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Dispersión

2f. Dispersión

El fenómeno de dispersión se refiere al proceso por el cual la luz se divide en los diferentes colores que la componen.

dispersion de la luz01
Dispersión de la luz a través de un prisma.

Cuando se trata de luz blanca como la proveniente del sol, la descomposición genera un arcoiris.

Este fenómeno corresponde a una refracción selectiva, en la que cada color se refracta diferente. Los colores con mayor longitud de onda (y por lo tanto menor energía) son los que menos se desvían.

Debido a que se trata de un fenómeno de refracción, se la suele llamar dispersión refractiva, diferenciándolo de otros procesos de dispersión como son los procesos de esparcimiento (se verá en lecciones posteriores).

 

En la lección de refracción dijimos que la imagen completa se inclinaba porque todos los haces se inclinaban por igual. En realidad la refracción siempre es distinta para cada longitud de onda, por lo tanto es un proceso de difracción. Sin embargo hay materiales donde la dispersión es muy pequeña y por lo tanto no la percibimos, así que hablamos simplemente de refracción. En la siguiente imagen vemos el índice de refracción para distintos compuestos:

Dispersion curve
Índice de refracción (n) vs λ para distintos materiales.

Es evidente que la refracción depende de la longitud de onda, mas algunos materiales refractan más que otros. Aquellos materiales con alto índice de refracción se denominan flint, y aquellos con bajo índice, se denominan crown.

 

Los objetos que permiten la dispersión se denominan prismas ópticos, y generalmente son lentes o bloques de vidrio. Mayor dispersión se consigue cuando el haz incide en un mayor ángulo (siempre que sea menor al ángulo crítico) respecto la normal.

 

Para determinar el ángulo de refracción, utilizamos la misma ecuación que en la lección de refracción:

n1·senθ1 = n2·senθ2

Pero ahora sí consideramos que hay difracción selectiva por color. Por eso, para cada color habrá un θ y un n distinto.

Ya vimos que los distintos materiales tienen distinto n, por lo tanto el valor hay que obtenerlo experimentalmente (o desde tablas). Ya conociendo los valores de n, se puede determinar el θ.

calculoη
Determinar n experimentalmente.

En cualquier caso, el color con mayor energía (violeta) es el que sufre mayor dispersión, y por lo tanto tendrá mayor n.

 

En días muy húmedos, particularmente los días de lluvia, las gotas de agua que quedan en el ambiente actúan como prisma. Si a su vez están los rayos del sol presente, estos rayos atraviesan estos prismas y se dispersan formando un arcoiris.

landscape 2123022 960 720
Arcoiris generado en la atmósfera. Se aprecia el segundo halo de menor intensidad.

 

Para ver este arcoiris, el sol debe estar detrás nuestro, ya que la dispersión que se hace dentro de la gota hace que la luz se incline tanto, que vuelva por el mismo lado en el que incidió.

arcoiris 2
Formación de un arcoiris en la atmósfera. 

La forma de arco del arcoiris se da por la proyección que tenemos al verlo. Nuestra visión se puede representar por un cono en converge a nuestros ojos. Cuando vemos un arcoiris, estamos viendo la última capa de lluvia. Esta capa es un corte del cono, y por tanto es circular. El arcoiris no es un arco, es un círculo. Pero la parte restante del círculo es virtual, ya que estaría por debajo de la tierra.

 

Temperatura del color

Vimos en la lección de radiación de cuerpo negro que se puede definir la temperatura del color como la temperatura que debe irradiar un cuerpo negro para generar luz con λmáx del color en cuestión.

Ahora bien, si se dispersa la luz que proviene de un cuerpo negro, cada color dispersado tendrá distinta temperatura, y no se corresponde a la de definición de temperatura del color. La temperatura se relaciona con la cantidad de materia que da origen al color, la capacidad calorífica del medio, etc. Es decir, si se mide la temperatura de cada color, no será la que se determina por la definición de temperatura del color.

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