Dispersion (Physik)

Unter Dispersion versteht man in der Physik unter anderem die Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen in einem Medium von der Wellenlänge bzw. von der Frequenz.

Dispersion elektromagnetischer Wellen

Die Dispersion wird als Änderung der Brechzahln in Abhängigkeit von der Wellenlänge $\lambda$ definiert:

$n=n(\lambda )\!$

Deswegen ist beispielsweise unter anderem die Phasengeschwindigkeit $\left(\propto {\frac {dn(\lambda )}{d\lambda }}\right)$ als auch die Gruppengeschwindigkeit $\left(\propto {\frac {d^{2}n(\lambda )}{d\lambda ^{2}}}\right)$ von kurzwelligem blauem Licht in Glas niedriger als die von langwelligerem rotem Licht. Die Dispersion bewirkt bei der Brechung von weißem Licht an einem Prisma eine stärkere Ablenkung der kurzwelligen Anteile und damit die Zerlegung in Spektralfarben.

Wächst die Brechzahl mit abnehmender Wellenlänge, so spricht man von normaler Dispersion (der Phasengeschwindigkeit). Dieses Verhalten beobachtet man für die meisten transparenten Stoffe im sichtbaren Bereich. Nimmt die Brechzahl mit steigender Wellenlänge zu, so liegt anomale Dispersion vor. Dieser Effekt tritt unter anderem in Wellenlängenbereichen mit starker Absorption auf.

Praktische Bedeutung der Dispersion

Dispersion erzeugt ein Farbspektrum im Prisma

Licht kann durch ein Prisma in ein Farbspektrum zerlegt werden.
Objekte haben bei der Betrachtung durch eine Linse farbige Ränder (chromatische Aberration)
Lichtimpulse werden bei der optischen Datenübertragung in Glasfasern durch die Dispersion der Gruppengeschwindigkeit "verschmiert": Je kürzer der Lichtimpuls, desto breiter ist sein Frequenzspektrum und desto drastischer die Formänderung durch Dispersionseffekte (siehe Dispersion (Glasfaser)).

Obwohl Dispersion eine Möglichkeit ist, wie Farben 'entstehen' können, hat die Dispersionsfarbe, wie sie zum Anstreichen von Wänden verwendet wird, ihren Namen von der chemischen Definition der Dispersion.

Siehe auch: Dispersion (Wasserwellen), Dispersion der Gruppengeschwindigkeit