المطياف (الإسبكترومتر) ذو المنشور

يستعمل المنشور ــ الذي صنع من الزجاج في فصل الضوء إلى ألوان المختلف. وعادة ما تنحني حزمة الضوء مرتين إذا مرت من منشور، مرة عند دخولها والأخرى عند خروجها. ونطلق على الزاوية الكلية الي ينحني بها الشعاع زاوية الانحراف وهي التي يرمز لها بالحرف D في الشكل 1)).

ويمكننا حساب الزاوية D باستعمال قانون سنل إذا علمت كل من زاوية السقوط وزوايا المنشور ومعامل انكسار الزجاج. وكلما كان معامل انكسار الزجاج كبيراً كلما زاد انحراف الحزمة. ولهذا الأمر نتائج مهمة كما سنرى لاحقاً.

الشكل (1): يحرف المنشور حزمة الضوء بزاوية مقدارها D.

 أن سرعة الضوء في معظم المواد تتغير بتغير الطول الموجي. وهذا يكافئ قولنا أن معامل انكسار المادة يعتمد على ولن الضوء. ومعامل انكسار الضوء البنفسجي بالنسبة لكثير من المواد أكبر من نطيره للضوء الأحمر. ويعني هذا أن الضوء البنفسجي ينحني بشكل أكبر داخل المنشور عن الضوء الأحمر. . ومن ثم ، إذا دخلت حزمة ضوء أبيض في منشور، كما في الشكل 2)) فإن الضوء يتفرق إلى ألوانه.

الشكل 2)): ليست زاوية الانحراف بواسطة المنشور ثابتة لجميع الأطوال الموجية التي يحتويها الضوء ولذلك يفرق المنشور الضوء الأبيض إلى الألوان المكونة له.

وتسمى مقدرة وسط ما على تفريق الضوء أو تشتيته بتفريق الوسط، وهي كمية تعتمد على المدى الذي يتغير فيه معامل الانكسار مع الطول الموجي. ويتغير التفريق من مادة إلى أخرى كما يوضح الجدول (1). وتتغير  هذه الخاصية في زجاج فلنت، الذي يعتبر مثالاً على الوسط ذي التفريق المرتفع ــ بحيث يتغير معامل انكساره بما يزيد قليلاً عن 3 بالمائة على امتداد الطيف المرئي.

الجدول ((1: تغير معامل الانكسار مع الطول الموجي (التفريق) بالنسبة للزجاج والكوارتز.

ان خاصية التفريق لدى المنشورات على قدر كبير من الأهمية في البحوث العلمية وفي التطبيقات الصناعية. وحيث أن كل ذرة وجزئ يمكن استثارتها لكي تبعث الطول الموجي الخاص بها من الإشعاع الكهرومغناطيسي، فإن الأطوال الموجية المنبعثة من مادة ما تساعدنا على تحديد هوية المادة. والجهاز الذي يستعمل منشوراً في تفريق حزمة ضوء إلى الأطوال الموجية التي تكونها، يسمى مطيافاً (إسبكترومتر أو إسبكتروسكوب) والمطياف ذو المنشور البسيط والمرسوم في الشكل 3)) هو المستعمل لتحليل الاطوال

الشكل 3)): تتكون صورة للفتحة على اللوح الفوتوغرافي للمطياف ذو المنشور. فإذا كان الضوء يحتوي على أكثر من طول موجي واحد، فإن صوراً عديدة ستظهر على اللوح الفوتوغرافي.

الموجية المنبعثة من مصدر ضوئي. سنفترض الآن أن المصدر يبعث طولاً موجياً منفرداً. (تبعث مصابيح بخار الصوديوم المستعملة بالطرق والشوارع بضوئها الأصفر المميز، طولاً موجياً مرئياً واحداً هو 589 nm).

يدخل الضوء الصادر من المصدر إلى المطياف عبر الفتحة ضيقة موضوعة عند النقطة البؤرية للعدسة المجمعة. وحيث أن هذه الفتحة تعمل كجسم موضوع عند هذه النقطة البؤرية فإن الضوء الخارج من العدسة سيكون متوازياً. وبما أن الطول الموجي ثابت لجميع الأشعة، لذا فهي تنحرف بنفس الزاوية بواسطة المنشور وتخرج منع جميعها متوازية معاً، فإذا عبرت العدسة الشيئية فإنها تتجمع في بؤرة تقع على مسافة البعد البؤري لتلك العدسة حيث تتكون صورة للجسم الذي بعثها . . وهو في هذه الحالة ــ الفتحة ــ إذا ما وضعنا لوحاً فوتوغرافياً أو فيلماً عند بؤرة الشيئية، فإن صورة الفتحة ستظهر على هيئة أحد خطوط الطيف على اللوح أو الفيلم.

يبعث كل نوع من المصادر الضوئية بالأطوال الموجية المميزة له، ونحن نعرف ما يدور داخل التركيب الذري والجزيئي من دراسة تلك الاطوال الموجية.. وعندما يستخدم مصباح بخار الزئبق (المصابيح ذات اللون المائل للزرقة والمستعمل لإضاءة الساحات). كمصدر الضوء للمطياف ، فإن عدة خطوط طيفية تظهر على اللوح الفوتوغرافي، كما هو موضح في الشكل ( 4أ)، حيث يمثل كل خط طولاً موجياً في طيف الضوء المنبعث من ذرات الزئبق. ولكل نوع من ذرات العناصر الكيميائية طيف ينفرد به ذلك العنصر. وتعتبر هذه الأطياف المنفردة بمثابة " بصمات الأصابع" المستخدمة لتحديد كل عنصر. وعلى ذلك ، يكون فحص الأطوال الموجية

الشكل 4)): عندما يستخدم مطياف في تصوير فتحة مضاءة بواسطة قوس زئبقي، فإن عدة صور للفتحة (أو خطوط الطيف) ستظهر على الصورة الفوتوغرافية.