Basiswissen

Dispersion^[1], früher auch Zerstreuung genannt^[2] bezeichnet heute die Unterschiedlichkeit im Verhalten von Wellen abhängig von der Wellenlänge^[5] oder der Frequenz^[5]. Dispersion tritt unter anderem auf bei Wasserwellen, elektromagnetischen Wellen (z. B. Licht^[3]^[10]), Erdbebenwellen^[11], sie aber nur schwach ausgeprägt bei Schallwellen^[9] auf. Die Dispersion ist eng verwandt mit der Brechung^[7] und Beugung^[8] von Wellen.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Ein lustiges Farbenspiel auf einem (nicht so lustigen) Ölffleck: Bei der Reflexion an Öl wird jede Wellenlänge des Lichts anders umgelenkt, wodurch die Farbeffekte enstehen. Wenn sich unterschiedliche Wellenängen unterschiedlich verhalten spricht man von Dispersion.☛

Typische Effekte von Dispersion

Dispersion erkennt man zum Beispiel daran, dass sich Wellen unterschiedlicher Wellenlänge oder Frequenz in unterschiedliche Richtungen oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fortpflanzen. Typische Beispiel stammen oft aus der Optik:

Abendrot ↗
Regenbogen ↗

Das unterschiedliche Verhalten von Licht unterschiedlicher Wellenlängen nennt man in der Physik Dispersion: das Farbenspiel auf einem Ölfleck, Abendrot, durch ein Prisma aufgefächertes Licht sind Beispiele dafür. Das wird hier kurz vorgestellt.

Was ist Dispersion?

Es gibt Licht in verschiedenen Farben.

In Nähe von Materie verhalten sich verschiedene Farben unterschiedlich.

Ein Glasprisma zum Beispiel lenkt blaue und rote Lichtstrahlen unterschiedlich ab.

Blaues und rotes Licht sind beispielsweise in Wasser unterschiedlich schnell.

Diese Effekte fasst man zusammen unter dem Wort Dispersion.

Was ist die Bedeutung eines Prismas?

Ein optisches Prisma, z. B. aus Glas, kann sowohl den Effekt der Brechung (Richtungsänderung von Licht) als auch der Dispersion erzeugen. Man verwendet zu Lehrzwecken oft ein Prisma, da die Effekte hier leicht nachstellbar und gut zu berechnen sind, etwa über das Snellisussche Gesetz. Bei der Dispersion am Prisma wird ein meist weißer Lichtstrahl in seine Spektralfarben aufgespaltet. Das historische Vorbild beschrieb Newton bereits im 17ten Jahrhundert Newton über Lichtbrechung ↗

Gibt es das nur für Licht?

Nein, Dispersion gibt es für alles, was wellenartig ist.

Dispersion gibt es also für Wasserwellen, Schall und elektromagnetische Strahlen.^[5]

Eine Faustregel für Rot und Blau

Blaues Licht wird viel stärker gebrochen als rotes Licht.

Rotes Licht wird viel stärker gebeugt als blaues Licht.

In Glas wird blaues Licht langsamer als rotes Licht.

Siehe auch Brechung ↗

Siehe auch Beugung ↗

Tabellen für die Wellenlänge

Es gibt Tabellen und Formeln die die Dispersion für die Brechung beschreiben.

Damit kann man zum Beispiel die Aufspaltung von weißem Licht an Glas berechnen.

Man benutzt die Brechungszahlen nach Wellenlänge ↗

Fußnoten

[1] 1854: "Dispergiren (lat. dispergere), zerstreuen; Dispersion, Zerstreuung des Lichts, s. Licht." In: Herders Conversations-Lexikon. Freiburg im Breisgau 1854, Band 2, S. 406. Online: http://www.zeno.org/nid/20003302288

[2] 1858: "Dispersion (v. lat.), s.u. Dispergiren." In: Pierer's Universal-Lexikon, Band 5. Altenburg 1858, S. 187. Online: http://www.zeno.org/nid/20009793925

[3] 1906: Dispersion als Farbenzerstreuung durch Brechung: "Dispersion (lat., Zerstreuung, Farbenzerstreuung), Zerlegung des weißen oder überhaupt des zusammengesetzten Lichtes oder andrer Strahlungen in die verschiedenfarbigen oder verschiedenartigen unsichtbaren Bestandteile vermöge deren verschiedener Brechbarkeit." Es folgt dann eine weitere sehr ausführliche Beschreibung. In: Meyers Großes Konversations-Lexikon, Band 5. Leipzig 1906, S. 49-51. Online: http://www.zeno.org/nid/20006496873

[4] 1911: Dispersion nur durch Brechung, nicht durch Beugung: "Dispersion (lat.), die Zerlegung des Lichts in die Elementarfarben durch Brechung." In: Brockhaus' Kleines Konversations-Lexikon, fünfte Auflage, Band 1. Leipzig 1911., S. 441. Online: http://www.zeno.org/nid/2000105094X

[5] 2000: "Wellen: im allgemeinen Sinne die Abhängigkeit einer bei der Wellenausbreitung relevanten Größe von der Wellenlänge λ bzw. der Kreisfrequenz ω; im engeren Sinne die Wellenlängenabhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit." In: Spektrum Lexikon der Physik. Fertiggestellt im Jahr 2000. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/dispersion/3180

[6] Dispersion tritt auch bei Beugung auf: "Neben der oben beschriebenen elektromagnetischen Dispersion, die bei der Zerlegung von einfallendem weißem Licht in seine Spektralfarben beim Durchgang durch ein Prisma beobachtet werden kann (Brechungsdispersion, Brechung), treten optische Dispersionsphänomene auch bei der Beugung von Licht auf, da der Ort der Beugungsmaxima von der Wellenlänge abhängt (Beugungsdispersion)." In: Spektrum Lexikon der Physik. Fertiggestellt im Jahr 2000. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/dispersion/3180

[7] Die Dispersion wird auch definiert als die "Abhängigkeit des Brechungsindexes n von der Wellenlänge λ bzw. der Frequenz des Lichtes." In: der Artikel "Dispersion". Spektrum Lexikon der Optik. Stand 2. März 2025. Siehe auch Brech (externer Link)

[8] Die Dispersion betrifft dabei sowohl die Brechung wie auch die Beugung: "die spektrale Zerlegung des Lichtes, entweder durch Brechung in einem Medium mit wellenlängenabhängigem Brechungsindex, z.B. einem Glasprisma (Brechungsdispersion) oder durch Beugung an einem Gitter (Beugungsdispersion)." In: der Artikel "Dispersion". Spektrum Lexikon der Optik. Stand 2. März 2025. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/optik/dispersion/656

[9] Schallwellen in Luft und Flüssigkeiten haben für einen weiten Bereich von Frequenzen eine fast gleiche Fortpflanzungsgeschwindigkeit. Wenn unterschiedliche Frequenzen von Schallwellen zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Schallwellen führen, sind diese Unterschiede oft nur sehr kleine und schwer messbar: In einer Fachveröffentlichung zu Schallwellen in Flüssigkeiten heißt es dazu: "Usually, however, the sound dispersion in the frequency range of experiment is too small to be detected, and the results of absorption measurements are mainly used." Wo die Unterschiede aber messbar sind, werden sie genutzt, um Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Mediums (chemical composition and structure of liquids) zu ziehen. In: Sette, D. (1961). Dispersion and Absorption of Sound Waves in Liquids and Mixtures of Liquids. In: Flügge, S. (eds) Akustik I / Acoustics I. Encyclopedia of Physics / Handbuch der Physik, vol 3 / 11 / 1. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-45956-6_4

[10] Arnold Sommerfeld: Über die Fortpflanzung des Lichtes in Dispergierenden Medien. Annalen der Physik 349, 177–202 (1914). Online: https://doi.org/10.1002/andp.19143491002

[11] Altenburg, K. Dispersion longitudinaler Erdbebenwellen. Experientia 5, 68 (1949). Online: https://doi.org/10.1007/BF0215372