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  • 發布時間:2022-05-14 11:55 原文鏈接: 氣相色譜分離的基本原理

    光的色散(dispersion of light)指的是復色光分解為單色光的現象;復色光通過棱鏡分解成單色光的現象;光纖中由光源光譜成分中不同波長的不同群速度所引起的光脈沖展寬的現象。色散也是對光纖的一個傳播參數與波長關系的描述。牛頓在1666年最先利用三棱鏡觀察到光的色散,把白光分解為彩色光帶(光譜)。色散現象說明光在介質中的速度v=c/n(或折射率n)隨光的頻率f而變。光的色散可以用三棱鏡,衍射光柵,干涉儀等來實現。光的色散證明了光具有波動性。

    光的色散當然還要有光波。光波都有一定的頻率,光的顏色是由光波

    色散色譜

    的頻率決定的,在可見光區域,紅光頻率最小,紫光的頻率最大,各種頻率的光在真空中傳播的速度都相同,約等于3.0×108m/s。但是不同頻率的單色光,在介質中傳播時由于與介質相互作用,傳播速度都比在真空中的速度小,并且速度的大小互不相同。紅光速度快,紫光的傳播速度慢,因此介質對紅光的折射率小,對紫光的折率大。當不同色光以相同的入射角射到三棱鏡上,紅光發生的偏折最少,它在光譜中處在靠近頂角的一端。紫光的頻率大,在介質中的折射率大,在光譜中也就排列在最靠近棱鏡底邊的一端。

    在光學中,將復色光分解成單色光的過程,叫光的色散。 [1] 

    由兩種或兩種以上的單色光組成的光(由兩種或兩種以上的頻率組成的光),稱為復色光。不能再分解的光(只有一種頻率),稱為單色光。

    注:眼睛的色覺細胞接收到不同頻率的可見光時,感覺到的顏色不同,顏色是不同頻率的光對色覺細胞的刺激而產生的。)

    不同頻率的光對同一介質的折射率并不相同。

    一般讓白光(復色光)通過三棱鏡就能產生光的色散。對同一種介質,光的頻率越高,介質對這種光的折射率就越大。在可見光中,紫光的頻率最高,紅光頻率最小。當白光通過三棱鏡時,棱鏡對紫光的折射率最大,光通過棱鏡后,紫光的偏折程度最大,紅光偏折程度最小。這樣,三棱鏡將不同頻率的光分開,就產生了光的色散。

    復色光分解為單色光而形成光譜的現象叫做光的色散。(白光散開后單色光從上到下依次為“紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色。)

    可見光譜

    色散可以利用三棱鏡或光柵等作為“色散系統”的儀器來實現。將顏色按一定順序排列形成光譜。 光譜(spectrum) 是復色光經過色散系統(如棱鏡、光柵)分光后,被色散開的單色光按波長(或頻率)大小而依次排列的圖案,全稱為光學頻譜。光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分,在這個波長范圍內的電磁輻射被稱作可見光。光譜并沒有包含人類大腦視覺所能區別的所有顏色,譬如褐色和粉紅色。

    法國數學家柯西發現折射率和光波長的關系,可以用一個級數表示:

    n(λ)=a+b/λ2+c/λ4。

    其中a,b,c是三個柯西色散系數,因不同的物質而不同。只須測定三個不同的波長下的折射率n(λ),代入柯西色散公式中可得到三個聯立方程式,解這組聯立方程式就可以得到這物質的三個柯西色散系數。有了三個柯西色散系數,就可以計算出其他波長下的折射率不需要再測量。

    除了柯西色散公式之外,還有其他的色散公式。如Hartmann色散公式、Conrady色散公式、Hetzberger色散公式等。

    復色光分解為單色光的現象叫光的色散。牛頓在1666年最先利用三棱鏡觀察到光的色散,把白光分解為彩色光帶(光譜)。色散現象說明光在介質中的速度v(或光的色散折射率n=c/v)隨光的頻率f而變。光的色散可以用三棱鏡、衍射光柵、干涉儀等來實現。

    白光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等各種色光組成的,由單色光混合而成的光叫做復色光。不能再分解的色光叫做單色光。

    色散可以利用棱鏡或光柵等作為“色散系統”的儀器來實現。

    光的三基色:紅,綠,藍

    另外,我們看的電視的熒光粉也是這種組合,你到彩電跟前看看CRT就是這樣,不過別看你面前電腦的監視器,他的像素點太小了,肉眼分辨不出來的。RGB這三種顏色的組合,幾乎形成所有的顏色。

    紅,綠,藍被稱為光的“三原色”,是因為自然界紅、綠、藍三種顏色是無法用其它顏色混合而成的,而其他顏色可以通過紅、綠、藍光的適當混合而得到的,因此紅、綠、藍三種顏色被稱為光的“三原色”。

    當復色光在介質界面上折射時,介質對不同波長的光有不同的折射率,各色光會因折射角不同而彼此分離。1672年,牛頓利用三棱鏡將色散太陽光分解成彩色光帶,這是人們首次作的色散實驗。通常用介質的折射率n或色散率dn/dλ與波長λ的關系來描述色散規律。任何介質的色散均可分正常色散和反常色散兩種。

    復色光分解為單色光而形成光譜的現象。讓一束白光射到玻璃棱鏡上,光線經過棱鏡折射以后就在另一側面的白紙屏上形成一條彩色的光帶,其顏色的排列是靠近棱鏡頂角端是紅色,靠近底邊的一端是紫色,中間依次是橙黃綠藍靛,這樣的光帶叫光譜。光譜中每一種色光不能再分解出其他色光,稱它為單色光。由單色光混合而成的光叫復色光。自然界中的太陽光、白熾電燈和日光燈發出的光都是復色光。在光照到物體上時,一部分光被物體反射,一部分光被物體吸收。如果物體是透明的,還有一部分透過物體。不同物體,對不同顏色的反射、吸收和透過的情況不同,因此呈現不同的色彩。

    光波都有一定的頻率,光的顏色是由光波的頻率決定的,在可見光區域,紅光頻率最小,紫光的頻率最大,各種頻率的光在真空中傳播的速度都相同,等于3.0×108m/s。但是不同頻率的單色光,在介質中傳播時由于與介質相互作用,傳播速度都比在真空中的速度小,并且速度的大小互不相同。紅光速度大,紫光的傳播速度小,因此介質對紅光的折射率小,對紫光的折率大。當不同色光以相同的入射角射到三棱鏡上,紅光發生的偏折最少,它在光譜中處在靠近頂角的一端。紫光的頻率大,在介質中的折射率大,在光譜中也就排列在最靠近棱鏡底邊的一端。

    夏天雨后,在對著太陽那一邊的天上,常常會出現彩色的圓弧,這就是虹。形成虹的原因就是下雨以后,天上懸浮著很多極小的水滴,太陽光沿著一定角度射入,就在這些小水滴中發生了色散,朝著小水滴看過去,就會出現彩色的虹。虹的顏色是紅色在外,紫色在內,依次排列。

    用白光通過一透鏡后照亮狹縫S,狹縫后放一會聚透鏡(凸透鏡)以便形成狹縫S的像S‘。然后在透鏡的光路上放一個三棱鏡。結果光通過棱鏡因偏轉角度不同而被分開,投射在白色的光屏上,就形成一個由紅到紫的七色光譜帶。這個光譜帶是由一系列彼此鄰接的狹縫的彩色像組成的。若狹縫做得很窄,重疊現象就可以減小到最低限度,因而光譜也變得很純。

    牛頓為了解釋三棱鏡實驗中白光的分解現象,認為白光是由各種不同顏色光組成的,玻璃對各種色光的折射率不同,當白光通過棱鏡時,各色光以不同角度折射,結果就被分開成顏色光譜。白光通過棱鏡時,向棱鏡的底邊偏折,紫光偏折最大,紅光偏折最小。棱鏡使白光分開成各種色光的現象叫做色散。

    反過來,把光譜畫在圓盤上成扇形,然后高速旋轉這個圓盤,圓盤就呈現白色。這種實驗效果一般稱為“視覺暫留效應”。眼睛視網膜上所成的像消失后,視網膜還可以把印象保留零點幾秒種。從而,迅速變化的顏色復合在一起,就形成白色。在電視屏幕上、電影屏幕上、或看視頻文件時,看到的是連續的圖像,其原因也正在于利用了人的“視覺暫留效應”。

    牛頓通過一系列的色散實驗和理論研究,把結果歸納為幾條,其要點如下:

    ①光線隨著它的折射率不同而顏色各異。顏色不是光的變樣,而是光線本來就固有的性質。

    ②同一顏色屬于同一折射率,反之亦然。

    ③顏色的種類和折射的程度為光線所固有,不因折射、反射和其它任何原因而變化。

    ④必須區別本來單純的顏色和由它們復合而成的顏色。

    ⑤不存在自身為白色的光線。白色是由一切顏色的光線適當混合而產生的。事實上,可以進行把光譜的顏色重新合成而得到白光的實驗。

    ⑥根據以上各條,可以解釋三棱鏡使光產生顏色原因與虹的原理等。

    ⑦自然物的顏色是由于該物質對某種光線反射得多,而對其他光線反射得少的原因。

    ⑧由此可知,顏色是光(各種射線)的質,因而光線本身不可能是質。因為顏色這樣的質起源于光之中,


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