенсивность фиолетового цвета в нём
меньше, а также вследствие меньшей чувствительности глаза к фиолетовому
цвету и большей к синему, который раздражает не только чувствительные к
синему цвету колбочки в сетчатке, но и чувствительные к красным и зеленым
лучам).
РАССЕЯНИЕ СВЕТА
Рассеянием света называется явление отклонения света по всевозможным
направлениям при прохождении его через среду с оптическими неоднородностями.
Различают два вида рассеяния:
1. рассеяние в коллоидных средах (эффект Тиндаля);
2. молекулярное рассеяние.
Коллоидные среды – это среды, в которых имеются неоднородные структуры (твердые
частицы или капельки жидкости), из-за присутствия которых среда становится мутной.
• дым – взвесь твердых частиц в газе;
• туман – взвесь капельки жидкости в газе;
• суспензия – твердые частицы в жидкости и т.д.
Рассеяние коллоидными средами можно наблюдать при прохождении узкого пучка
солнечных лучей сквозь запыленную атмосферу: свет
рассеивается на пылинках и весь пучок становится видимым.
Молекулярное рассеяние возникает из-за оптических неоднородностей, возникающих
в результате флуктуаций (колебаний) плотности однородной среды. Флуктуации
плотности
являются следствием неравномерного хаотического теплового движения молекул
вещества.
31
Релей установил, что при молекулярном рассеянии, а также при рассеянии света в
Как сделать хроматические аберрации
Вся статья была посвящена тому, как избежать цветовых погрешностей на снимках, но иногда их добавляют специально на изображения для создания интересных эффектов. Поэтому теперь давайте научимся создавать искажения!
Выберите подходящую картинку, откройте в программе и, не делая копии слоя (!), перейдите во вкладку «Каналы». Здесь вы видите иконки, которые обозначают три RGB-цвета: красный, зеленый и голубой. Выберите один из каналов. «Глазики» напротив других слоев автоматически отключатся. Ваша задача включить верхний, цветной слой. При этом «глазики» опять зажгутся напротив всех слоев, но выделенным должен быть только один! Пусть это будет зеленый.
Возьмите инструмент «Перемещение» и на выделенном активном слое канала начните сдвигать изображение влево или вправо. Корректируйте степень толщины цветовых линий углом сдвига. То же самое вы можете проделать и с другими каналами. Это достаточно простой способ, который помогает добиться любопытного эффекта.
Применяйте цветовые искажения для добавления необычных эффектов
Почему металлы являются непрозрачными для света?
метал 106 м 1 стекло 1 м 1
• В металлах имеются свободные электроны (электронный газ);
• Под действием электрического поля световой волны
свободные электроны приходят в движение;
• В металле возникают быстропеременные токи;
• Происходит выделение джоулевой теплоты;
Энергия световой волны быстро убывает, превращаясь во
внутреннюю энергию металла.
Главные типы аберраций
Итак, выделяют два основных вида искажений: те, что связаны с геометрией, и цветовые. Первый тип — это дисторсия, эффект, который легко убрать в программе для редактирования фото. Данное явление хорошо знакомо владельцам широкоугольных объективов, когда картинка по краям получается выпуклой или вогнутой.
Второй вид — непосредственно хроматическая аберрация, которая делиться на два подвида: продольная аберрация и поперечная. Причина хроматической аберрации заключается в явлении дисперсии и связана с разложением цвета на световые волны. А причина геометрической аберрации — в дисторсии и связана с кривизной волны. Оба эффекта обязаны своим явлением форме линзы, но если геометрию еще можно исправить, то убрать хроматическую аберрацию целиком не получится. Можно только свести их к минимуму.
Цветовые искажения практически невозможно убрать полностью
Из уравнения Рэлея следует ряд выводов.
1. при равенстве показателей преломления среды и частиц в гетерогенной
системе может отсутствовать рассеяние света.
2. наиболее интенсивно происходит рассеяние света малых длин волн В
видимой части спектра меньшую длину волны имеют голубые лучи – они
больше подвержены рассеянию, чем желто-красные. Этим объясняются
оранжево-красноватая окраска многих бесцветных золей и минералов в
прямом проходящем свете (красные лучи слабо рассеиваются) и голубоватая
— при наблюдении сбоку. С этими явлениями связаны голубой цвет неба и
красные цвета восходов и закатов; красный цвет светофора виден издалека и
в тумане.
ЦВЕТА ТЕЛ
• На средней фотографии ракетки и теннисный шарик освещены белым светом.
• Посмотрим на них сквозь зелёное стекло: белый шарик стал зелёным, малиновая
ракетка чёрной, а зелёная сохранила свой цвет (фото слева).
• Если же мы используем красное стекло, то белый шарик станет красным, зелёная
ракетка чёрной, а малиновая красной (фото справа).
Правая ракетка видится нам зелёной, так как из всего спектра падающего на неё белого
света она отражает лишь жёлто-зелёно-голубые лучи, дающие в смеси зелёный цвет.
Лучи остальных цветов ракетка не отражает, а поглощает.
Аналогично, если левая ракетка видится нам красной, значит, из всего спектра
падающего на неё белого света она отражает только жёлто-красно-оранжевые лучи. Лучи
других цветов ракетка поглощает.
ПОЧЕМУ В ДНЕВНОЕ ВРЕМЯ ГОЛУБОЙ ЦВЕТ НЕБА
БЛЕДНЕЕТ К ГОРИЗОНТУ И ДО ВЫСОТЫ ОКОЛО 5° НАД
ГОРИЗОНТОМ НЕБО ЧАСТО КАЖЕТСЯ БЕЛЕСЫМ.
Потеря цвета объясняется тем, что когда вы смотрите на
горизонт, свет, попадающий вам в глаза, проходит до этого
больший путь, чем в случае, когда вы смотрите под большим
углом к горизонту.
Значительное увеличение расстояния, проходимого светом,
приводит к тому, что рассеяние очень велико.
РАЗЛИЧИЯ В ДИФРАКЦИОННОМ И ПРИЗМАТИЧЕСКОМ СПЕКТРАХ
• Дифракционная решетка разлагает падающий свет непосредственно по
длинам волн, поэтому по измеренным углам (по направлениям
соответствующих максимумов) можно вычислить длину волны.
• Разложение света в спектр в призме происходит по значениям показателя
преломления, поэтому для определения длины волны света надо знать
зависимость n=f(λ).
Составные цвета в дифракционном
располагаются различно.
и
призматическом
спектрах
• В дифракционной решетке синус угла отклонения пропорционален длине
волны. Следовательно, красные лучи, имеющие большую длину волны,
чем фиолетовые, отклоняются дифракционной решеткой сильнее.
• Дифракционный спектр — равномерный во всех областях и располагается в
порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному
d sin m
Дисперсная система — образования из двух или большего числа фаз (тел),
которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически.
В случае двухфазной системы первое из веществ (дисперсная фаза) мелко
распределено во втором (дисперсионная среда).
Коллоидная система
Коллоидные системы — дисперсные системы, промежуточные между
истинными растворами и грубодисперсными системами, состоящие из
дисперсионной среды и дисперсной фазы, причем линейные размеры частиц
последней лежат в пределах от 1 до 100 нм.
• Системы с размером частиц менее 1 нм представляют собой истинные
растворы, состоящие из молекул или ионов растворенного вещества.
Являются гомогенной (однородной) системой, состоящей из одной фазы.
Частицы истинного раствора не разделяются под действием силы тяжести.
• Системы с размерами частиц больше 100 нм — это грубодисперсные
системы.
c
0 1
• При удалении источника и приемника друг от друга (при их
положительной относительной скорости) наблюдается сдвиг в
более длинноволновую область — так называемое красное
смещение.
0
0
• При сближении же источника и приемника (при их
отрицательной относительной скорости) наблюдается сдвиг в
более коротковолновую область — так называемое фиолетовое
смещение.
0
0
Как избавиться от хроматических аберраций во время съемки
С цветовыми аномалиями можно справиться в процессе постобработки. Но более действенный результат вас ожидает, если вы начнете бороться с проблемой еще перед началом съемки. Вот несколько практических советов, следуя которым вы сможете свести к минимуму проявление аберрации.
Закрытие лепестков до f/2.8 — f/4 позволит минимизировать выраженность искажений. Чтобы компенсировать потерю света, увеличивайте светочувствительность и выдержку.
Линза имеет свойство создавать искажения как раз по краям снимка, поэтому если другого выхода нет — нарушьте правило третей и скомпонуйте кадр со значимым объектом в центре. Конечно, во всем следует руководствоваться чувством меры и оставить данный пункт на крайний случай.
Это поможет сделать дефекты менее заметными. Как вариант, вы можете снять одну и ту же картинку с разным фокусным расстоянием, а потом сделать компоновку в графическом редакторе.
На фоне яркого неба ветви деревьев вероятнее всего приобретут цветную окантовку. Если есть возможность, перенесите часы съемки, измените фон или отредактируйте кадр в программе. В последнем случае съемку лучше производить в RAW формате, аберрации легче всего устраняются в специальном модуле «Камера RAW» в Фотошопе.
Дорогая оптика изготовлена из хороших материалов и проектируется с использованием больших компьютеров для проведения головоломных расчетов и моделирования высокого уровня, что в итоге приводит к подавлению искажений различных типов. Но такое «стекло» и стоит отнюдь не копейки.
Используйте все возможные методы, чтобы подавить искажения еще на этапе съемки
nк e 2
1
n 1
0 me 02 2
2
nк – концентрация атомов в диэлектрике;
me – масса электрона;
e – заряд электрона;
ω0 – собственная частота колебаний электрона в атоме;
ω – Частота световых волн.
Полученная зависимость выражает явление дисперсии.
Коэффициент преломления n зависит от частоты ω световых волн.
n f
• 1 – 2 и 3 – 4 – область нормальной
дисперсии;
• 2 – 3 – область аномальной дисперсии (n
убывает с ростом ω);
• Пунктирная кривая – зависимость
коэффициента поглощения κ света
веществом от длины волны λ вблизи
одной из полос поглощения.
Определим смещение x электрона под действием внешнего переменного
поля E.
Уравнение вынужденных колебаний электрона (без учёта силы
сопротивления, обусловливающей поглощение энергии падающей волны)
x 02 x
eE0
cos t
me
ω0 – собственная частота колебания электрона в атоме;
m – масса электрона.
Решением данного уравнения будет
x A cos t
eE0
A
me 02 2
Тогда
eE0
nк ex
nк e
nк e 2
1
n 1
1
cos t 1
2
2
0E
0 E me 0
0 me 02 2
2
Практическое устранение аберраций
Лазерные направляющие звезды помогают в устранении атмосферное искажение.
Классическая задача построения изображений – идеально воспроизвести конечную плоскость (объект) на другой плоскости (изображение) через конечную апертуру. Невозможно сделать это идеально для более чем одной такой пары самолетов (это было все более широко доказано Максвеллом в 1858 г., Брунсом в 1895 г. и Каратеодори в 1926 г., см. резюме в Walther, A., J. Opt. Soc. Am. A 6, 415–422 (1989)). Однако для одной пары плоскостей (например, для одной настройки фокуса объектива) проблема в принципе может быть решена идеально. Примеры такой теоретически совершенной системы включают линзу Люнебурга и рыбий глаз Максвелла.
. Практические методы решают эту проблему с точностью, которая в основном достаточна для специального назначения каждого вида инструментов. Проблема поиска системы, которая воспроизводит данный объект на данной плоскости с заданным увеличением (в той мере, в какой должны быть приняты во внимание аберрации), может быть решена с помощью теории приближения; в большинстве случаев, однако, аналитические трудности были слишком велики для старых методов расчета, но их можно было уменьшить, применив современные компьютерные системы. Однако решения были получены в особых случаях (см. A. Konig в “Die Bilderzeugung” М. фон Рора, стр. 373; K. Schwarzschild, Göttingen. Akad. Abhandl., 1905, 4, Nos. 2 и 3). В настоящее время конструкторы почти всегда используют обратный метод: они составляют систему из определенного, часто довольно личного опыта, и проверяют, путем тригонометрического расчета траекторий нескольких лучей, дает ли система желаемое воспроизведение (примеры приведены в A. Gleichen, Lehrbuch der geometrischen Optik, Лейпциг и Берлин, 1902 г.). Радиусы, толщины и расстояния постоянно изменяются до тех пор, пока ошибки изображения не станут достаточно малыми. Этим методом исследуются только определенные ошибки воспроизведения, особенно отдельные члены или все из перечисленных выше. Теория аналитического приближения часто используется временно, поскольку ее точности обычно недостаточно.
Чтобы сделать сферическую аберрацию и отклонение от синусоидального состояния малыми по всей апертуре, направляется луч с конечный угол раскрытия u * (ширина бесконечно удаленных объектов: при конечной высоте падения h *) такое же расстояние пересечения ion, и такое же соотношение синусов, что и для одного, соседнего с осью (u * или h * могут быть не намного меньше, чем самая большая апертура U или H, которая будет использоваться в системе). Лучи с углом раскрытия меньше u * не будут иметь одинакового расстояния пересечения и такого же отношения синусов; эти отклонения называются зонами, и конструктор старается свести их к минимуму. То же самое относится к ошибкам в зависимости от угла поля зрения, w: астигматизм, кривизна поля и искажения устраняются для определенного значения, w *, зоны астигматизма, кривизны поля и искажения, присутствуют меньшие значения w. Практик-оптик называет такие системы: с поправкой на угол раскрытия u * (высота падения h *) или угол поля зрения w *. Сферическая аберрация и изменения соотношений синусов часто представляются графически как функции апертуры, точно так же, как отклонения двух поверхностей астигматического изображения плоскости изображения точки оси представлены как функции углов поля зрения..
Следовательно, окончательная форма практической системы основывается на компромиссе; увеличение апертуры приводит к уменьшению доступного поля зрения, и наоборот. Но чем больше диафрагма, тем больше разрешение. Следующее может считаться типичным:
(1) Наибольшая апертура; необходимые поправки – для точки оси и условия синуса; ошибки поля зрения практически не принимаются во внимание; пример – объективы мощного микроскопа.
(2) Широкоугольный объектив ; необходимые исправления – астигматизм, кривизна поля и искажения; ошибки диафрагмы учитываются незначительно; примеры – фотографические широкоугольные объективы и окуляры.
Между этими крайними примерами стоит нормальный объектив : это больше исправлено в отношении диафрагмы; Объективы для групп, в большей степени относящиеся к полю зрения.
(3) Длиннофокусные линзы имеют небольшие поля зрения, и аберрации по оси очень важны. Поэтому зоны должны быть как можно меньше, а дизайн должен подчеркивать простоту. По этой причине эти линзы лучше всего подходят для аналитических вычислений.
Термодинамическая фаза — гомогенная часть гетерогенной системы,
ограниченная поверхностью раздела. При переходе через поверхность раздела
хотя бы одно термодинамическое свойство вещества изменяется скачком.
Гомогенная система содержит только одну фазу;
Гетерогенная система состоит из двух или более фаз.
Пример.
Система «лёд — вода — влажный воздух» — гетерогенная трёхфазная система.
В однокомпонентной системе разные фазы могут быть представлены
• разными агрегатными состояниями или
• разными полиморфными модификациями твёрдого вещества (ромбическая
и моноклинная сера, серое и белое олово и др.).
Число фаз в гетерогенной системе подчиняется правилу фаз Гиббса.
РЭЛЕЕВСКОЕ РАССЕЯНИЕ
Рэлеевское рассеивание — упругое рассеяние на оптических
неоднородностях, размеры которых существенно меньше
длины волны видимого света (не более 0,1λ). Интенсивность
рассеянного света оказывается обратно пропорциональна
четвёртой степени длины волны
Рассеяние Релея является
упругими, то есть при этом
происходит смена
направления излучения, без
изменения длины волны.
I рас
1
4
– закон Рэлея
Джон Уильям Стретт,
третий барон Рэлей,
Лорд Рэле́й
(1842-1919)
Рассеяние
называется
упругим,
если
суммарная кинетическая энергия системы
частиц не изменяется, не происходит
изменения внутреннего состояния частиц или
превращения одних частиц в другие.
Рэлеевское рассеяние в опалесцирующем
стекле: оно выглядит синим со стороны, но
оранжевым на просвет.
Хроматизм увеличения
Его также называют поперечной аберрацией. Возникает тогда, когда волны различной длины фокусируются в разных точках одной фокальной плоскости. Это та самая «бахрома», о которой мы упоминали в начале статьи. Чаще всего цвет искажается на периферии снимков и не возникает в центре. Бороться с этим эффектом путем уменьшения диафрагмы бесполезно. Зато можно исправить аберрации при постобработке.
Нередко при съемке фотографу приходится сталкиваться с двумя типами аберраций: продольной и поперечной. В этом случае в процессе съемки избавиться лучше от хроматизма положения, стараясь уменьшить значение диафрагмы. А проблему хроматизма увеличений решать уже при наличии соответствующего ПО.
Хроматическая или цветовая аберрация
В оптических системах, состоящих из линз, положение, величина и ошибки изображения зависят от показателей преломления используемого стекла. (см. Линза (оптика) и Монохроматическая аберрация выше). Поскольку показатель преломления зависит от цвета или длины волны света (см. дисперсия ), отсюда следует, что система линз (без коррекции) проецирует изображения разных цветов в несколько разных местах и размерах и с разными аберрациями. ; То есть есть хроматические различия расстояний пересечения, увеличения и монохроматических аберраций. Если использовать смешанный свет (например, белый свет), все эти изображения формируются, и они вызывают путаницу, называемую хроматической аберрацией; например, вместо белого поля на темном фоне воспринимается цветное поле или узкий спектр. Отсутствие этой ошибки называется ахроматизмом, а исправленная таким образом оптическая система называется ахроматической. Система называется хроматически недокорректированной, если она показывает тот же тип хроматической ошибки, что и тонкая положительная линза, в противном случае говорят, что она чрезмерно скорректирована.
Если, во-первых, пренебречь монохроматическими аберрациями – другими словами, следует принять гауссову теорию – тогда каждое воспроизведение определяется положениями фокальных плоскостей и величиной фокусных расстояний или, если фокусные расстояния, как обычно бывает, равны, тремя константами воспроизведения. Эти константы определяются данными системы (радиусы, толщины, расстояния, индексы и т. Д. Линз); поэтому их зависимость от показателя преломления и, следовательно, от цвета поддается расчету. Для каждого типа стекла необходимо знать показатели преломления для разных длин волн. Таким образом, поддерживаются условия, при которых любая одна постоянная воспроизведения одинакова для двух разных цветов, то есть эта постоянная ахроматизирована. Например, можно с помощью одной толстой линзы в воздухе ахроматизировать положение фокальной плоскости на величину фокусного расстояния. Если все три константы воспроизведения быть ахроматизированными, то гауссовское изображение для всех расстояний до объектов будет одинаковым для двух цветов, и говорят, что система находится в стабильном ахроматизме.
На практике это более выгодно ( после Аббе), чтобы определить хроматическую аберрацию (например, аберрацию расстояния пересечения) для фиксированного положения объекта и выразить ее суммой, в которой каждый компонент содержит величину, обусловленную каждой преломляющей поверхностью. На плоскости, содержащей точку изображения одного цвета, другой цвет создает диск замешательства; это похоже на путаницу, вызванную двумя зонами сферической аберрации. Для бесконечно удаленных объектов радиус хроматического диска нерезкости пропорционален линейной апертуре и не зависит от фокусного расстояния (см. Выше, Монохроматическая аберрация точки оси); и поскольку этот диск становится менее вредным с увеличением изображения данного объекта или с увеличением фокусного расстояния, отсюда следует, что ухудшение изображения пропорционально отношению апертуры к фокусному расстоянию, то есть относительной апертуре. (Это объясняет гигантские фокусные расстояния, которые были в моде до открытия ахроматизма.)
Ньютон не осознавал существования сред с различной дисперсионной способностью, необходимой для ахроматизма; следовательно, он построил большие рефлекторы вместо рефракторов. Джеймс Грегори и Леонард Эйлер пришли к правильному взгляду на основе ложного представления об ахроматизме глаза; это было определено Честером Мором Холлом в 1728 году, Клингеншерной в 1754 году и Доллондом в 1757 году, построившими знаменитые ахроматические телескопы. (См. телескоп.)
На рис. На фиг.6, взятой из книги М. фон Рора Theorie und Geschichte deshotoischen Objectivs, абсциссы представляют собой фокусные расстояния, а ординаты – длины волн. Используемые линии фраунгофера показаны в соседней таблице.
Теория Гаусса является лишь приближением; монохроматические или сферические аберрации все равно возникают, которые будут разными для разных цветов; и если бы они были компенсированы для одного цвета, изображение другого цвета оказалось бы тревожным. Наиболее важным является хроматическая разница аберрации точки оси, которая все еще присутствует, чтобы нарушить изображение, после того, как параксиальные лучи разных цветов объединяются соответствующей комбинацией очков. Если коллективную систему скорректировать по точке оси для определенной длины волны, то из-за большей дисперсии отрицательных компонентов – кремневых стекол – возникнет чрезмерная коррекция для более коротких длин волн (это ошибка отрицательных составляющих), и недостаточная коррекция для более длинных волн (ошибка линз из коронного стекла преобладает в красном цвете). Эта ошибка была рассмотрена Жаном ле Рондом Даламбером и, особенно, К. Ф. Гауссом. Он быстро увеличивается с увеличением апертуры и более важен для средних апертур, чем вторичный спектр параксиальных лучей; следовательно, сферическая аберрация должна быть устранена для двух цветов, а если это невозможно, то она должна быть устранена для тех конкретных длин волн, которые наиболее эффективны для рассматриваемого инструмента (графическое представление этой ошибки дано в M. von Rohr, Theorie und Geschichte deshotoischen Objectivs).
Условие воспроизведения элемента поверхности на месте резко воспроизводимой точки – константа синусоидальной связи также должна выполняться с большими апертурами для нескольких цветов. Э. Аббе удалось вычислить объективы микроскопа, свободные от погрешности точки оси и удовлетворяющие условию синуса для нескольких цветов, которые, следовательно, согласно его определению, были апланатическими для нескольких цветов; такие системы он назвал апохроматическими. Хотя, однако, увеличение отдельных зон одинаково, оно не такое же для красных и синих; и есть хроматическая разница в увеличении. Оно производится в том же количестве, но в противоположном смысле, окулярами, которые Аббе использовал с этими объективами (компенсирующие окуляры), так что оно устраняется на изображении всего микроскопа. Лучшие объективы телескопов и фотографические объективы, предназначенные для трехцветной работы, также апохроматичны, даже если они не обладают таким же качеством коррекции, как объективы микроскопов. Хроматические различия других ошибок воспроизведения редко имеют практическое значение.
ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА
ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В ВАКУУМЕ
Согласно принципу относительности Эйнштейна,
Доплер Кристиан
уравнение световой волны во всех инерциальных
системах отсчета одинаково по форме.
Используя преобразования Лоренца, можно
получить
уравнение
волны,
посылаемой
источником, в направлении приемника в другой
инерциальной системе отсчета, а следовательно, и
связать частоты световых волн, излучаемых
источником и воспринимаемых приемником.
• Часть света рассеивается от молекул, которые находятся не очень далеко от
вас. От них в ваши глаза попадает свет, в котором много синих лучей.
• Молекулы, расположенные гораздо дальше, также рассеивают
«обогащенный» синими лучами свет в вашу сторону, но вследствие
большого расстояния до вас свет испытывает множество актов рассеяния,
прежде чем достигает ваших глаз. При каждом таком акте свет,
рассеиваемый в вашем направлении, является светом, рассеянным
вперед, поэтому синих лучей в нем мало.
После многих актов рассеяния доходящий до вас свет содержит уже больше
красных лучей.
В результате в ваши глаза попадают лучи из синей части спектра от близких
молекул и лучи из красной части спектра от далеких молекул. Смесь этих
лучей дает белый свет – то, что вы видите, глядя на горизонт.
Свойства коллоидных систем:
1. Коллоидные частицы не препятствуют прохождению света.
2. В прозрачных коллоидах наблюдается рассеивание светового луча (эффект
Тиндаля).
3. Дисперсные частицы имеют электрические заряды одного знака. Благодаря
этому они не соединяются в более крупные частицы и не осаждаются.
Соединение частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией.
Осаждение их под влиянием силы тяжести — седиментацией.
Возникновение заряда объясняется адсорбцией
коллоидными частицами ионов из раствора.
Адсорбция — самопроизвольный процесс увеличения концентрации
растворённого вещества у поверхности раздела двух фаз, вследствие
нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе
фаз
Как исправить недостаток
Хроматическая аберрация — это нарушение цветопередачи, которое проявляется в виде «бахромы» (контура) на контрастных объектах. Поговорим о том, какие бывают виды аберраций, почему они возникают и как от них избавиться.
ПОГЛОЩЕНИЕ (АБСОРБЦИЯ) СВЕТА
Поглощением света называется явление уменьшения интенсивности света при
прохождении его через вещество.
Уменьшение интенсивности света происходит в результате того, что энергия
света переходит в другие виды энергии: Э.А. – минимальное количество энергии, которое
• Энергию активации;
должны получить электроны донорной примеси,
для того чтобы попасть в зону проводимости.
• Энергию ионизации молекул;
• Энергию теплового хаотического движения молекул в веществе;
• Энергию вторичного излучения (фотолюминесценция).
Поглощение света в веществе описывается законом Бугера – Ламберта – Бера:
I I 0e
x
I0 и I – интенсивность света на входе и выходе слоя
поглощающего вещества толщиной x;
κ (каппа) – коэффициент поглощения, зависит от
• Длины волны падающего света;
• Химической природы вещества;
• Состояния вещества.
Бугер Пьер
(1698-1758)
Радуга появляется только во время ливня, когда идет дождь и одновременно светит
солнце. Центр окружности, которую описывает радуга, всегда лежит на прямой,
проходящей через солнце и глаз наблюдателя. Поэтому, чтобы видеть это красивое
явление, необходимо стать строго между светилом (оно должно быть сзади) и дождем
(он должен быть перед лицом). Солнце посылает свои лучи, которые, попадая на
капельки дождя, создают спектр. Если солнце высоко в небе, провести такую прямую
линию невозможно. Бот почему радугу можно наблюдать только рано утром или ближе к
вечеру. Утренняя радуга возникает, если солнце находится на востоке, а дождь идет на
западе. Во второй половине дня радуга появляется, когда солнце расположено на западе,
а дождь льет на востоке.
ФОРМА РАДУГИ
С земли радуга предстает перед нами в форме
арки. Целиком ее можно увидеть только с
самолета или очень высокой горы. Оттуда
откроется, что на самом деле радуга имеет
круглую форму. Дело в том, что капля,
обладающая сферической формой и освещаемая
пучком
параллельного
солнечного
света,
способна создать спектр только в виде
окружности. А ее нижняя часть скрыта под
линией горизонта, когда мы любуемся радугой с
земли.
Гетерогенная система — неоднородная система, состоящая из однородных
частей (фаз), разделённых поверхностью раздела.
Примеры:
• жидкость — насыщенный пар;
• насыщенный раствор с осадком;
• многие сплавы.
• В технике гетерогенной системой является кирпичная и каменная кладка,
состоящая из кладочных элементов и строительного раствора.
При поглощении света образуются спектры – спектры поглощения.
Спектр поглощения – это зависимость показателя поглощения κ от длины
волны света λ.
Максимумы соответствуют резонансным частотам колебаний электронов
внутри атомов.
Если вещество избирательно поглощает длины волн, то
образуется линейчатый (дискретный) спектр поглощения.
Если вещество поглощает все длины волн в некотором
интервале, то образуется сплошной (непрерывный) спектр
поглощения.
ОТ ЧЕГО ЗАВИСЯТ ШИРИНА И ЯРКОСТЬ РАДУГИ?
Радуга может быть разной по ширине и яркости цветов. Это зависит от размера
капель, на которых преломляется свет. Если частицы воды крупные — радуга
будет яркой и узкой. Если же капли мелкие, то радуга окажется широкой, но с
блеклыми оранжевыми и желтыми краями.
Рэлеевским рассеянием солнечного света на неоднородностях атмосферы
(флуктуационные неоднородности плотности воздуха) объясняется голубой цвет неба.
Лучи Солнца рассеиваются в каждой точке атмосферы — и больше рассеивается
коротковолновый свет. Глаз видит все рассеиваемые волны — от красного
(длинноволнового), до фиолетового (коротковолнового). На фиолетовом краю оптического
спектра идёт нарастание. Поэтому интегральная картинка воспринимается глазом как
голубой цвет, отодвинутая от фиолетового края, но тяготеющая именно к этой стороне
спектра.
На закате же вблизи Солнца наблюдаются иные явления. Если в точке неба, вдалеке от
Солнца наблюдатель видит всё тот же голубой цвет, то вблизи с Солнцем — красный. Дело
в том, что в любой точке неба вдалеке от Солнца, наблюдатель по прежнему видит
рассеянный, то есть коротковолновый (интегральный голубой) свет. А на малых углах
рассеяния, где больше прямых лучей Солнца, до наблюдателя гораздо больше доходит
длинноволновый, то есть красный цвет. Это объясняется тем, что по сравнению с
положением Солнца в кульминации, свет проходит в несколько раз большую толщу
атмосферы и от фиолетового света не остаётся практически ничего — он рассеивается
многократно в другие стороны. И интегральная картинка смещается к красному краю
спектра.
Отношение интенсивности рассеяния
солнечного света атмосферой для
различных длин волн