1- дәріс. Кіріспе жарықтың табиғаты жайындағы ілімнің дамуы. ХVІІ ғасырдың аяқ кезінде жарықтың табиғаты жайында екі түрлі ғылыми түсінік болды: жарықтың корпускулалық теориясы мен-жарықтың толқындық теориясы
жүктеу/скачать 5,21 Mb.
|
лекция оптика
- Бұл бет үшін навигация:
- Жарықтың жұтылуы
- Табиғи жұту коэффициенті
- Жарықтың шашырауы Жарықтың шашырауы
- Рэлей заңы (1871): жарықтың шашырау интенсивтілігі қоздыру жары-ғының толқын ұзындығының 4-ші дәрежесіне кері пропорционал (Iλ -4 )
үйектелуінің лездік шамасы. 0 =8,854·10-12 Ф/м – электрлік тұрақтылық. Е-электр ӛрісінің кернеулік векторының модулі. Ол диэлектриктің берілген
Осы жағдайда негізгі рольді атқаратын электрондық үйектеу, яғни электрондардың толқын ӛрісінің электр құраушысының әсерінен болатын еріксіз тербелістер. Атом құрамына кіретін электрондар, сыртқы немесе оптикалық және ішкі қабықшадағы электрондарға бӛлінеді. Оптикалық диапозондағы сәулелермен тек сыртқы электрондар әсерлеседі. Себебі ішкі қабықшадағы электрондардың меншікті жиіліктері ӛте үлкен болғандықтан, олардың тербелістері жарық толқындарының ӛрісінде қозбайды. Осыдан дисперсияның электрондық теориясы тек оптикалық электрондарды қарастырады. Қарапайымдап алу үшін тек жеке бір оптикалық электронның тербелісін қарастырайық. Еріксіз тербелісті жасайтын электронның келтірілген дипольдік моменті: p ex , мұндағы e-электрон заряды; х-жарық толқынының электр ӛрісінің әсерінен электронның тепе-теңдік жағдайынан
Осыдан, есеп сыртқы E ӛрісі әсерінен электронның х ығысуын анықтауға әкеледі. Монохроматтық толқында E уақыт бойынша гармоникалық заң арқылы ӛзгереді. E=E 0 cos t Оптикалық электронның еріксіз тербелістерінің (орта жарықты жұтпайды деп келісейік) дифференциалдық теңдеуі: X 2 0 X F0 cost eE0 m m Мұндағы, ( F0 eE 0 ) -электронға сырттан толқындық амплитудалық шамасы. -электрон тербелістерінің меншікті жиілігі. 0
cost (4). ӛрістің әсер ететін күшінің
Осыдан сыну кӛрсеткіші сыртқы ӛрістің жиілігіне тәуелді, яғни (7) – ӛрнек жарық дисперсия құбылысын дәлелдейді. (7)-теңдеуден 0 , 0 облыста n 2 1 және ӛскен сайын ӛседі (қалыпты дисперсия). 0 болғанда, n2 ; 0 -ден облыста n2 1 және тен 1-ге дейін ӛседі (қалыпты дисперсия). n –нің – ға тәуелділік графигі (дисперсиялық қисық) 5.3 суретте кӛрсетілген. Сыну кӛрсеткішінің меншікті жиіліктің маңайындағы тәртібі электрондар тербелістерінде кедергі күштері жоқ деп болжанған. Осы жағдайды есепке алсақ n() функцияның 0 нүктесі маңайындағы графигі пунктир АВ сызығымен беріледі. АВ диапазоны қалыпсыз дисперсия облысы болып табылады. Мұнда ӛскен сайын n кемиді. Осы графиктің басқа облыстары қалыпты дисперсияны кӛрсетеді, яғни ӛскен сайын n ӛседі. Егер молекулада бір емес бірнеше оптикалық электрондар бар екенін еске алсақ, онда теңдеу, келесі теңдеумен ӛрнектеледі:
f i -электрондардың саны. f1 -электронның меншікті жиілігі 01 ; f 2 -электронның меншікті жиілігі 02 тағы - тағы солай. Дисперсиялық сызықтың жалпы бағыты 5.4 суретте кӛрсетілген.
дейінгі және заттан кейінгі интенсивтіліктері, k- табиғи жұту кӛрсеткіші. Ол толқынның ұзындығына, заттың химиялық табиғатына және күйіне тәуелді. Бугер-Ламберт заңының негізіне сызықтық оптиканың негізгі принципі жатады. Бұл принцип бойынша оптикалық құбылыстардың сипаттамасы (жұтылу құбылысы) жарық интенсивтілігіне тәуелді еместігі кӛрінеді. Сондықтан осы заң әлсіз жарық ағындары үшін орындалады. Табиғи жұту коэффициенті жарықтың толқын ұзындығына тәуелді болғандықтан,
Мұндағы kλ-монохроматтық табиғи жұту кӛрсеткіші. kλ-ның жарық толқын ұзындығына тәуелділігі заттың жұтылу спектрі деп аталады. Қоршалған атомдардың жұтылу спектрі – сызықтық жұтылу спектрі деп аталады. Олар жіңішке сызықтардан тұрады. Яғни, kλ толқын ұзындықтардың ӛте тар диапазоны (10-12-10-11м) үшін 0-ден ӛзгеше. Осы толқын ұзындықтар диапазоны атом ішіндегі электрондар тербелістерінің резонанстық жиіліктеріне сәйкес келеді. Молекулалық жұтылу спектрі – жұтылу жолақтары түрінде беріледі, мұндағы толқын ұзындықтары кең облысқа (10-10- 10-7м) - ге сәйкес келсе kλ 0-ге тең болмайды. Диэлектриктердің жұту коэффициенті үлкен емес (10-3- 10-5см-1), бірақ оларда белгілі бір толқын интервалында жарықтың селективті жұтылуы байқалады. Ол кезде kλ күрт өседі де, кең жұтылу жолақтары пайда болады. Ол үздіксіз жұтылу спектрі деп аталады. Металдар жарық үшін мӛлдір емес (kλ~104см-1). Металл ішіндегі еркін электрондар жарық толқынының электр ӛрісінің әсерінен қозғалғанынан жылдам ӛзгеретін тоқтар түзіп, джоуль жылуын шығарады. Сондықтан, жарық толқынының энергиясы жылдам азайып, металдың ішкі энергиясына ауысады. Металлдың ӛткізгіштігі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жарық жұтылуы кӛбірек болады. Жарықтың шашырауы Жарықтың шашырауы - жарықтың таралу бағытының ӛзгеруімен және меншікті емес жарықтанудың пайда болуымен қоса жүретін заттың жарықты түрлендіру процесі. Л.И.Мандельштам орталарда жарықтың шашырауын оптикалық біртектіліктің бұзылуымен және сыну кӛрсеткішінің тұрақсыздығымен (сыну кӛрсеткіштері нүктеден нүктеге ӛзгергенінен) түсіндірді. Мұндай орталар бұлдыр (мӛлдір емес) орталар, яғни басқа текті заттың ұсақ бӛлшектері кӛп орталар болып табылады. Басқа текті заттарға аэрозоль (бұлт, түтін, тұман), эмульсиялар, коллоидті ерітінділер және тағы басқалар жатады. Егер мӛлдір орта бӛлшектерінің ӛлшемдері жарық толқын ұзындығынан кем болса, онда осындай жарық шашырауы Тиндаль құбылысы деп (1896ж.) аталады. Бұл құбылыста, мысалы, күн сәулелерінің жіңішке шоғы шаңдалған ауадан ӛткенде шаңдардан шашырап кӛрінетінін байқауға болады. Тиндаль құбылысының теориясын Рэлей берді. Рэлей заңы (1871): жарықтың шашырау интенсивтілігі қоздыру жары-ғының толқын ұзындығының 4-ші дәрежесіне кері пропорционал (I~λ-4) Смолуховский (1908 ж.) жарықтың шашырау себебін кӛрсетті. Оның себебі орта молекуларының хаосты жылулық қозғалысы процесі кезінде тығыздық бойынша флуктуацияның туатындығынан. Анизотропия немесе концентрация флуктуациясының салдарынан туатын жарықтың шашырауын молекулалық жарық шашырауы деп атайды. Ол да Рэлей заңына бағынады. Молекулалық шашыраумен аспанның кӛгілдір түсі түсіндіріледі. Рэлей заңына сәйкес жарық шашырауының интенсивтілігі λ-4 дәрежесіне кері пропорционал, сондықтан кӛгілдір және кӛк сәулелер сары және қызыл сәулелерге қарағанда күштірек шашырайды да, аспанға кӛгілдір түс береді. Осы себептен атмосфераның қалыңдығынан ӛткен жарық ұзынырақ толқындармен толады, сондықтан күннің батуы мен таңның атуы қызыл болып кӛрінеді. Рэлейдің флуктуациясы мен жарық шашырауының интенсивтілігі температураның ӛсуіне байланысты артады. Сондықтан жаздың ашық күнінде аспанның түсі қыс күнімен салыстырғанда қанық болады. 12-дәріс. жүктеу/скачать 5,21 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||