เซอร์ ไอแซก นิวตัน อนุญาตให้แสงสีขาวจากดวงอาทิตย์เข้าไปในห้องมืดผ่านช่องแสงเล็กๆ ในหน้าต่าง และวางปริซึมแก้วในเส้นทางของลำแสง แสงที่ออกมาจากปริซึมได้รับบนหน้าจอสีขาว เขาสังเกตเห็นว่าบนหน้าจอมีแถบสีคล้ายรุ้งก่อตัวขึ้น แพทช์นี้เรียกว่า สเปกตรัม เริ่มจากด้านข้างของฐานปริซึม สีในสเปกตรัมบนหน้าจอจะเรียงตามลำดับต่อไปนี้:
ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม และแดง
สเปกตรัมคือแถบสีที่ได้รับบนหน้าจอเมื่อแสงสีขาวผ่านปริซึม สำหรับการทดลองนี้ นิวตันสรุปว่าแสงสีขาวเป็นส่วนผสมของสีเจ็ดสี ปริซึมไม่ได้สร้างสี แต่เป็นเพียงการแยกสีที่มีอยู่แล้วในแสงสีขาว ดังนั้นเมื่อแสงสีขาวส่องผ่านปริซึม แสงจะแตกออกเป็นสีต่างๆ การแยกแสงสีขาวออกเป็นสีต่างๆ เรียกว่า การกระจายแสง
1. การกระจายของแสงเกิดขึ้นเฉพาะที่พื้นผิวแรกของปริซึม 2. การหักเหของลำแสงเกิดขึ้นที่ผิวทั้งสองของปริซึม 3. ปริซึมไม่สร้างสี แต่จะแยกสีต่างๆ ที่มีอยู่ในแสงที่ตกกระทบเท่านั้น 4. ในสเปกตรัม แต่ละสีจะผสมกับสีอื่น กล่าวคือ ไม่มีเส้นแบ่งสีที่ชัดเจน ในไดอะแกรม สีจะแสดงแยกกันอย่างชัดเจนเพื่อความชัดเจน การแพร่กระจายของสีทั้งหมดน้อยกว่าที่แสดงในแผนภาพมาก สีที่ต่างกันมีความกว้างต่างกันบนหน้าจอ 5. ในสเปกตรัมของแสงสีขาว สีแดงมีความยาวคลื่นยาวที่สุด 8000 Å (หรือ 8 × 10 -7 ม.) หรือความถี่ต่ำสุด 3.74 × 10 14 Hz และสีม่วงมีความยาวคลื่นสั้นที่สุด 4000 Å ( หรือ 4 X 10 -7 ม. ) หรือความถี่สูงสุด 7.5 X 10 14 Hz. จากปลายสีม่วงถึงปลายสีแดงของสเปกตรัม ความยาวคลื่นจะเพิ่มขึ้นในขณะที่ความถี่ลดลง |
แสงสีขาวของดวงอาทิตย์ประกอบด้วยสีเด่น 7 สี ได้แก่ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม และแดง ความเร็วของแสงทุกสีในอากาศหรือในสุญญากาศจะเท่ากัน แต่จะต่างกันที่ตัวกลางโปร่งใส เช่น แก้วหรือน้ำ ความเร็วของแสงสีม่วงมีค่าต่ำสุดและแสงสีแดงมีค่าสูงสุด ดังนั้น ดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางโปร่งใสจึงแตกต่างกันไปตามสีต่างๆ
เนื่องจาก µ = (ความเร็วของแสงในอากาศ) ∕ (ความเร็วของแสงในตัวกลาง)
ดังนั้น ดัชนีการหักเหของแสงในตัวกลางจึงมีค่าสูงสุดสำหรับแสงสีม่วงและค่าต่ำสุดสำหรับแสงสีแดง ดังนั้นเมื่อแสงสีขาวเข้าสู่ปริซึม แสงจะแยกออกเป็นสีต่างๆ ที่มีการหักเหที่พื้นผิวแรกของปริซึม เมื่อรังสีเหล่านี้ตกกระทบพื้นผิวปริซึมที่สอง รังสีเหล่านี้ก็จะหักเหมากขึ้น และสีเหล่านี้จะแยกออกจากกันมากขึ้น
เมื่อแสงจากดวงอาทิตย์เข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก แสงจะกระจาย (เช่น แสงกระจายไปทุกทิศทาง) โดยอนุภาคฝุ่นและโมเลกุลของอากาศที่อยู่ในชั้นบรรยากาศของโลก นักวิทยาศาสตร์ Rayleigh ได้ศึกษาการกระเจิงของแสงเป็นครั้งแรก
การกระเจิงเป็นกระบวนการดูดซับและปล่อยพลังงานแสงอีกครั้งโดยอนุภาคฝุ่นและโมเลกุลของอากาศในชั้นบรรยากาศ
โมเลกุลของอากาศที่มีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบจะดูดซับพลังงานของแสงที่ตกกระทบแล้วปล่อยออกมาอีกครั้งโดยไม่ทำให้ความยาวคลื่นเปลี่ยนแปลง การกระเจิงของแสงไม่เท่ากันในทุกความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบ ความเข้มของแสงที่กระจัดกระจายจะแปรผกผันกับกำลังสี่ของความยาวคลื่นของแสง \(I \propto 1/_{\lambda^4}\)
เนื่องจากแสงสีม่วงมีความยาวคลื่นน้อยที่สุดและแสงสีแดงมากที่สุด แสงสีม่วงจึงกระจายมากที่สุด และแสงสีแดงจะกระจายน้อยที่สุด ( แสงสีม่วงจะกระจายมากกว่าแสงสีแดงเกือบ 16 เท่า) หมายความว่าแสงจากดวงอาทิตย์เมื่อส่องลงมายังพื้นผิวโลกมีความเข้มของแสงที่ปลายสีม่วงน้อยกว่าและมีความเข้มของแสงที่ปลายสีแดงมากกว่า โมเลกุลของอากาศที่มีขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบจะกระเจิงแสงของแสงสีขาวทุกความยาวคลื่นให้เท่ากัน
แสงจากดวงอาทิตย์ต้องเดินทางเป็นระยะทางไกลจากชั้นบรรยากาศโลกก่อนที่จะมาถึงพื้นผิวโลก เมื่อแสงเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศ โมเลกุลของอากาศจะกระจัดกระจายไปในทิศทางต่างๆ แสงสีน้ำเงินหรือสีม่วงเนื่องจากความยาวคลื่นสั้นกว่าจึงกระจายได้มากกว่าเมื่อเทียบกับแสงสีอื่นๆ แสงที่เข้าตาเราโดยตรงจากดวงอาทิตย์นั้นมีสีแดง ในขณะที่แสงที่เข้าตาเราจากทิศทางอื่นๆ นั้นส่วนใหญ่เป็นแสงสีน้ำเงิน ดังนั้นท้องฟ้าในทิศทางอื่นที่ไม่ใช่ทิศทางของดวงอาทิตย์จึงมองเห็นเป็นสีน้ำเงิน
การก่อตัวของรุ้งเป็นตัวอย่างตามธรรมชาติของการกระจายตัวของแสงสีขาว หลังฝนตก ละอองน้ำจำนวนมากยังคงลอยอยู่ในอากาศ ทุกหยดทำหน้าที่เป็นปริซึม เมื่อแสงแดดตกกระทบกับหยดน้ำเหล่านี้ ก็จะแตกออกเป็นเจ็ดสี แสงที่กระจายจากหยดน้ำจำนวนมากก่อให้เกิดรุ้งกินน้ำ
การใช้ไฟสีแดงเป็นสัญญาณอันตราย
เนื่องจากความยาวคลื่นของแสงสีแดงยาวที่สุด ดังนั้น แสงจึงกระจายน้อยที่สุดโดยโมเลกุลของอากาศในชั้นบรรยากาศ ดังนั้นแสงสีแดงเมื่อเปรียบเทียบกับแสงสีอื่น ๆ สามารถทะลุทะลวงไปได้ไกลกว่าโดยไม่อ่อนลง ดังนั้นจึงใช้ไฟสีแดงเป็นสัญญาณอันตราย เพื่อให้มองเห็นสัญญาณได้จากระยะไกลแม้ในหมอก เป็นต้น
นำแผ่นกระดาษแข็งวงกลมแล้วแบ่งออกเป็นเจ็ดส่วน จากนั้นระบายสีส่วนต่างๆ ด้วยสีเจ็ดสี ได้แก่ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม และแดง
หมุนแผ่นดิสก์อย่างรวดเร็ว คุณจะสังเกตเห็นว่าแผ่นดิสก์ปรากฏเป็นสีขาว!
นี่แสดงให้เห็นว่าสีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม และแดงเป็นเจ็ดสีที่เป็นส่วนประกอบของแสงสีขาว และเมื่อรวมกันจะทำให้เกิดเอฟเฟกต์สีขาว
