dispersjon – fysikk

Spredning av en størrelse omkring en middelverdi.

Opprinnelig ble dispersjon i denne betydningen bare brukt i optikken, hvor effekten lenge hadde vært kjent som fargespredning, for eksempel ved sollysets brytning i et prisme. Man var også klar over at dispersjonen er en materialegenskap, og for fremstilling av linser var det avgjørende å kjenne glassortenes dispersjon. Farge egner seg imidlertid ikke som kvantitativt mål for dispersjon, og først med oppdagelsen av de fraunhoferske linjer i sollysets spektrum ble dispersjonen målbar. Oppdagelsen understøttet også teorien om lyset som en bølgebevegelse. Stoffets brytningsindeks er da bestemt av forholdet mellom lysets hastighet i det tomme rom og i stoffet. Fordi lysets hastighet i stoffet varierer med frekvensen, gjør stoffets brytningsindeks det også (se brytning).

Vanligvis øker brytningsindeksen med økende frekvens (dvs. synkende bølgelengde). Den fiolette delen av spekteret representerer lys som har høyere frekvens (kortere bølgelengde) og dermed større brytningsindeks enn spekterets røde del, som representerer lys med lavere frekvens (lengre bølgelengde). Dette kalles normal dispersjon. I enkelte stoffer med sterk absorpsjon i et mindre område av det synlige spektrum, er forholdet omvendt. I absorpsjonsområdet øker brytningsindeksen da med økende bølgelengde – dette kalles anomal dispersjon og kan bl.a. iakttas i en løsning av fargestoffet fuksin.

Som mål for dispersjonen i et stoff brukes forskjellen i brytningsindeks mellom to angitte spektrallinjer, vanligvis to av de fraunhoferske linjer. Forskjellen n_H − n_A mellom brytningsindeksene for H- og A-linjen, som omtrent begrenser det synlige spektrum, kalles den totale dispersjon. Ofte angis den relative dispersjon som er bestemt ved forholdet \(\frac{n_F-n_C}{n_D-1}\) hvor n_C, n_D og n_F betegner stoffets brytningsindeks for C-, D- og F-linjene. Forskjellen i dispersjon for forskjellige glassorter utnyttes ved fremstilling av akromatiske linser og prismer.

Dispersjon oppstår som en følge av lysets elektromagnetiske natur. Det elektriske felt i lysstrålen påvirker atomenes bundne elektroner og setter disse i medsvingninger, og dette virker tilbake på feltet i strålen. Kjennskap til dispersjonen kan derfor gi opplysninger om atomenes og molekylenes struktur. På tilsvarende måte som for lys vil dispersjon kunne iakttas ved andre former av elektromagnetisk stråling.

Ved dispersjon av bølger forstår man den utspredning av bølgen som skyldes at bølgens forplantningshastighet avhenger av frekvensen.

Dispersjon av lydbølger kan iakttas ved lydgjennomgang i faste stoffer og væsker og, for korte bølgelengder (ultralyd), også i gasser. Lydens dispersjon skyldes at stoffets molekyler settes i svingninger og at svingetilstanden også avhenger av molekylets bindingskrefter. Dispersjonen kan derfor gi opplysninger om disse kreftene.

Dispersjon i apparatur. Ved optiske spektrografer betegner dispersjonen forholdet mellom avstanden mellom billedpunktene for to spektrallinjer og den tilsvarende forskjell i bølgelengde. I partikkelspektrografer betegner dispersjonen på tilsvarende måte forholdet mellom billedavstanden og den relative endring i partiklenes bevegelsesmengde.