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 комбинациялық шашырауы .
Бұл заңдылықты график түрінде кескіндеуге болады. Онда, О нүктесінен түрлі бағытта жүргізілген радиус-векторлар ұзындығы сол бағытта шашыраған жарық интенсивтілігіне пропорционал етіліп алынады. (2-сурет)
О
z z 1-сурет. Жарықтың шашырауын түсіндіру үшін 2-сурет. Шашыраған жарық интенсивтілігінің шашырау бұрышына тәуелділігі Қисық бастапқы жарық бағытына және оған перпендикуляр сызыққа қатысты симметриялы болады. Егер жарық шашыратушы бӛлшектердің ӛлшемі жарық толқыны ұзындығынан үлкен ( R ) болса, онда жоғарыда айтылған заңдылықтар орындалмайды. Ондай ірі бӛлшектерден шашыраған жарық интенсивтілігі (1) толқын ұзындығының квадратына кері пропорционал ( I `12 ) болады. Сондықтан ішіндегі бӛгде бӛлшектері ірі ортаға ақ жарық түскенде шашыраған жарық онша кӛгілдір болмайды. Осы себеппен судың ірі тамшыларынан құралған тұман ақшылдау, ұсақ тамшылардан құралған тұман кӛкшілдеу болады. Жарық шашыратушы бӛлшектер ірі болған жағдайда шашыраған жарық шала поляризацияланады, поляризациялану дәрежесі бӛлшектің ӛлшеміне, формасына байланысты болады. Бӛлшектер ірі болса, бастапқы жарық таралатын жаққа қарай шашыраған жарық интенсивтілігі оған кері бағытта шашыраған жарық интенсивтілігінен күштірек болады (Ми эффекті). Лайка ортада жарықтың ірі бӛлшектерден шашырау құбылысын оқып-зерттеудің геофизика мен астрофизика үшін, теңізде жүзу, әуеде ұшу үшін маңызы зор. Тәжірибеге қарағанда жарық тіпті ішінде ешқандай бӛгде бӛлшектер жоқ, мұқият тазартылған заттан ӛткенде де азды-кӛпті шашырайды, сонда шашыраған жарық интенсивтілігі температураға тура пропорционал болады. Мұның себебі: температура ӛзгергенде ортаның тығыздығы ӛзгереді, ӛйткені сол ортаның атомдары мен молекулалары үздіксіз жылулық қозғалыста болу нәтижесінде кішкене кӛлем ішінде заттың тығыздығы ӛзгеріп тұрады. Тығыздықтың ӛзгеруі салдарынан ортаның жарық сыну кӛрсеткіші бір нүктеден екінші нүктеге кӛшкенде ӛзгереді. Сӛйтіп мұндай орта оптикаша біртекті болмайды. Жарықтың осылайша заттың молекулаларының жылулық қозғалысы салдарынан шашырауы жарықтың молекулалық шашырауы деп аталады. Жарықтың шашырауының бұл түрі жарық газдардан, сұйықтардан және қатты денелерден ӛткен кездерде байқалады. Заттың температурасы кӛтерілгенде жарықтың молекулалық шашырауының күшеюі температураға іліктесіп заттың тығыздығы кӛбірек ӛзгеруінен болады. Жарықтың комбинациялық шашырауы. Релейше шашыраған жарықтың спектрінде бастапқы жарыққа тән спектрлік сызықтар ғана болады. Егер шашыраған жарықтың спектрін фотосуретке түсіргенде, бастапқы жарыққа тән спектрлік сызықтар ӛте қарайтылып түсірілсе, сонда h 1 h 0 E спектрограммада олардан басқа, қосымша әлсіз жаңа сызықтар байқалады. Мұндай сызықтар серік сызықтар немесе тек серіктер (сателиттер) деп аталады. Құбылыстың ӛзі жарықтың комбинациялық шашырауы делінеді. Бұл құбылысты ең алғаш (1928 ж.) совет физиктері Г.С.Ландсберг пен Л.И.Мандельштамм және үнді физиктері Раман мен Кришнан бір мезгілде, әр қайсылары ӛз беттерінше ашқан болатынды. Тәжірибе жасап зерттей келгенде бұл құбылыстың мынадай заңдары бар екендігі тағайындалды: 1. Бастапқы жарықтың әрбір сызығының бір немесе бірнеше серіктері болады. Бастапқы жарықтың сызығының тербеліс жиілігі ( 0 ) мен оның серіктерінің тербеліс жиілігінің ( ) айырмасы ( 0 ) жарық шашыратқыш заттың табиғатына тәуелді. Сирек сызықтар бастапқы сызықтың екі жағында симметриялы болып орналасады; ұзын толқындық жағындағылары «қызыл» серіктер, қысқа толқындық жағындағылары «күлгін» серіктер деп аталады. «Қызыл» серіктердің интенисвтілігі оған сәйкес «күлгін» сеіктердің интенсивтілігінен едәуір күшті болады. Жарық шашыратқыш заттың температурасы кӛтерілгенде «күлгін» серіктердің интенсивтілігі артады. Жарықтың комбинациялық шашырау құбылысын кванттық теория тұрғысынан былай түсіндіруге болады. Фотондық теория бойынша жарық кванты энергиясы h 0 , мұндағы h-Планк тұрақтысы, 0 -жарықтың тербеліс жиілігі. Жарықтың шашырауы жарық кванттары мен зат молекулаларының бірінен-бірі әсер етуі нәтижесінде болатын құбылыс. Бұлардың ӛзара әсерлерін, мәселені қиындатпау үшін, жарық кванттары мен молекулаларыдың соғылысуы деп қарастыруға болады. Егер бұолардың соғылысуы серпімді болса, шашыраған жарық квантының энерниясы мен жарықтың тербеліс жиілігі ӛзгермейді, тек оның бағыты ӛзгереді. Бұл жарықтың Релейше шашырауы болады. Егер жарық кванты мен молекуланың соғылысуы серпімді болмаса, онда жарық кванты энергиясының біразы молекулаға ауысуы, немесе оған молекуладан аздап энергия ауысуы мүмкін. кванттық теория бойынша молекуланың энергиясының үздік-үздік, дискретті мәндері ғана болады. Егер молекуланың негізгі күйдегі тербеліс энергиясы Е1, қозған күйдегі тербеліс энергиясы E2 болса, бұл екі күйдің энергияларының айырмасы Е Е2 Е1 болады. Мысалы, молекула алғаш негізгі күйде болып, жарық кванты менн оның энергиясы Е -ге артады, жарық квантының энергиясы дәл осынша кемиді. Сонда шашыраған жарық квантының энергиясы h h 0 E болады. Мұндағы 0 мен -түскен және шашыраған жарық тербеліс жиіліктері. Егер бұл теңдіктің екі жағында һ-қа бӛлсек, шашыраған жарық жиілігін ( ) табамыз, сӛйтіп:
Сонымен, бұл жағдайда шашыраған жарықтың жиілігі бастапқы қоздырушы жарықтың жиілігінен кем, яғни оның толқыны ұзын. Сонда бұл сызық жарықтың комбинациялық шашырау спектріндегі «қызыл» серік сызығы болып табылады. Егер молекула алғаш қозған күйде болып, оның энергиясы Е2 болса, сол соғылысу нәтижесінде энергиясы Е1 күйге кӛшсе, онда оның энегиясы E -ге кемиді де жарық квантының энергиясы осынша артады. Шашыраған жарық квантының энергиясы болып, шашыраған жарық тербеліс жиілігі мынаған тең болады: мұндағы, болады:
Бұл жағдайда шашыраған жарық жиілігі бастапқы жарық жиілігінен артық, демек, оынң толқыны қысқа. Сонымен бұл сызық «күлгін» серік сызығы болып табылады. Егер молекуланың энергиясының бірнеше мәндері болып, жарық кванттарының әсерлерінен олар ӛзгеріске ұшыраған жағдайда бастапқы 0 жиілікпен қабат бірнеше «комбинациялық» жиіліктер байқалады. Қалыпты жағдайда қозған күйіндегі молкеулалардың саны негізгі күйіндегі молкеулалардың санынан әлдеқайда аз болады. Сондықтан «күлгін» серіктердің интенсивтілігі «қызыл» серіктердің интенсивтілігімен салыстырғанда ӛте кем болады. Осы себептен «күлгін» серіктер ӛте-мӛте әлсз болады да кӛбінесе кӛрінбейді, тек «қызыл» серіктер ғана кӛрінеді. Молекулалық газдың температурасы кӛтерілгенде қозған күйіндегі молекулалардың саны да артады. Мұнымен қатар «күлгін» серіктердің интенсивтілігі зораяды. Жарықтың комбинациялық шашырауын оқып-үйренудің күрделі молекулалар мен түрліше кристалл денелердің құрылысын анықтау үшін маңызы зор. жүктеу/скачать 5,21 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||