ПӘнінің ОҚУ-Әдістемелік кешені 5В073900 «Қурылыс» мамандығы үшін



жүктеу 0.56 Mb.
бет1/2
Дата31.01.2017
өлшемі0.56 Mb.
  1   2

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

СЕМЕЙ қаласыныңШӘКӘРІМ атындағы МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ




3 деңгейлі СМЖ құжаты

ПОӘК

ПОӘК 042-18-38-41/03-2014


ПОӘК

«Физика» пәнінің

Студенттерге арналған


№1 басылым05.09.2013ж.

ПӘНІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

5В073900 - «Қурылыс» мамандығы үшін

«Физика »

ПӘНІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАРЫ

Семей


2014

МАЗМҰНЫ

  1. Глоссарий

  2. Дәрістер

  3. Машықтану сабақтары

  4. Зертханалық сабақтар

  5. Студенттің өздік жұмысы


1. ГЛОССАРИЙ

Механика - механикалық қозғалыстың заңдылықтарын және бұл қозғалысты туғызушы немесе өзгертуші себептерді қарастыратын физиканың бөлімі.

Кинематика денелердің қозғалысын осы қозғалысты туғызушы себеппен байланыстырмай зерттейді.

Динамика – денелердің қозғалыс заңдарын және бұл қозғалысты туғызушы немесе өзгертуші себептерді зерттейді.

Материалдық нүкте – берілген есептің шарттарында өлшемдерін есепке алмауға болатын массасы бар дене.

Абсолют қатты дене – ешбір жағдайларда деформацияланбайтын және барлық жағдайларда екі нүктесінің (дәлірек айтса, екі бөлшегінің) ара қашықтығы өзгермейтін дене.

Абсолют серпімді соққы – нәтижесінде толық механикалық энергия (потенциалдық және кинетикалық энергияның қосындысы) сақталатын соққы.

Абсолют серпімсіз соққы нәтижесінде толық механикалық энергия (потенциалдық және кинетикалық энергиялардың қосындысы) сақталмайды және ол энергияның басқа түріне, мысалы жылулық энергияға ауысады.

Дененің массасы – дененің инерттілігінің сандық өлшемі болып табылатын физикалық шама.

Күш – денелердің өзара әсерлесуінің сандық өлшемі болып табылатын физикалық шама.

Қозғалыс траекториясы – қозғалған материалдық нүктенің кеңістікте уақыттың өтуіне байланысты сызатын сызығы.

Дененің импульсі – сан жағынан дененің массасының жылдамдығына көбейтіндісіне тең және бағыты жылдамдықтың бағытымен бірдей векторлық шама.

Молекулалық физика – заттың құрылысы мен қасиеттерін барлық денелер үздіксіз хаосты қозғалыстағы молекулалардан тұрады дегенге негізделген молекулалық – кинетикалық түсініктерді басшылыққа лаып қарастыратын физиканың бөлімі.

Моль – молекулаларының немесе атомдарының саны Авогадро санына (моль) тең зат мөлшері.

Физикалық процесс – жүйенің бір күйден екінші күйге өтуі.

Детальдың тепе – теңдік принципінің мәні мынада: тепе-теңдіктік макрожүйедегі кез келген микропроцесс оған кері процестің жылдамдығындай жылдамдықпен өтеді.



Механикалық жүйенің еркіндік дәрежелер саны деп жүйенің кеңістіктегі орнын анықтайтын тәуелсіз шамалардың санын айтады.

Бірінші текті мәңгі қозғалтқыш деп сыртттан алған энергиядан артық жұмыс жасайтын, периодты әрекет ететін қозғалтқышты айтады.

Политроптық процесс деп дененің жылу сыйымдылығы тұрақты болып қалатын процесті айтады.

Жылу сыйымдылық деп дененің температурасын бір кельвинге арттыру үшін оған жұмсалатын жылу мөлшеріне тең шаманы айтады.

Барометрлік формула деп, атмосфералық қысымның биіктікке байланысты экспоненциалды кемуін өрнектейтін формуланы айтады.

Еркін жүріс жолының ұзындығы деп газ молекуласының кезектес екі соқтығысуларының арасындағы уақыт ішінде жүріп өтетін өтетін жолын айтады.

Электростатика деп қозғалмайтын зарядтардың кеңістікте туғызған электр өрістерінің қасиеттерін зерттейтін физиканың бөлімін айтады.

Электр өрісі деп көмегімен кеңістікте зарядтар арасындағы өзара әсерлесу жүзеге асатын материалдық ортаны айтады.

Электр өрісінің кернеулігі деп өрістің берілген нүктесіндегі бірлік оң зарядқа әсер ететін күшпен анықталатын шаманы айтады.

Электр өрісінің потенциалы деп өрістің берілген нүктесіндегі бірлік оң зарядтың потенциалдық энергиясымен анықталатын шаманы айтады.

Электр өрістерінің суперпозиция принциптерінің мәні электр зарядтары жүйесінің қорытқы өрісінің кернеулігі әрбір жеке заряд туғызған өріс кернеуліктерінің векторлық (геометриялық) қосындысына тең болатындығымен байланысты.

Электрлік диполь деп бір-бірінен белгілі бір ара қашықтықта орналасқан шамалары тең, таңбалары қарама-қарсы екі зарядтың жүйесін айтады.

Электр тогы деп зарядтың қандай да бір бет арқылы өтуін айтады.

Сименс – электрлік кедергіге кері шама заттың электр өткізгіштігінің бірлігі.

Тізбектің әр текті бөлігі деп электростатикалық күштермен бірге бөгде күштер әсер ететін бөлікті айтады.

Тұрақты электр тогы деп шамасы мен бағыты уақыт бойынша өзгермейтін электр тогын айтады.

Магнит өрісі құйынды өріс, себебі магнит өрісі индукциясының циркуляциясы нольден өзгеше.

Магнит индукциясы векторының дивергенциясы әрқашан нольге тең, себебі табиғатта магнит зарядтары жоқ.

Ортаның магниттік өтімділігі ортадағы магнит өрісінің индукциясы вакуумдағымен салыстырғанда неше есе артық екендігін көрсетеді.

Кюри нүктесі деп температураның одан жоғары мәнінде заттың ферромагнетиктік қасиеттері жойылып, ол парамагнетикке айналатын мәнін айтады.

Электромагниттік индукция құбылысы деп тұйықталған өткізгішконтурмен шектелген магнит ағыны өзгергенде осы контурда индукциялық электр тогы деп аталатын электр тогының пайда болу құбылысын айтады.

Генри – контур индуктивтілігінің бірлігі.

Тербеліс деп белгілі бір қайталану дәрежесімен сипатталатын процесті айтады.

Тербеліс периоды – толық бір тербеліс уақыты.

Герц (Гц) – уақыт бірлігі ішіндегі бір тербеліске сәйкес тербелістер жиілігінің бірлігі.

Гармоникалық тербеліс деп синустық немесе косинустық заң бойынша өтетін тербелісті айтады.

Математикалық маятник – салмақсыз. Созылмайтын жіпке ілінген және ауырлық күшінің әсерінен тербеле алатын материалдық нүкте.

Толқын ұзындығы деп 2-ге тең фазалар айырымымен тербелетін екі нүктенің ара қашықтығын айтады.

Жылулық сәуле деп денелердің ішкі энергиясы есебінен шығатын электромагниттік сәулені айтады.

Дененің энергетикалық жарқырауы (немесе сәуле шығарғыштығы) деп дененің бірлік бетінен барлық бағытта шығатын энергия ағынын айтады.

Абсолют қара дене деп кез келген температурада өзіне түскен жарықты оның жиілігіне, поляризациясы мен таралу бағытына байланыссыз жұтатын денені айтады.

Планк гипотезасы электромагниттік сәуле жиілігіне пропорционал энергияның жеке үлестері (кванттары) түрінде шығады.

«Ультракүлгін күйреуі» деп классикалық физиканың Кирхгоф функциясына арналған қара дененің сәуле шығарғыштығының жиілікке тәуелділігінің тәжірибелік мәліметтерін қанағаттандыратын өрнегін классикалық физика әдісімен іздеудің мүмкін еместігін айтады.



Сыртқы фотоэффект (немесе фотоэлектрондық эмиссия) деп қатты және сұйық денелердің электромагниттік сәуле әсерінен электрондар шығаруын айтады.

де Бройль гипотезасының мәні мынада: бөлшектердің корпускулалық қасиеттерімен бірге толқындық қасиеттері де болады.

де Бройль толқыны – классикалық физикадағы толқындармен ұқсастығы жоқ, ерекше кванттық табиғаты бар толқын.

Гейзенбергтің анықталмағандық принципінің мәні мынада: микробөлшектің координаталары мен оларға сәйкес импульстерінің анықталмағандықтарының көбейтіндісі Планк тұрақтысынан кем болмайды.

Шредингер теңдеуі – микробөлшектер қозғалысының заңдарын сипаттайтын релятивистік емес кванттық механиканың негізгі теңдеуі.

Толқындық функция - микробөлшектің күйін сипаттайтын функция.

Туннельдік эффект деп бөлшектің ені шағын потенциалдық бөгеттен энергиясы осы бөгеттің биіктігінен аз болғанда өтіп кету құбылысын айтады. Кванттық гармоникалық осциллятордың нольдік энергиясы деп оның толық энергиясының ең аз (ноль емес) мәнін айтады.

Резерфорд атомының ядролық моделі атомның іс жүзінде барлық массасы шоғырланған оң зарядталған ядродан және ядроның маңайында айналатын электрондардан тұратын жүйе болып табылады.

Электронның Бор орбиталары электронның байқалу ықтималдығы барынша үлкен болатын нүктелердің геометриялық орны болып табылады.

Спин деп микробөлшектің классикалық физикада ұқсастығы жоқ меншікті механикалық моментін айтады.

Фермион деп жарты спині бар бөлшекті айтады.

Бозон деп нөлдік немесе бүтін санды спині бар бөлшекті айтады.

Ядроның байланыс энергиясы деп ядроны құрайтын нуклондарға кинетикалық энергия бермей ыдырату үшін жасалатын жұмыспен анықталатын шаманы айтады.

Радиоактивтілік деп бір атом ядроларының екіншілеріне элементар бөлшектер шығара отырып түрленуін айтады.

Жартылай ыдырау периоды – ядролардың алғашқы мөлшерінің жартысы ыдырайтын уақыт.

Ядролық реакция деп ядроны ( немесе ядроларды) түрлендіруге келтіретін атом ядросының элементар бөлшекпен өзара әсерлесу процесін айтады.



Элементар бөлшек деп қазіргі кезде белгілі материяның ең ұсақ бөлшегін айтады.

Аннигиляция деп нәтижесінде басқа бөлшектер түзілетін бөлшектер мен антибөлшектердің өзара әсерлесу процесін айтады.

Кварктер – қазіргі кездегі түсінік бойынша адрондарды құрайтын іргелі бөлшектер.

толқындар интерференциясы – когерентті толқындардың қабаттасуы кезінде бірін-бірі күшейту немесе әлсірету құбылысы;

тұйық жүйе – сыртқы күштер әсер етпейтін жүйе;

толқын ұзындығы – бірдей фазада қозғалатын екі нүктенің ара қашықтығы

қуат – бірлік уақытта істелетін жұмысқа тең шама;

тыныштық энергиясы – дененің ішкі энергиясы, дененің барлық бөлшектерінің кинетикалық және потенциалдық энергияларының қосындысы;

тербелетін нүктенің ығысуы – тербелетін нүктенің тепе-теңдік қалпынан ауытқуы

фаза – айналатын дененің бұрылу бұрышы;

физика – материаның жалпы формалары және өзара түрленуі туралы ғылым, ол дәл ғылымдарға жатады және айналамыздағы процестермен құбылыстардың сандық заңдылықтарын зерттейді;

физикалық заңдар – табиғатта болатын тұрақты қайталанатын объективті заңдылықтар;

флуктуация – көп бөлшектерден тұратын жүйені сипаттайтын физикалық шамалардың орта мәндерінен кездейсоқ ауытқулары

2 Дәрістер

Дәріс №1. Тақырып:Кіріспе.Оптика пәні.Фотометрия.

Дәріс сабағының мазмұны:



  1. Энергия ағынының тығыздығы.

  2. Умов-Пойтинг векторы.

  3. Дипольдің сәуле шығаруы.

  4. Сәулелік (геометриялық) оптиканың негізгі заңдары.

  5. Шағылу және сыну заңдары.

  6. Толық шағылу құбылысы.

  7. Оптикалық аспаптар. Фотометрия.

Дәріс сабағының қысқаша мазмұны:

Айнымалы электр өрісі мен онымен тығыз байланысты магнит өрісі электромагниттік өрісті құрайды. Айнымалы электромагниттік өрістің кеңістікте таралу процессі электромагниттік толқын делінеді.

Айнымалы электромагниттік өрістің кернеуліктері , мына типтегі толқындық теңдеулерді қанағаттандырады: мұндағы – фазалық жылдамдық; – Лаплас операторы. Электромагниттік толқындардың фазалық жылдамдығы мына формуламен анықталады:

Бұл формула Максвелл заңы делінеді. Мұндағы – жарық жылдамдығы; электрлік тұрақты; – магниттік тұрақты; – ортаның электрлік өтімділігі; – ортаның магниттік өтімділігі.

Вакуумде , болғандықтан электромагниттік толқынның жылдамдығы жарық жылдамдығына тең болады, . болғандықтан заттағы электромагниттік толқын жылдамдығы жарық жылдамдығынан кіші болады. Жалпы алғанда жарық, толқындық теория бойынша, электромагниттік толқын болып табылады. Электромагниттік толқындар көлденең толқындар қатарына жатады. , векторлары бір-біріне перпендикуляр жазықтықта тербеледі және екеуі де толқынның таралу жылдамдығына перпендикуляр болады. Максвелл теңдеулері бойынша , векторлары әр уақытта бірдей фазада тербеледі. Олар мынадай байланыста болады: . Электромагниттік толқын энергиясының көлемдік тығыздығы электр өрісі энергиясының көлемдік тығыздығы мен магнит өрісі энергиясының көлемдік тығыздығының қосындысына тең болады



және векторлары бірдей фазада тербелетіндіктен , өйткені , ендеше

Теңдеудің екі жағын да -ға көбейтіп энергия ағынының тығыздығын анықтаймыз

және өзара перпендикуляр болғандықтан толқынның таралу бағытымен оң бұрғы жүйесін құрайды, сондықтан векторының бағыты энергияның тасымалдану бағытымен бағыттас болады. Электормагниттік энергия ағынының тығыздық векторы Умов-Пойнтинг векторы делінеді.

Электромагниттік өріс импульсі

мұнда – электромагниттік өріс энергиясы. Екінші жағынан, өріс вакуумде жылдамдықпен таралатын болғандықтан, импульсті деп жазған жағдайда, масса мен энергияның байланысы шығады

Жарықтың табиғаты анықталғанға дейін оптиканың негізгі заңдары:

1. Жарықтың түзу сызықты таралу заңы: жарық оптикалық біртекті ортада түзу сызықты таралады.

2. Жарық шоқтарының тәуелсіздік заңы: жеке шоқтың әсері басқа шоқтардың бірмезгілдегі әсерленіне байланыссыз.

3. Шағылу заңы: шағылған сәуле, түскен сәуле және екі ортаның шекарасына түсірілген перпендикуляр барлығы бір жазықтықта жатаы.

Шағылу бұрышы түсу бұрышына тең болады:



4. Жарықтың сыну заңы: түскен сәуле, сынған сәуле және екі ортаның шекарасына түсірілген перпендикуляр барлығы бір жазықтықта жатады. Нормаль мен сәуле арасындағы бұрыш сыну бұрышы делінеді; түсу бұрышының синусының сыну бұрышының синусына қатынасы екінші ортаның бірінші ортаға қатысты салыстырмалы сыну көрсеткіші делінеді.



, – екінші ортаның бірінші ортаға қатысты сыну көрсеткіші

Бақылау сұрақтары

  1. Энергия ағынының тығыздығы.

  2. Умов-Пойтинг векторы.

  3. Дипольдің сәуле шығаруы.

  4. Сәулелік (геометриялық) оптиканың негізгі заңдары.

  5. Шағылу және сыну заңдары.

  6. Толық шағылу құбылысы.

  7. Оптикалық аспаптар. Фотометрия.

Ұсынылатын әдебиеттер:

  1. Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977

2. Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж.

  1. Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970

  2. Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973

  3. Детлав А.А., Яровский В.М., Милковская Л.В. Курс физики. т. 2,3. М., Высшая школа, 1877

Дәріс № 2 Жарық толқындарының интерференциясы

Дәріс сабағының мазмұны:

  1. Толқындық түйдек.

  2. Жарықтың топтық жылдамдығы.

  3. Жарық толқындарының интерференциясы.

  4. Уақыттық және кеңістік когеренттік.

  5. Интерферометрлер.

Дәріс сабағының қысқаша мазмұны:

Жарық табиғаты жайлы екі теория қалыптасқан: корпускулярлық және толқындық. Жарықтың толқындық теориясы Гюйгенс принципіне негізделген: толқын келіп жеткен кез-келген нүкте екінші реттік толқын көзі болып табылады, ал осы толқындарды шектеуші сызық келесі уақыт мезетіндегі толқындық майдан орнын береді. Толқындық майдан деп уақыт мезетінде тербелістер келіп жететін нүктелердің геометриялық орнын айтады.

Интерференция құбылысын толқынның интерференциясын мысалға ала отырып түсіндіруге болады. Жарық интерференциясы үшін қажетті шарт: жарық толқындары монохроматты және когерентті болуы қажет. Интерференция құбылысын бақылау үшін, бір жарық көзінің сәулесін екі саңылаудан өткізіп, оларды когерентті жарық көздері ретінде қарастырады

мұнда - толқындар жүрісінің айырмасы; ; - экран ортасынан интерференция бақыланатын А нүктесіне дейінгі қашықтық.

Толқындар жүрісінің айырмасы , болғанда интерференциялық максимум, ал , болғанда интерференциялық минимум бақыланады.

Бақыланылатын нүктедегі максимум



;

ал минимум



;

Көршілес екі максимумдар (немесе) минимумдардың арақашықтығы интерференциялық жолақтың ені делінеді



абиғатта жұқа қабықшаның екі жазықтығынан шағылған жарық интерференция нәтижесінде қабықшаның түрлі түске боялынуын бақылауға болады.

Қалыңдығы мөлдір пластинаға сәуле бұрышпен түссін. нүктесінде сәуленің біразы шағылып 1 сәуле түрінде ауаға өтеді. Сынған сәуле С нүктесінде біразы шағылып В нүктесіне келеді. . Бұл нүктеде біразы шағылып, біразы сынып 2-ші сәуле түрінде ауаға өтеді.

d



i

0



r

C

A



B

i

P



1

2

.1-сурет

Пластинаның жоғарғы және төменгі беттерінен шыққан 1 және 2 сәулелер когерентті. Егер бұл сәулелердің жолына жинағыш линза қойса линзаның фокальдық жазықтығында (Р нүктесінде) интерференциялық бейнені бақылауға болады. Интерференцияланушы бұл сәулелердің жазықтығына дейінгі жүрген оптикалық жол ұзындықтарының айырмасы



Оптикалық жол ұзындығы геометриялық жол ұзындығы мен ортаның сыну көрсеткішінің көбейтіндісіне тең. Пластинаның сыну көрсеткіші , пластинаны қоршаған ауаның сыну көрсеткіші мүшесі жарықтың орталар шекарасында шағылу нәтижесінде жоғалатын толқын шамасы. Егер () болса, жарым толқынның жоғалуы нүктесінде болады, онда, таңбасы теріс (), ал болса, жарым толқын жоғалуы С нүктесінде болады да, таңбасы плюс болады.

2.2.1.1-суретте ; және олай болса



Р нүктесінде максимум болады, егер

,

минимум болады, егер



,

Интерференция құбылысы дәлді өлшеуіш приборларда - интерферометрлерде қолданылады.



Бақылау сұрақтары:

  1. Толқындық түйдек.

  2. Жарықтың топтық жылдамдығы.

  3. Жарық толқындарының интерференциясы.

  4. Уақыттық және кеңістік когеренттік.

  5. Интерферометрлер

Ұсынылатын әдебиеттер:

  1. Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977

  2. Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж.

  3. Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970

  4. Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973

  5. Детлав А.А., Яровский В.М., Милковская Л.В. Курс физики. т. 2,3. М., Высшая школа, 1877

Дәріс № 3 Толқындардың дифракциясы.

Дәріс сабағының мазмұны:

  1. Гюйгенс-Френель принципі.

  2. Френельдің зоналық әдісі.

  3. Френель дифракциясы.

  4. Фраунгофер дифракциясы.

  5. Бір саңылаудағы және көп саңылаудағы дифракция.

  6. Спектрлік жіктелу. Голография.

Дәріс сабағының қысқаша мазмұны:

Дифракция деп толқындардың жолындағы бөгеттерді орай өтуін немесе толқынның түзу сызықты таралуынан кедергінің маңында кез-келген ауытқуын айтады. Бұл құбылыс дыбыс толқындарында жақсы байқалады. Мысалы, дыбыс үй сыртында да естіледі, себебі дыбыс толқыны үй бұрышын айналып өтеді. Жарық та электромагниттік толқын, сол себепті жарық үшін дифракция құбылысы орын алады.

Дифракция құбылысы Гюйгенс принципімен түсіндіріледі. Гюйгенс принціпі бойынша мезеттегі толқын майданы белгілі болса, келесі () мезеттегі толқын майданын анықтауға болады. Өйткені толқын майданының әрбір нүктесі толқын көзі болып табылады. Бұл екінші реттік толқындарды ораушы жаңа толқын майданы болып табылады. Толқын майданы бөгетке келгенде оның әрбір нүктесі екінші толқын көзі болып шығады. Осы толқындардың ораушысы саңылаудан өткен толқынның майданы болып табылады. Гюйгенс принціпі толқындық майданның таралу бағытын анықтауға мүмкіндік береді, ал амплитудасы, оған сәйкес әр түрлі бағыттағы таралатын толқын интенсивтілігі анықталмайды. Себебі толқын амплитудасының квадраты жарық интенсивтілігін береді. Гюйгенс принципін толықтыратын Френельдің ұсынған тәсілі бұл кемістікті жояды.

Френельдің -ші зонасының ауданы Бұл формула -ға байланыссыз болғандықтан зоналардың аудандары бірдей болады. Зоналардың саны артқан сайын зоналардың нүктесінен қашықтығы арта береді. Олай болса зоналардан келетін жарықтың интенсивтілігі кеми береді және зоналардың саны артқан сайын бұрышы үлкейе береді де нүктесіне әсері азая береді. Осы жағдайда



Жуықтап алғанда -ші зонаның амплитудасы







-ші зонаның радиусын

Мысалы, , болса, бірінші (орталық) зонаның радиусы болады. Яғни, жарық нүктесінен нүктесінде түзуінің бойымен таралады деуге болады (жарықтың түзу сызықты таралуы).

Сонымен Гюйгенс-Френель принціпі біртекті ортада жарықтың түзу сызықты таралуын да түсіндіре алады.

Жазық жарық толқындардың немесе параллель сәулелердің дифракциясын Фраунгофер дифракциясы дейді. Бұл жарық көзі мен бақылау нүктесі дифракцияция тудырушы бөгеттен шексіз алыс орналасқан жағдайда орын алады. Ол үшін нүктелік көзді жинағыш линзаның фокусына орналастыру қажет те, дифракциялық бейнені бөгеттің арғы орналастырылған екінші жинағыш линзаның фокальдық жазықтығында қарастыру керек.

Сонымен, егер Френель зоналарының саны жұп болса

;

нүктесінде дифракциялық минимум болады, ал егер Френель зоналарының саны тақ болса

;

максимум болады.

Дифракциялық тор деп өте дәл құралдың көмегімен ара қашықтықтары бірдей параллель сызықтар (жолақтар) жүргізілеген мөлдір пластинаны айтады.

Бас максимум шарты



Бас минимум шарты



Оптикалық құралдың айыру қабілеттілігі деп өлшемсіз шаманы айтады

(2ш2.3.5

Дифракциялық максимум шарты



,

және Вульф-Бреггтер шарты деп атайды. (

Рентген сәулелерінің дифракциясы негізгі екі бағытта қолданылады:

1. Рентген сәулелерінің толқын ұзындығы белгілі болғанда және өлшей отырып кристалдардың жазықтық аралық қашықтығын (), яғни заттың құрылымын анықтауға болады анықтауға болады. Осы әдіс рентгено-құрылымдық сараптау делінеді.Вульф-Брегг формуласы электрондар мен нейтрондардың дифракциясы үшін де дұрыс болады.

2. Кристалдық тордың тұрақтысы белгілі болғанда және -ді өлшей отырып түскен рентген сәулесінің толқын ұзындығын () анықтауға болады. Бұл тәсілді рентген-спектроскопия дейді.

Бақылау сұрақтары:


  1. Гюйгенс-Френель принципі.

  2. Френельдің зоналық әдісі.

  3. Френель дифракциясы.

  4. Фраунгофер дифракциясы.

  5. Бір саңылаудағы және көп саңылаудағы дифракция.

  6. Спектрлік жіктелу. Голография.

Ұсынылатын әдебиеттер:

  1. Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977

  2. Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж.

  3. Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970

  4. Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973

  5. Детлав А.А., Яровский В.М., Милковская Л.В. Курс физики. т. 2,3. М., Высшая школа, 1877

Дәріс №4.Тақырып: Фотометрия Оптика пәні. Жарық жөніндегі ілімнің дамуына қысқаша тарихи шолу. Жарықтың электромагнитгік табиғаты.Фотометрияның негізгі ұғымдары. Жарық шамаларының бірліктері. Көріну функциясы. Жарықтың техникалық және энергетикалық шамаларының арасындағы байланыс. Жарық шамаларын өлшеу әдістері.

Жарық табиғаты және оның таралу механизмi жөнiндегi мәселе Максвелл гипотезасы жауап бердi. Жарықтың ваккумдағы тәжiрибемен өлшенген жылдамдығы мәнiнiң (С=3ּ108 м/с) электромагниттiк толқындардың таралу жылдамдығының мәнiмен сәйкес келуi Максвелдiң жарық – электромагниттiк толқындар деп ұйғарым жасауына негiз болды.

Электромагниттік толқындар белгілі бір жылдамдықпен таралады. Максвелла теориясы бойынша, электромагниттік толқынның жылдамдығы біртектi ортада осы ортаның қасиетімен анықталады:

ε және μ— диэлектрлік және магниттік ортаның салыстырмалы өтімділігі ε0 = 8,85 10-12а2 сек2/н м2 и μ0= 4π 10-7 н/а2— электрлік және магниттік тұрақтылар.

Вакуммдағы электромагниттік толқындардың таралу жылдамдықтарын алу үшін соңғы формулаға ε =1, | μ = l қою керек: ν=3ּ108 м/с

Бұл жылдамдық вакуумдағы жарық жылдамдығына тең. Бұл қорытындыдан біз жарықтың электромагниттік толқын екеніне көз жеткіземіз.

Электромагниттік өрістегіоптикалық жиілік ауқымы жарық өрісі деп аталады. Оптикалық ауқымы оның екі негізгі ерекшелігіне байланысты.

- оптикалық ауқымда геометриялық оптиканың заңдылықтары орындалады.

- оптикалық ауқымда жарық заттармен өте бұлыңғыр (әлсіз) әсерлеседі. Оптикалық ауқым жарықталынудың келесі түрлерінен тұрады: рентгендік, ультракүлгін (УК), көрінетін, инфрақызыл (ИҚ) сәулелер.

1.1-суретте оптикалық ауқымға сәйкес келетін бөлік электромагниттік толқындардың шкаласында алатын орнын көрсетеді.

1.1-сурет

Негізгі шама, электромагниттік өрісті анықтайтын, электрлік өріс кернеулік векторы болып табылады, және өріс кернеулігінің магниттік векторы.

Фотометриядепоптиканың жарық толқындарының толқын ұзындықтары 380 нм-ден 760 нм аралығында тасымалдайтын энергиясын өлшейтін және оның адам көзіне тигізетін әсерін зерттейтін саласын айтады. Жарық толқындары тасымалдайтын энергияны екі тұрғыдан бағалауға болады:

Фотометрияның энергетикалық шамалары. 1 бірлік уақыт ішінде S аудан арқылы өтетін жарық энергиясының мөлшерін жарықағыны деп атайды, яғни:

мұндағы Ф–жарық ағыны, W жарық энергиясының мөлшері, t-уақыт.Сәулелену шоғының өлшемі ватт (Вт). Энергетикалық жарқырау (сәулеленгіштік)Re жарқырау дегеніміз бет шығаратын сәуле ағынының осы ағын өтетін беттің қимасының S ауданына қатынасына тең шама. ( беттік сәуле ағынының тығыздығы ) Энергетикалық жарқыраудың өлшем бірлігі – (Вт/м2).

жарықтың энергетикалық күші (сәулелену күші) Ieнүктелік көздің сәулелену ағынының осы шоқтар тарайтын ω денелік бұрышқа қатынасына тең шама. Жарықтың энергетикалық күшінің ваттың стерадианға қатынасы (Вт/ср).

Энегетикалық жарықтылық (сәулелену)Вe, — Жарық шығарып тұрған беттің жарықтың ΔIe энергетикалық күшінің бақылау бағытына перпендикуляр ΔS қатынасына тең шама. Энергетикалық жарықтылықтың өлшем бірлігіваттың стерадиан-метр квадратқа қатынасы Вт/(ср-м2).

Энергетикалық жарықталыну жарықталынатын бірлік бетке түсетін сәулелену ағынымен сипатталады. Энергетикалық жарықталынудың өлшем бірлігі ватт бөлінген метр квадрат (Вт/м2).

Фотометриядағы жарықты сипаттайтын шамалар:

Оптикалық өлшеулерде қолданылатын әртүрлі қабылдағыштар ерекше талғамды қажет етеді. Олардың әрқайсысы үшін әртүрлі толқын ұзындығының энергиясына деген сезімталдығының әртүрлі қисығы сәйкес келеді.

Жарықты өлшеу объективті энергетикалық өлшеулерге қарағанда субьективті. Олар үшін тек көрінетін жарық үшін қолданылатын жарық бірліктері енгізіледі.

Халықаралық бірліктер жүйесіндегі негізгі жарық бірлігі – кандела (кд). Ол жиілігі 540-1012 герц, энергетикалық күші болатын жарық күші.



Жарық ағыны Ф-тің (оптикалық сәулелену қуаты) бірлігі - Люмен (лм): 1Люмен депжарық күші 1кд болатын нүктелік көздің 1ср денелік бұрыш ішінде шығаратын жарық ағынын айтады. (1лм=1кд-ср).

Rжарық шығарғыштық деп жарқырап тұрған ауданы S – болатын беттің қосынды ағынын айтады.

Жарық шығарғыштық өлшем бірлігі люменнің метр квадратқа қатынасы (лм/м2).

Қандай да бірφбағытындағы жарық шығарыптұрған беттің жарқырауыдеп Iжарық күшінің Sауданшасының таңдап алынған бағытқа перпендикуляр бағытқапроекциясының қатынасына тең шаманы айтады.

Жарқыраудың өлшем бірлігі канделаның метр квадратқа қатынасы (кд/м2).

Жарықталыну Е — деп S ауданға түсіп тұрған Ф жарық ағынының осы ауданға қатынасын айтады.

Жарықталынудың өлшем бірлігі люкс (лк): 1Люкс деп 1м2 – ауданға 1лм ағын түсіп тұрған жарықталынуды айтады. (1лк=1лм/м2)



Жарық табиғатын анықтаудан бұрын мына заңдылықтар белгілі болған:

Жарықтың түзу сызықты таралу заңы — жарық оптикалық біртекті ортада түзусызықты таралады. Жарық сәулесі деп — бойымен жарық энергиясы тасымалданатын сызықты айтады.. Біртекті ортада жарық сәулесі түзу сызықты болып келеді. 1.2-сурет

Жарық шоқтарының тәуелсіздік заңдылығы —

Жекелеген шоқтардың әсері-онымен бірге басқа шоқтарда әсер етіп тұр ма әлде жоқ па, одан тәуелсіздігі жөніндегі тұжырым.

Жарықтың шағылу заңы — шағылған сәуле, түскен сәуле және түсу нүктесіне тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады. Шағылу бұрышы i1, түсу бұрышы i2 -гетең болады.

i1= i2

Жарықтың сыну заңдары — түскен сәуле; сынған сәуле және түсу нүктесіне тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады.



Дәріс №5.Тақырып: ЖАРЫҚ ТОЛҚЫНДАРЫНЫҢ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯСЫ

Белгілі бір жағдайда екі (немесе бірнеше) толқынды қозғалыстардың қабаттасу құбылысы интерференция деп аталады.Құбырдағы екі дыбысты толқынның интерференциясын қарастырайық. Бір жылжулар толқыны x өсінің оң бағытымен таралады және былайша анықталсын делік:



, ал екіншісі

біріншісіне қарсы таралады. Екінші y2 толқынды қашанда екі қума толқынның қосындысы деп қарастыруға болады, атап айтқанда:



.

Онда y(x, t) қорытқы толқындық қозғалыс екі бөлімнен тұрады: тұрғын толқыннан



және қума толқыннан.

b=a болғанда, яғни бір біріне қарама-қарсы бағыттағы екі жүгірме толқындардың амплитудалары бірдей болған кезде қорытқы толқындық қозғалыс тұрғын толқын пайда болады.

Жылжымайтын нүктелер тұрғын толқынының түйіндері, ал ығысуы барынша үлкен нүктелер тұрғын толқынының шоқтары деп аталады.



Фазалық жылдамдық. Синусоидалық толқынның v таралу жылдамдығы фазалық жылдамдық деп аталады. Ол синусоидалды толқын фазасының кез келген кесімді мәніне сәйкес келетін кеңістікте орын ауыстырған бет нүктелерінің жылдамдығына тең. Мысалы, жазық синусоидалды толқынға байланысты шартынан шығатыны: , мұнда k – толқындық сан:.

Бейгармоникалық толқынның (толқындық пакеттің) таралу жылдамдығы ретінде толқын амплитудасы максимумының орын ауыстыру жылдамдығын алады. Максимум толқындық пакеттің центрі ретінде қарастырылады. tdw-xdk=const шарты ретінде орындалса, онда:

dx/dt=dw/dk=u. Мұндағы u топтық жылдамдық. Оның фазалық жылдамдықпен (υ=w/k) байланысы мынадай: u=υ-λd υ/dλ.

Когеренттілік деп кеңістікте және уақыт бойынша бірнеше тербелістің немесе толқындық жүйелердің үйлесімді түрде өтуін айтады.

Монохроматты толқындар – бір ғана тұрақты жиіліктегі бүкіл кеңістік бойыншашектелмей таралғантолқындар.Нақтылы жарық көздері аса дәл монохроматты жарықбермейтіндіктен кез келген бір бірінен тәуелсіз жарық көздерінен шыққан сәулелер когерентті болмайды. Жарықты жарық көздеріндегі әрбір атомдар шамамен 10-8c. уақыт мезетінде шығарады. Тек осы сәтте ғана атомдар шығарған толқындардың амплитудасы және тербеліс фазасы тұрақты болады. Монохроматты емес жарықты толқындық түйіншектер (волновые цуги) –атомдар шығаратын, бірін-бірі тез алмастырып тұратын гармониялық импульстердің жиыны түрінде қарастыруға болады.

Бір толқындық түйіншектің орташа уақыты когеренттілік уақыты деп аталады. Егер толқын біртекті ортада таралса, онда тербеліс фазасы кеңістіктің берілген нүктесінде тек когеренттілік уақытында ғана сақталады. Бұл уақыт мезетінде толқын вакуумде lког = с τког ара қашықтығына тарайды. Бұл ара қашықтықты когеренттілік ұзындығы (немесе түйіншек ұзындығы) деп атайды. Сондықтан берілген жарық көзі үшін интерференцияны тек оптикалық жол ұзындығы когеренттілік ұзындығынан аз болғанда ғана бақылау мүмкін.



Уақытша когеренттілік деп толқынның монохроматтық дәрежесімен анықталатын кеңістіктің берілген нүктесіндегі тербеліс когеренттілігін айтады. Уақытша когеренттілік берілген нүктедегі фазалардың өзгешелігі мәніне жеткенше сақталады.

Когеренттілік ұзындығы дептолқынның когеренттілік уақытындағы ығысатын ара қашықтығын айтады...

Толқын түйіршігінің таралу бағытына перпендикуляр жазықтықта екі нүктенің ара қашықтығы артқанда олардың фазаларының кездейсоқ өзгеруі де артады.



Кеңістіктік когеренттілік – уақыттың бір мезетіндегі кеңістіктің әртүрлі нүктелеріндегі когеренттілік.

Кеңістіктік когеренттіліктің ұзындығы (когеренттілік радиусы): , мұндағы λ - толқын ұзындығы, Δφ- фазалар айырымы.

Жарық толқындарының интерференциясы байқалу үшін жарық көздері кеңістіктік когерентті болуы тиіс.

Жарық интерференциясы деп кеңістікте екі немесе одан да көп когерентті жарық толқындарының беттесуінің нәтижесінде қорытқы толқынның амплитудасының күшейуін немесе әлсіреуін айтады.

Интерференциялық максимум шарты: Егер оптикалық жол айырымы вакуумдағы толқын ұзындығының бүтін санына (жарты толқын ұзындығының жұп санына), яғни

болса, онда болып, тербеліс бірдей фазада болады.

Интерференциялық минимум шарты: Егер оптикалық жол айырымы Δ, жарты толқын ұзындығының тақ санына , яғни

болса, онда болып, тербеліс қарсы фазада болады.

Интерференцияны байқаудың әдістері.

Лазер ойлап табылғанға дейін когерентті жарық шоқтарын екіге бөліп, әртүрлі оптикалық жол жүрген соң қайта беттестіріп, интерференциялық суретті байқаған..



1. Юнг әдісі. Өте жарықтанған S саңлауынан жарық екі S1 және S2, саңлауларына түсіп, ВС интерференция экранда байқалады (2.1-сурет).

2. Френель айнасы. Жарық S көзінен бір-біріне өте аз φ бұрышпен орналасқан екі жазық А1О және А2О айналарына түседі. Когерентті жарық көздері ретінде S1 және S2 жорамал

2.1-сурет көздеріалынады.



Интерференциялық сурет жарықтың тікелей түсуінен қалқаланған Э экранында байқалады (2.2-сурет).



2.2-сурет

3. Френельдің қоспризмасы.S көзінен шыққан жарық призмалардан сынады да қоспризманың сыртында екі жорамал S1 және S2 жарық көздерінен тарағандай болады.

2.3-сурет.



4. Ллойд айнасы. S

жарық көзі М жазық айнасына өте жақын орналасады. Бұл жағдайда S жарық көзі мен оның айнадағы жорамал S1 бейнесі когерентті жарық көздері болып табылады.



Екі саңлаудан байқалатын интерференциялық суретке есептеулер жүргізу.

Екі S1 және S2 саңлаулары бір-бірінен d ара қашықтықта орналасқан және когерентті көздер болсын. Э экраны саңлауларға параллель және одан l>>d ара қашықтықта орналассын (2.4-сурет).

Кез - келген A нүктесіндегі жарық қарқындылығы мына жол айырымымен анықталады:  = S2 - S1 , мұндағы ,

, бұдан

2.4-сурет



немесе , l >> d болғандықтан , сондықтан

Максимумдардың орны

Минимумдардың орны:

Екі көрші максимумдардың (минимумдардың) x ара қашықтығы интерференциялық жолақтың ені деп аталады.



Интерференциялықсуретбір – бірінепараллельәрібірін-бірікезекалмастыратынжарқынжәнесолғынжолақтартүріндебайқалады.



Жұқақабыршықтағыжарықинтерференциясы

Мұнайдыңжұқақабыршығыменқапталғансубетінде, сабынқабыршығыныңбетіндежәнет.б. бақыланатынжұқақабыршықтардыңкемпірқосақтәріздітүсіжұқақабыршықтағыинтерференцияментүсіндіріледі (2.5-сурет).

Параллель сәулелер шоғы қалыңдығы d мөлдір қабыршық бетке i бұрышымен түскенде, жарық бұл беттен жартылай шағылып, жартылай қабыршық арқылы өтіп, екінші беттен шағылады, қабыршық арқылы қайта өтедіде қабыршықтан шығып бірінші беттен шағылған жарықпен кездеседі. Бұл сәулелердің жүріс 2.5-сурет жол айырымы суреттен мынаған тең екендігін байқаймыз: 2dn cosr. Мұндағы n қабыршықтың сыну коэффициенті. Өйткені

Қабыршықты қоршаған ортаның сыну көрсеткіші n=1-ге тең деп алынған, ал /2 жарықтың бөлік шекарасында шағылуымен байланысты жарты толқын ұзындығын жоғалтуынан. Егер n>n болса, онда жарты толқын О нүктесінде жоғалады да жоғарыда аталған мүше таңбасы минус болады; егер n болса, онда жарты толқын С нүктесінде жоғалады. Онда, /2 таңбасы плюс болады. Жарықтың сыну заңын ескерсек (sin i=nsinr), онда n>nүшін мынаны аламыз:



+/2 (1)

Жұқа қабыршақтағы интерференциялық максимум шарты мынандай:

2d+ /2=m (m=0,1,2,…) (2)

Ал минимум шарты мынадай:

2d+ /2= (2m+1) /2 (m=0,1,2,…) (m=0,1,2,…)

1. Тең көлбеулік жолақтар (жазық параллель пластинкадағы алынған интерференция) Берілген ,d және n үшін сәулелердің әрбір i көлбеулігіне интерференциялық жолағы сәйкес келеді. Жазық параллель пластинкаға бірдей бұрыштармен түскен сәулелердің қосылуынан пайда болған интерференциялық жолақтар тең көлбеулік жолақтар деп аталады.

2. Тең қалыңдықты жолақтар (қалыңдығы айнымалы платинкадан алынған интерференция). Егер қабыршықты экранға экранда қабыршық кескіні алынатындай етіп линза арқылы проекцияласа, онда қабыршықтың тең қалыңдықтарына сәйкес нүктелер боынша өтетін жолақтармен жабылады.

1. Тең қалыңдықты жолақтардың классикалық мысалына Ньютон сақиналары жатады. Бұл сақиналар жарықтың жазық параллель пластинкамен оған жанасқан қисықтық радиусы үлкен жазық дөңес линзаның (2,6-сурет) арасындағы ауа саңлауында бақыланады. Жарықтың параллель шоғы линзаның жазық бетіне тік түседі де, линза

2.6-сурет. мен пластинка арасындағы ауа қабатының

жоғарғы және төменгі беттерінен жартылай шағылады. Шағылған сәулелер қосылғанда тең қалыңдықты жолақтар пайда болады. Жарық тік түскенде ол жолақтардың пішіні концентрлі шеңбер болады.

Шағылған жарықта оптикалық жүріс жол айырымы мынаған тең болады (n=1 ауа үшін жәнеi=0) , d – саңлау ені. Суреттен d –ның аз екендігін ескеріп мынаны аламыз: Онда интерференциялық максимум және минимум шарттарына сәйкес m –ші жарық және сәйкес m –ші қараңғы сақиналар. Радиустері тиісінше мынадай болады:

(m=0, 1, 2, …), (m=1, 2, 3, …)

Қазіргі обьективтерде пайдаланылатын линзалар саны өте көп болғандықтан, олардан шағылу да көп. Сондықтан жарық ағынының шығыны да үлкен болып келеді. Өткен жарықтың интенсивтігі әлсірейді, оптикалық аспаптың жарық күші кемиді. Бұл кемшілікті болдырмас үшін оптиканың жарықталынуын жүзеге асырады. Ол үшін линзаның бос бетіне сыну көрсеткіші линза материалының сыну көрсеткішінен аз жұқа қабатымен қаптайды.

Жарық ауа – қабыршық және қабыршық – шыны аралықтарының шекараларында шағылған кезде және когерентті сәулелердің интерференциясы пайда болады (2.7-сурет).

Қабыршықтың қалыңдығы мен шынының және қабыршықтың сыну көрсеткіштерін (n) және (n)қабыршықтың екі жақ бетінен шағылған сәулелер бірін – бірі өшіретіндей етіліп таңдалып алынады. Сонда мына шарттар орындалуы тиіс:



және nd=/4

2.7-сурет.



Дәріс №6.Тақырып: ЖАРЫҚ ТОЛҚЫНДАРЫНЫҢ ДИФРАКЦИЯСЫ.

Гюйгенс – Френель принципі.

Дифракция–жарық толқындарының жолдарында кездескен бөгеттерді орағытып өтуі, немесе, анығырақ айтқанда — толқындардың таралу кезіндегі кез-келген бөгеттерден, яғни, геометриялық заңдылықтардан ауытқуы.

Дифракцияның негізгі заңдылықтары екі принцип арқылы түсіндірледі:



1. Гюйгенс принципі. Уақыттың кез-келген мезетінде жарық толқыны тарайтын толқындық беттің әр бір нүктесін элементар толқын көзі деп қарастыруға болады.

2. Интерференция заңы. Жарық толқын бетінің барлық нүктесі бірдей жиілікте тербеліп тұрады. Олардың фазалары да бірдей. Олай болса, оларды когерентті жарық көзінің жиынтығы деп қарастыруға болады.

Френель осы екі принципті біріктірді. Ол Гюйгенс –Френель принципі деп аталады. Бұл принцип бойынша толқын бетінің фронтының алдыңғы жағындағы нүктедегі тербелісті табу үшін сол нүктедегі толқындық беттің барлық нүктелерінен келген тербелістерді тауып, одан кейін олардың фазалары мен амплитудаларын ескере отырып қосу керек.



Френель зоналары. Гюйгенс принципі түсіндіре алмайтын жарықтың түзу сызық бойымен таралу заңын Гюйгенс-Френель принципі бойынша түсіндіруге болады. S жарық көзінен жарық толқыны таралсын. Гюйгенс принципі бойынша жан-жаққа сфералық жарық таралады. Радиусы Р сфералық бет Φ жүргізейік. Енді M нүктесіндегі жарық толқынының әсерін анықтау үшін сол толқындық бетті дөңгелек зоналарға бөлеміз. Көршілес сфералар радиустарының бір-бірінен

3.1-сурет

айырмасы λ/2 – тең болатындай етіп аламыз. Сонда 1-ші сфераның радиусы b1=b0+λ/2,

2-кі b2=b1+λ/2, тағы сол сияқты- bm=bm-1+λ/2. Осы сфералар Φ толқындық бетті бірнеше зонаға бөледі. Оны Френель зоналары деп атайды (8.8-сурет)

М нүктесіне келген тербелістер амплитудасы кішірейе береді (A1>A2>A3>> Аm),. Мұндағы A1 –орталық зонадан, A2 A3, A4…-1,2, зоналардан келген толқындар қоздырған тербелістердің амплитудалары. М нүктесіне көршілес екі зонадан келетін тербелістердің фазалары қарама-қарсы болатындықтан, m зоналар әсерінен пайда болған қорытқы тербелістің А амплитудасы мынаған тең болады: А=А1234+…Аm. Егер m>> 1, A1>>Am болған жағдайда :

Сөйтіп, өте көп зоналар немесе өте үлкен толқындық бет әсерінен пайда болған қорытқы тербелістің амплитудасы, орталық зонаның әсерінен пайда болған тербеліс амплитудасының жартысына тең. Барлық Френель зоналардың бетінің ауданы тең. Сыртқы Френель зонасының радиусы тең.

Сонымен, жарықтың бір текті ортада түзу сызықтың бойымен таралуы элементар толқындар интерференциясының нәтижесі болады.

Френель дифракциясы. Егер жарық дифракцияланатын бөгет жарық көзімен бақылау нүктесіне жақын болса, сондағы байқалатын жарық дифракциясы Френель дифракциясы деп аталады. Дифракцияның бұл түрі кейде тоғысатын сәулелер дифракциясы деп те аталады.

Жарықтың кішкене дөңгелек саңылаудан өткенде дифракциялануы. Жарқырауық S нүктеден таралған жарық жолына экран қояйық, оның кішкене дөңгелек саңлауы болсын (3.2-сурет). Саңлауға сиятын зоналар саны саңлаудың өлшемдеріне байланысты. Егер саңлаудың ауданына сыйған зоналар саны тақ және шақтаулы болса, онда B нүктесінің жарықталынуы максималь болады. Ал енді аумақтан жарық көзі мен бақылау нүктесіне дейінгі аралықтар тұрақты болған жағдайда аумақты жайлап үлкейтсе, онда одан өтетін зоналар саны

3.2-сурет

көбейеді, олардың саны тақ болғанда B нүктесінің жарықталынуы күшейеді, жұп болғанда- нашарлайды.

Жарықтың кішкене дөңгелек экран шетінен дифракциялануы. ЖарқырауықS нүктеден таралған сфералық жарық толқынның жолында кішкене дөңгелек Э экран тұрған болсын. Сонда ол экран толқындық беттің орталық бөлігін бөгелтеді (3.3-сурет).

Егер дөңгелек Эm Френель зоналарды жапса, онда экранда тербелістің амплитудасы:

Сонымен B нүктесінде әрқашан интерференциялық максимум байқалады.

Параллель сәулелердің дифракциясы. ( Фраунгофер дифракциясы ) Егер бөгет жарық көзінен өте алыс болса, онда сол бөгетке түсетін жарық шоғы параллель болады, өйткені шексіз қашық толқындық бетті жазық бет деп санауға болады. Егер осындай жазық жарық толқыны дифракцияланғаннан соң жарық сәулелері бұрынғыша параллель болып таралса, сондағы байқалатын жарық дифракциясы Фраунгофер дифракциясы, немесе параллель сәулелер дифракциясы деп аталады.

Ені a=MN ұзын саңлауда болатын Фраунгофер дифракциясын қарастырайық.. MCжәне ND шоқтарының арасындағы жүру жолдарының оптикалық айырмашылығы:

= NF sin aφ.MN толқындық бетті Френель зоналарына бөлейік. Әр зонаның еніне :λ/2 зона сәйкес келеді. Толқындық фронттың әр нүктесінің фазасы және амплитудасы біркелкі. Сондықтан көршілес Френель зоналарының тербеліс қарқындылығы нольге тең болады. Яғни:1) егер, Френель зоналарының саны тақ болса,онда:дифракциялық минимум шарты

2) егер, Френель зоналарының саны жұп болса, онда



дифракциялық максимум шарты

Дифракциялық тордағы Фраунгофер дифракциясы.

Бір саңылаудан пайда болатын дифракцияны қарастырғанда ақ және қараңғы жолақтар бірінен кейін бірі орналасқанын

3.4-сурет

байқадық. Енді жарық сәулелерін бір саңылаудан ғана өткізбей, осындай бірнеше саңылаудан өткізсек , онда пайда болған ақ және қара жолақтардың ені бір саңылаудан өткен жолақтардың еніне қарағанда енсіздеу (аздау) және жарығырақ болатыны байқалған. Осы жолақтарды дифракциялық бейне деп атайды. Ондай бейнелерді алу үшін дифракциялық тор пайдаланылады. Дифракциялық тор деп параллель орналасқан ені бірдей саңылаулар жиынтығын айтамыз. Дифракциялық тор әдетте шыны пластинканың бетіне сызат жасау арқылы алынады. 1мм шыны пластинкаға 1200-ге дейін сызат салынады. Егер жарық өткізбейтін бөліктің енін b, ал өткізетін бөліктің енін a десек, онда d=a+bтор периоды деп аталады. Тор периоды мен жарықтың толқын ұзындығының арасында мынадай байланыс бар: , мұндағы к=0, ±1, ±2...- спектр реті.

Дифракциялық тор күрделі жарықты спектрлерге жіктей алады. Сондықтан дифракциялық тор жарық құрамын зерттеу үшін пайдаланылатын құралдардың негізгі бөлігі болып саналады. Ол құралдарды торлы спектрлік құралдар немесе дифракциялық спектроскоп деп атайды.

Дифракциялық тордың ажырату қабілеті деп толқын ұзындықтарының айырмасы өте аз, екі сызықты спектрді ажыратып бақылау мүмкіншілігін айтады. Тордың ажырату қабілетін сан жағынан сипаттау ретінде мынадай шама қабылданған:

Бұл шаманы басқаша дифракциялық тордың ажырату күші деп атайды. Мұндағы λ- ажыратылатын сызықтық спектрлердің толқын ұзындықтарының орташа мәні; - олардың толқын ұзындықтарының айырымы, яғни бір бірінен ажыратуға болатын толқын ұзындығының мәні.

Теория жүзінде дифракциялық тордың ажырату қабілеті тор саңылауларының жалпы санына N пропорционал болатындығын дәлелдеп көрсетуге болады. Яғни:

A=kN мұндағы: k-спектрдің реттік саны. Сонымен тордың ажырату қабілеті оның саңылауларының жалпы саны мен спектрдің қайталану қатарын көрсететін реттік санның көбейтіндісіне тең шама болады.

Егер параллель рентген сәулелерінің шоғы атомдық жазықтыққа бұрышпен кристаллға түссе, және сәулелер кристалдың атомдық жазықтықтарының бір қатарынан шағылса, онда кристалдың көршілес атомдарының (немесе иондарының) қабаттарынан шағылған сәулелер арасында жүріс жол айырымы пайда болады. Мұндағы d – кристалдағы атомдар (немесе иондар) қабаттарының арасындағы ара қашықтық.

Дифракцияланатын сәулелер интенсивтігінің максимумы жүріс жол айырымы толқын ұзындығының бүтін санына тең болатын бұрышқа сәйкес келеді:

(к=0,1,2,3,) Бұл формула Вульф-Брэгг формуласыдеп аталады.

Дәріс №7.Тақырып: ЖАРЫҚТЫҢ ПОЛЯРИЗАЦИЯСЫ

Денеден шығатын жарық толқындары сол денені құрайтын жекелеген атомдардың шығарып жатқан электромагниттік толқындарының қосындысынан тұрады. Осы электромагниттік толқындардың ішінен біреуін таңдап алып, оны екі перпендикуляр вектордың тербелісі деп қарастыруға болады. Оның біреуі электр өрісі кернеулігінің векторы Е, екіншісі магнит өрісі кернеулігінің векторы Н. Бұл екі вектордың тербеліс жазықтықтары сәуленің таралу бағытына перпендикуляр орналасады. Ал атомдар электромагниттік толқындарды біріне-бірі байланыссыз шығара береді. Сондықтан олардың тербеліс жазықтықтары әр түрлі бағытта болады, басқаша айтқанда жарық векторының тербеліс жазықтығы өз бағытын үнемі өзгертіп отырады. Осы электромагниттік тербелістер жарық көзінен шығып бізге қарай бағытталсын. Сонда әрбір атомнан шыққан электромагниттік толқындар а-суреттегідей бейнеленеді. Жарық векторы кеңістікте осылайша түрлі бағытта орналасса, ондай жарықты табиғи немесе поляризацияланбаған жарық деп атайды.

Белгілі бір жағдайда, мысалы, жарық кристалл арқылы өткенде табиғи жарық шоғының ішінен Е векторы тек бір ғана жазықтықта тербелетін сәулені бөліп алуға болады. Оны толықполяризацияланған жарық деп атайды. Бұл б – суретте көрсетілген. Е векторы тербелетін жазықтыққа параллель жазықтықты поляризация жазықтығы деп атайды. Егер табиғи жарықтың жолына кристалл қойсақ, онда бұл кристалдан тек поляризация жазықтығында жататын жарық векторлары ғана өтеді. Бұл кристалды поляризатор деп атайды. в – суретте көрсетілген. Оны в – суреттегідей штрихталған пластинка түрінде бейнелейік. Поляризатордан өткен жарықтың поляризацияланғанын тексеру үшін оның жолына тағы да кристалл қоямыз. Ол анализатор деп аталады. Егер анализатор мен поляризатордың өткізу жазықтықтары (оптикалық осі) біріне – бірі параллель болса, онда поляризацияланған жарық анализатордан өз интенсивтігін кемітпей өтеді. Ол г – суретте көрсетілген. Ал анализатор мен поляризатордың өткізу жазықтықтары біріне-бірі перпендикуляр болса, онда поляризацияланған жарық анализатордан өтпейді. Бұл д-суретте көрсетілген. Егер анализатор мен поляризатордың оптикалық осьтері (өткізу жазықтықтары) біріне – бірі бұрыш жасап орналасқан болса, онда анализатордан өткен поляризацияланған жарықтың интенсивтігі Малюс заңымен анықталады.

мұндағы I0 – анализаторға түскен поляризацияланған жарықтың интенсивтігі, I – анализатордан өткен жарықтың интенсивтігі.

Денеден шығатын жарық толқындары сол денені құрайтын жекелеген атомдардың шығарып жатқан электромагниттік толқындарының қосындысынан тұрады. Осы электромагниттік толқындардың ішінен біреуін таңдап алып, оны екі перпендикуляр вектордың тербелісі деп қарастыруға болады. Оның біреуі электр өрісі кернеулігінің векторы Е, екіншісі магнит өрісі кернеулігінің векторы Н. Бұл екі вектордың тербеліс жазықтықтары сәуленің таралу бағытына перпендикуляр орналасады. Ал атомдар электромагниттік толқындарды біріне-бірі байланыссыз шығара береді. Сондықтан олардың тербеліс жазықтықтары әр түрлі бағытта болады, басқаша айтқанда жарық векторының тербеліс жазықтығы өз бағытын үнемі өзгертіп отырады. Осы электромагниттік тербелістер жарық көзінен шығып бізге қарай бағытталсын. Сонда әрбір атомнан шыққан электромагниттік толқындар а-суреттегідей бейнеленеді.

Жарық векторы кеңістікте осылайша түрлі бағытта орналасса, ондай жарықты табиғи немесе поляризацияланбаған жарық деп атайды (5.1а-сурет).

Белгілі бір жағдайда, мысалы, жарық кристалл арқылы өткенде табиғи жарық шоғының ішінен Е векторы тек бір ғана жазықтықта тербелетін сәулені бөліп алуға болады. Оны толықполяризацияланған жарық деп атайды. Бұл (5.1 б– суретте көрсетілген. Е векторы тербелетін жазықтыққа параллель жазықтықты поляризация жазықтығы деп атайды. Егер табиғи жарықтың жолына кристалл қойсақ, онда бұл кристалдан тек поляризация жазықтығында жататын жарық векторлары ғана өтеді. Бұл кристалды поляризатор деп атайды. Поляризатордан өткен жарықтың поляризацияланғанын тексеру үшін оның жолына тағы да кристалл қоямыз. Ол анализатор деп аталады. Егер анализатор мен поляризатордың өткізу жазықтықтары (оптикалық осі) біріне – бірі параллель болса, онда поляризацияланған жарық

анализатордан өз интенсивтігін кемітпей өтеді. Ал анализатор мен поляризатордың

5.1-сурет. өткізу жазықтықтары біріне-бірі перпендикуляр болса, онда поляризацияланған жарық анализатордан өтпейді. Бұл д-суретте көрсетілген. Егер анализатор мен поляризатордың оптикалық осьтері (өткізу жазықтықтары) біріне – бірі бұрыш жасап орналасқан болса, онда анализатордан өткен поляризацияланған жарықтың интенсивтігі Малюс заңымен анықталады.



мұндағы I0 – анализаторға түскен поляризацияланған жарықтың интенсивтігі, I – анализатордан өткен жарықтың интенсивтігі.

Жарық диэлектриктен шағылғанда және сынғанда поляризацияланады. Ол үшін мынадай шарт керек: сәуленің түсу бұрышының тангенсінің шекарасынан шағылатын ортаның салыстырмалы сыну көрсеткішіне тең болуы (сонда шағылған жарық толық поляризацияланады) (Брюстер заңы)

tg i = n21мұндағы i – Брюстербұрышы деп аталады.

5.2-сурет.

Жарық Брюстер бұрышымен түскенде шағылған және сынған сәулелер тік бұрыш түзеді.

Табиғи жарық сәулесі исландия шпатына түскенде сәуле қосарлана сынады. Сәуле екіге бөлінеді. Олардың бірі үйреншікті сәуле, екіншісі үйреншікті емес сәуле деп аталады. Үйреншікті сәуле кристалға енгенде және одан шыққанда сыну заңына бағынады. Ол үшін исландия шпатындағы сыну көрсеткіші n4=1,659

Үйреншікті емес сәуле үшін сыну көрсеткіші тұрақты емес, ол сәуленің бағытына байланысты.

Үйреншікті және үйреншікті емес сәулелерді бірөбірінен бөлу үшін Пиколь призмасы немесе жай ғана «николь» пайдаланылады.

Николь призмасы әуелі кесілген, сосын «канадтық бальзаммен» желімденген исландия шпаты кристалының екі бөлігінен тұрады.

Табиғи жарық Николь призмасына енгенде үйреншікті және үйреншікті емес екі сәулеге бөлінеді. Біріншісі канадтық бальзам қабатында толық іштей шағылады. Өйткені оның сыну көрсеткіші (1,659) канадтық бальзамның сыну көрсеткішінен үлкен (1,549), ал сәуленің шекараға түсу бұрышы кесу арқылы шекті бұрыштан үлкен етіліп алынған.

Үйреншікті емес сәуле канадтық бальзам арқылы толық іштей шағылуға ұшырамай өтеді. Өйткені ол үшін таралудың берілген бағытында сыну көрсеткіші (1,515) канадтық бальзамның сыну көрсеткішінен аз болады.

Қосарлана сыну турмалин кристалдарында да байқалады. Бірақ үйреншікті сәуле үшін жұтылу көп болғандықтан қалыңдығы 1мм турмалин пластинкаларынан (поляроидтарынан) іс жүзінде тек жазық поляризацияланған үйреншікті емес сәуле ғана шығады. Поляроид герапатиттің дихроидтық затының (иод ө ханин күкірт қышқылының) қабыршығы болып табылады. Қалыңдығы шамамен 0,1мм герапатит кристалигі іс жүзінде табиғи жарықты толық поляризациялайды. Поляроидтың целлулоидтың табанына герапатиттің бағдарланған ұсақ кристалдарының жиынтығы енгізіледі.

1875ж. И.Керр электр өрісінің әсерінен сұйық диэлектриктерде анизотропияның пайда болатындығын байқаған.

Сұйығы бар конденсатор айқасқан екі никольдың арасына орналастырылады. Николдардың бас жазықтықтары Е кернеулігінің бағытымен 45-қа тең бұрыш жасайды. Өріс жоқ та жүйе жарық өткізбейді. Өріс болған жағдайда Керр конденсаторынан шыққан жарық эллипстік поляризацияланады.

Толқын ұзындығы монхромат жарық үшін үйреншікті және үйреншікті емес сәулелердің сыну көрсеткіштерінің айырымы (nү-ne) E2-қа пропорционалболады. ( Керр эффектсі): (nү-ne)=кЕ2

Сондықтан сәулелердің жолда алған жүрістерінің толқын ұзындықта өрнектелген айырымы мынадай болады: мұндағы В=к/- Керр тұрақтысы.

.



Достарыңызбен бөлісу:
  1   2


©melimde.com 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет