Disperzija svjetlosti i EM valovi

Elektromagnetski valovi su transvezalni valovi koji se sastoje se od električnog i magnetskog polja koja međusobno titraju okomito. Njihovo je titranje okomito i na smjer širenja vala. Najpoznatiji oblik elektromagnetski vala je svjetlost.

Brzina širenja elektromagnetskih valova (svjetlosti) u vakuumu iznosi:

Magnetsko polje titra u smjeru z-osi, električno polje u smjeru y-osi, a val se širi (propagira) u smjeru x-osi.

Spektar EM zračenja

Kada govorimo o svjetlosti najčešće mislimo na vidljivu svjetlost. Njezina je valna duljina u rasponu od 400 nm (ljubičasta) do 700 nm (crvena). Frekvencija je obrnuto proporcionalna valnoj duljini što znači da crvena svjetlost ima najmanju, a ljubičasta najveću frekvenciju.

Povećanjem frekvencije iznad ljubičaste svjetlosti ulazimo u područje ultraljubičastog (UV) zračenja na koje se nastavljaju rendgenske (x-zrake) i gamma zrake. Smanjenjem frekvencije ispod frekvencije crvene svjetlosti ulazimo u područje infracrvenog zračenja na koje se nastavljaju mikrovalovi i radiovalovi. Dakle, valovi najveće valne duljine su radiovalovi, a najmanje gamma zrake.

Disperzija svjetlosti

Disperzija je razlaganje (bijele) svjetlosti na boje. Do pojave disperzije dolazi kada bijela svjetlost upada na prozirno sredstvo za koje kut loma ovisi o valnoj duljini svjetlosti. S obzirom na to da je bijela svjetlost skup svih valnih duljina vidljive svjetlosti, pri lomu na prozirnom sredstvu čiji je indeks loma različit za pojedinu valnu duljinu, dolazi do pojave spektra boja jer su njihove valne duljine različite. Primjer disperzije svjetlosti je i nastanak duge gdje se bijela Sunčeva svjetlost na kapljicama kiše razlaže na boje koje mi vidimo kao dugu.

Što je manja valna duljina to će biti veći indeks loma za tu boju, tj. kut loma će biti manji pa se ljubičasta svjetlost lomi pod najmanjim, a crvena pod najvećim kutom dok je ostatak spektra između njih.

Optička prizma

Optička prizma je optički instrument (najčešće trostrana prizma) napravljena od nekog prozirnog materijala (najčešće stakla). Njezina je glavna uloga razlaganje (disperzija) bijele svjetlosti na boje. Karakterizira ju različiti indeks loma za pojedinu boju (valnu duljinu).

Indeks loma obrnuto je proporcionalan valnoj duljinu. To znači da će se svjetlost najmanje valne duljine (ljubičasta) lomiti pod najmanjim kutom.

Upadni kut \(\alpha\) jednak je za svaku boju jer na prizmu upada bijela svjetlost. Ako je \(\beta _k\) kut loma za neku boju tada je pripadni indeks loma: