Жарық поляризациясы

Жоспар
Кіріспе

КІРІСПЕ 3

1 ЖАРЫҚ ПОЛЯРИЗАЦИЯСЫ 4
1.1 Табиғи поляризацияланған жарық .
1.2 Жарықтың шағылу және сыну кезіндегі поляризациялануы .
1.3 Жарық сәулесінің қосарланып сынуы 6
1.4 Николь призмасы 7
1.5 Поляроид 8
1.6 Малюс заңы .
1.7 Эллипсше және дөңгелекше поляризация 10
1.8Сәуленің электр өрісінде қосарланып сынуы 11
1.9 Поляризация жазықтығының бұрылуы 13

2 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС 14
Малюс заңы мен фазалық пластинка арқылы поляризацияланған жарықтың өтуін зерттеу

ҚОРЫТЫНДЫ 20

ӘДЕБИЕТТЕР 21

ҚОСЫМША А 22

ҚОСЫМША В 25

КІРІСПЕ
Жарықтың анизотроптық зат деп айтылатын орта арқылы таралуының үлкен принципиалдық және практикалық маңызы бар. Анизотроптық ортаның оптикалық қасиеті барлық бағытта бірдей емес, сондықтан одан жарық өткенде, бірқатар бағытта өзіне тән ерекше құбылыстар байқалады. Анизотроптық заттардың осындай ерекшеліктері олардың молекулалық құрылыстарына немесе түйіндерінде атомдары мен иондары орналасқан кристалдық торға байланысты.
Жарық толқындары электромагниттік толқындардың бір түрі болып табылады да, олардың өрісін электр өрісі векторы мен магнит өрісі векторы арқылы сипаттауға болады. Бұл векторлар өзара және толқын таралатын бағытқа перпендикуляр болады. Осындай жарық толқыны өрісінің векторлары үздіксіз өзгеріп тербелісте болады. Сондықтан, мұндай векторлар кейде жарық векторлары деп аталады. Жарық толқындары заттың атомдары мен молекуларында жүріп жатқан кейбір процестер нәтижесінде пайда болады. Жарық көздері ретінде, заттың кез-келген қозған бөлшегін атомдарды, молекулаларды, үдей қозған электрондарды және т.б. санауға болады. Ал макроскопиялық жарық көздерін алсақ, оны өте көп санды бір-бірінен тәуелсіз элементар жарық шығаратын көз деп есептеуге болады.

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 21 бет
Таңдаулыға:

КІРІСПЕ 3
1 ЖАРЫҚ ПОЛЯРИЗАЦИЯСЫ 4
1.1 Табиғи поляризацияланған жарық
-
1.2 Жарықтың шағылу және сыну кезіндегі поляризациялануы
-
1.3 Жарық сәулесінің қосарланып сынуы
6
1.4 Николь призмасы
7
1.5 Поляроид
8
1.6 Малюс заңы
-
1.7 Эллипсше және дөңгелекше поляризация 10
1.8Сәуленің электр өрісінде қосарланып сынуы 11
1.9 Поляризация жазықтығының бұрылуы 13
2 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС 14
Малюс заңы мен фазалық пластинка арқылы поляризацияланған жарықтың
өтуін зерттеу
ҚОРЫТЫНДЫ 20
ӘДЕБИЕТТЕР 21
ҚОСЫМША А 22
ҚОСЫМША В 25

КІРІСПЕ
Жарықтың анизотроптық зат деп айтылатын орта арқылы таралуының үлкен
принципиалдық және практикалық маңызы бар. Анизотроптық ортаның оптикалық
қасиеті барлық бағытта бірдей емес, сондықтан одан жарық өткенде, бірқатар
бағытта өзіне тән ерекше құбылыстар байқалады. Анизотроптық заттардың
осындай ерекшеліктері олардың молекулалық құрылыстарына немесе түйіндерінде
атомдары мен иондары орналасқан кристалдық торға байланысты.
Жарық толқындары электромагниттік толқындардың бір түрі болып табылады
да, олардың өрісін электр өрісі векторы мен магнит өрісі векторы
арқылы сипаттауға болады. Бұл векторлар өзара және толқын таралатын
бағытқа перпендикуляр болады. Осындай жарық толқыны өрісінің векторлары
үздіксіз өзгеріп тербелісте болады. Сондықтан, мұндай векторлар кейде жарық
векторлары деп аталады. Жарық толқындары заттың атомдары мен молекуларында
жүріп жатқан кейбір процестер нәтижесінде пайда болады. Жарық көздері
ретінде, заттың кез-келген қозған бөлшегін атомдарды, молекулаларды, үдей
қозған электрондарды және т.б. санауға болады. Ал макроскопиялық жарық
көздерін алсақ, оны өте көп санды бір-бірінен тәуелсіз элементар жарық
шығаратын көз деп есептеуге болады.

1 ЖАРЫҚ ПОЛЯРИЗАЦИЯСЫ
1.1 Табиғи поляризацияланған жарық
Егер тербелісі тәртіпсіз, кез келген бағытта өзгеріп, ал амплитудасы
барлық бағытта да тұрақты қалса (24.1 а сурет), онда оны табиғи жарық деп
атайды.
Егер тербеліс тек бір бағытта жүретін болса, онда ондай жарықты
поляризацияланған жарық дейді (24.1 в сурет). Ал егер тербеліс әр түрлі
бағытта болып, соның ішіндегі белгілі бір бағыттағы амплитуда үлкен болса
(24.1 б сурет), онда оны жартылай поляризацияланған жарық дейді.

24.1 а,б,в, сурет
Жарық сәулесінің қосарланып сынуы. Табиғатта және техникада өзіне
түскен жарық сәулелерін қосарландырып көрсететін кристалдар арқылы затты
көретін болсақ, онда оның қосарланған кескінін байқауға болады. Бұл
құбылысты бірінші рет 1647 жылы дат ғалымы Э.Бартолин (1625-1698) исланд
шпатын зерттеудің нәтижесінде ашқан болатын. Сондықтан мұндай құбылысты
жарық сәулесінің қосарланып сынуы деп атайды да, осындай қасиеттері бар
кристалдар қосарландырып сындырушы делінеді.
Кристалдың негізгі оптикалық осінің санына байлансты олар бір немесе
екі осьті болып бөлінеді. Бір осьті кристалдар тобына исланд шпаты, кварц,
турмалин жатады. Сәуленің қосарланып сынуын зерттеу үшін исланд шпатын
қолданады. Ол жұмсақ, мөлдір минерал. Гипс, слюда, топаз сияқты кристалдар
екі осьті кристалдар тобына жатады. Кристалға түскен сәулемен сәуле түскен
нүктеден оптикалық ось арқылы өтетін жазықтық кристалдың бас қимесы немесе
бас жазықтығы деп аталады.
Исланд шпаты кристалының сыртқы бетіне перпендикуялр бағытта түскен
монохрамат сәуле сынып екі сәулеге жіктеледі, олардың біреуінің кристалл
ішіндегі бағыты өзгермейді, бағыты жазық бетке түскен кәдімгі сәуленің
бағытындай болады, сондықтан бұл сәуле кәдімгі сәуле (о) деп аталады, ал
екіншісінің бағыты өзгереді, сондықтан ол өзгеше сәуле (е) болады.(145
сурет)

(145 сурет)
Кәдімгі және өзгеше сәулелер бір-бірінен ажырамай бірдей жылдамдықпен
тпралады. Бұл бағытты кристалдың оптикалық осі дейді.Өзгеше сәуле исланд
шпатынан шыққанда сынады да, кәдімгі сәулемен параллель болып таралады.
Зерттеудің нәтижелері бұл сәулелердің екеуінің де толық
поляризацияланғандығын көрсетеді. Кәдімгі сәуле кристалдың бас қимасында,
өзгеше сәуле бас қимаға перпендикуляр жазықтықта поляризацияланған болады.
Өзгеше сәуленің осы кристалдың ішінде әр бағытта таралу жылдамдығы
түрліше болады да кәдімгі сәуле барлық жаққа бірдей жылдамдықпен
таралады. Сонымен қатар исланд шпатының өзгеше сәулеге тән сыну көрсеткіші
кәдімгі сәулеге тән сыну көрсеткішінен артпайды, яғни , сондықтан
мұндай кристалдар теріс кристалдар деп аталады (мысалы, кальций, турмалин)
. Егер де болса, онда мұндай кристалдар оң кристалдар деп аталады
(мысалы, кварц, мұз, цирконий).
Николь призмасы. Жарық исландия кристалына түсіп қосарландырып сынғанда
пайда болатын кәдімгі сәуле мен өзгеше сәуленің әрқайсысы толық
поляризацияланған сәулелер болатындықтан исландия шпатының кристалын әлі
поляризатор, әрі анализатор ретінде пайдалануға болады. Осы мақсатпен
исландия шпаты кристалынан әр түрлі поляризациялық призмалар жасалады.
Ондай призмалардың бір түрі Николь призмасы (қысқаша николь) деп аталады.
Николь призмасы (82 а сурет) исландия шпатынан жасалған сүйір бұрыштары
және -қа тең екі тік призмадан құрастырылады. Ол призмалар бір-
біріне катетінің бойымен канада бальзамымен жабыстырылады. Канада
бальзамының сыну көрсеткіші , исландия шпатының кәдімгі сәуленің сыну
көрсеткішінен кем, өзгеше сәуленің сындыру көрсеткішінен артық.
Суретте оптикалық осі жазықтықта жатыр. Мысалы призмаға түскен
сәуле сынып, кәдімгі сәуле мен өзгеше сәуледен гөрі күштірек сынады. Николь
призмасынан жазықша поляризацияланған бір жарық шоғы өтеді. Николь
призмасының көлденең қимасы ромб пішінді болады.(82 б сурет) Одан өткен
жарық толқынының электр векторы сол ромбының қысқа диагоналы бойынша
тербеледі.

82 а,б сурет
Николь призмасының бір артықшылығы жарық оның ішінде өзгерістерге
ұшырамайды. Бірақ екі призма жабыстырылған канада бальзамынан ультракүлгін
сәулелер өте алмайды, сондықтан Николь призмасын тек поляризацияланған
көрінетін жарық алу үшін ғана пайдалануға болады. Бұл- осы призманың басты
кемістігі болып табылады. Сөйтіп никольға табиғи жарық түсірілсе одан
электр векторы никольдың ұлы қимасы жазықтығында тербелетін
поляризацияланған жарық толқыны өтеді. Никольдың көмегімен
поляризацияланған жарық алумен қатар поляризацияланған жарық электр
векторының тербелу бағытын анықтауға болады.Бірінші жағдайда николь-
поляризатор болса, екінші жағдайда ол- анализатор болады.
Малюс заңы. Жазық поляризацияланған (не сызықша поляризацияланған) жарықты
біз поляризатордың көмегімен аламыз. Бұл құралдар поляризатор жазықтығына
параллель тербелістерді өткізеді де,оған перпендикуляр тербелістерді
өткізбейді. Поляризатор жазықтығымен бұрыш жасайтын жазықтықта жатқан
тербеліс амплитудасы -ны және деп екі тербеліске жіктейік
(25.2-сурет).

25,2 сурет 25,3-сурет
Бірінші тербеліс құрал арқылы өтеді, ал екіншісі өтпейді. Ал өткен
толқынның интенсивтілігі -ге пропорционал, яғни -ге тең.
Сонымен, поляризация жазықтығына параллель тербелістің үлесіне
интенсивтіліктің -ден бөлігі тиеді. Табиғи жарық үшін -дің барлық
мәндерінің шамасының ықтималдығы бірдей. Сондықтен поляризатор арқылы өткен
жарықтың үлесі -дің орташа шамамен алғанда, бөлігіне тең.
Поляризаторды табиғи жарықтың интенсивтілігі өзгермейді, тек қана құралдан
шығатын сәуленің тербеліс жазықтығының бейімделуі ғана өзгереді.
Поляризаторға амплитудасы және интенсивтілігі жазық
поляризацияланған сәуле түссін (25.3-сурет). Құрал арқылы амплитудасы
тербеліс өтеді, мұндағы -тербеліс жазықтығы мен поляризатор жазықтығы
арасындағы бұрыш. Ендеше, өткен сәуленің интенсивтілігі былай анықталады:
(1)
1) теңдігін Малюс заңы деп атайды.
Егер табиғи жарық жолына жазықтықтары бір-бірімен -бұрыш жасайтын екі
поляризатор қойсақ, онда бірінші поляризатордан жазық поляризацияланған
сәуле шығады. Оның интенсивтілігі табиғи жарық интенсивтілігінің
жартысына тең . Малюс заңы бойынша, екінші поляризатордан өткен
сәуленің интенсивтілігі . Демек, екі поляризатор арқылы өткен жарық
интенсивтілігі, мынаған тең:
(2)
Бұрыш болғанда, интенсивтілік максимум, яғни (поляризаторлар
параллель). Ал болғанда, , яғни поляризаторлар бір-біріне
перпендикуляр, онда жарық өтпейді. Егер поляризатор арқылы жартылай
поляризацияланған жарық өткізсек және құралды сәуленің бағыты айналасында
айналдырсақ, онда өткен жарықтың интенсивтілігі -нан -ге дейін
өзгереді. Мұнда интенсивтіліктің бір мәнінен екінші мәніне өтуі бұрышты
-ге бұрғанда болады, сонда толық бір айналым ішінде интенсивтілік екі
рет максимум, екі рет минимум мәніне ие болады, яғни
(3)
(3) өрнегін поляризациялану дәрежесі деп атайды. Жазық поляризацияланған
жарық үшін және ; табиғи жарық үшін және . Эллипсше
поляризацияланған сәулелер үшін поляризациялану дәрежесі деген түсінік
қолданылмайды.
Поляроид. Жоғарыда турмалин кристалынан жарық түскенде пайда болатын
кәдімгі сәуле мен өзгеше сәуленің екеуі бірдей турмалиннан өтпейтіндігі,
тек одан өзгеше сәуле ғана өте алатындығы айтылған болатын. Иодты хинин
сульфаты ұсақ кристалдарының да дәл осындай қасиеті бар. Бұл затқа түскен
жарық қосарланып сынып, кәдімгі сәуле мен өзгеше сәуле пайда болады., сонда
оның сыртына тек өзгеше сәуле шығады, кәдімгі сәуле толық жұтылады. Бұл
жағдайда жасанды поляризаторлар жасап шығару үшін пацдаланылады.
Иодты хинин сульфаты ұсақ кристалдары жұқа пленкаға арнаулы әдіспен
енгізіледі. Сонда бұл пленка поляризатор немесе анализатор ролін атқара
алатын болады. Мұндай поляризациялық пленкалар поляроид деп аталады.
Поляроидтар жарықты мұқият поляризациялау керек емес жағдайларда
қолданылады. Поляроидтар қолайлы болғандықтан техникада қазір көп қолданыла
бастады. Мысалы поляроидтар қарсы келе жатқан автомобильдер фарларының
жарығының көзге зиянды әсерін кеміту үшін пайдаланылады.
Эллипсше және дөңгелекше поляризация.Табиғи сәуледен пайда болған
өзгеше және кәдімгі сәулелер когеренттік емес. Егер табиғи сәулені
және әр түрлі екі жазықтықта поляризацияланған екі сәулеге жіктеп,
сонан соң осы сәулелерді поляризациялық құралдардың көмегімен бір
жазықтыққа келтірсек, онда олар интерференцияланбайды. Мұның себебі, табиғи
жарықтың әр түрлі атомдармен молекулалардың шығарған тербелістері әр түрлі
жазықтықта жатады, ол тербелістер бір-бірімен байланыссыз және фаза айырымы
тұрақты емес.
Егер поляризацияланған сәулені поляризаторлар арқылы өткізсек, онда ол
кәдімгі және өзгеше сәулелерді береді. Ол сәулелер когеренттік болады.
Олардың тербеліс жазықтығын поляризатордың көмегімен бір жазықтыққа
келтірсек, онда олар интерференцияланады.

28,1 сурет
Егер екі когеренттік жазық поляризацияланған сәулелердің тербелістері
өзара перпендикуляр жазықтықта өтсе, онда олар өзара перпендикуляр
тербелістер секілді қосылып, эллипсше поляризацияланған сәулені береді.
Дербес жағдайда ол дөңгелекше поляризацияға айналады. Мына 28.1-суретте
табиғи сәуле николь призмасы арқылы өтіп, жазық поляризацияланған сәулеге
айналады. Оның жолына қойылған пластинканың қалыңдығы . Пластинканы
оптикалық ось бойымен бір осьті кристалдан кесіп алған. Оптикалық
оське перпендикуляр бағытта жазық поляризацияланған сәуле түскен. Жалпы
жағдайда, сәуле бұрышымен осіне түседі. Кристалдан бір бағытта
бір-біріне тербелістері перпендикуляр өзгеше және кәдімгі сәулелер шығады.
Бірақ өзгеше сәуле кәдімгі сәуледен озып кетеді. Сондықтан кристалдан
шыққан бұл екі сәуленің фаза айырымы бар.
Егер фаза айырымы болса, онда эллипсше поляризацияланған сәуленің
орнына, сызықша поляризация сәуле алынады.Егер поляризатордан өткен
сәуленің тербеліс бағыты кристалл осімен бұрыш жасаса, онда эллипс
дөңгелекшеге айналады.Жазық поляризацияланған сәулені дөңгелекшеге
айналдыратын пластинканың ең кіші қалыңдығы мына теңдіктен табылады:
(4)
бұдан
(5)
Мұндай пластинка кәдімгі және өзгеше сәулелердің жол айырымын тең
жағдайға жеткізеді. Сондықтан ондай пластиналарды ширек толқынды пластинка
дейді.
Ширек толқынды пластинка арқылы жазық поляризацияланған сәуле өткенде
онда оның фаза айырымы болса, онда эллисше не дөңгелекше
поляризацияланған сәуле алуға болады, керісінше пластинкасы көмегімен
сәулелердің фаза айырымы болғанда, дөңгелекше не эллипсше
поляризацияланған сәуледен, жазық поляризацияланған сәуле алуға болады.
Ширек толқынды пластинкалардың осындай қасиеттеріне байланысты, оны
көбінесе компенсатор деп те атайды.
Поляризация жазықтығының бұрылуы. Поляризация жазықтығын бұратын заттар
қатарына кварц және кейбір сұйықтар: қант ерітіндісі, скипидар т.б. жатады.
Поляризация жазықтығын бұратын заттар активті заттар деп аталады.
Егер оптикалық осіне перпендикуляр кесілген жазық параллель кварц
пластинкасын айқасқан поляризатор мен анализатор арасына орналастырса,
анализатордың көру өрісі жарық болады. Көру өрісі толық қараңғы болу үшін
анализаторды сәуленің түсу бағыты айналасында бұрышына бұру керек.
Оптикалық активті кристалдар мен таза сұйықтар үшін поляризация
жазықтығының бұрылу бұрышы, сол жарық өтетін заттың қалыңдығы -ге
тура пропорционал
6)
мұндағы -коэффициент, -бір өлшемге тең болғанда, .Онда -
ны меншікті бұрылу деп атайды. Бұрыш кездегі модификацияны оңға
бұрылу немесе оң, ал кездегіні солға бұрылу не теріс деп атайды.
Сұйықтар үшін поляризация жазықтығының бұрылуы ертінді қалыңдығы
-ге, активті заттың концентрациясы -ға пропорционал:
(7)
мұндағы, -бұрылу тұрақтысы деп аталады, -ертінді қалыңдығы. (7)
өрнегін Био заңы деп атайды. Өндірісте ерітінді концентрациясын анықтайтын
құрал сахариметр деп атайды.
Жарықтың шағылу және сыну кезіндегі поляризациялануы. Жарық екі ортаның
шекарасында шағылғанда және сынғанда азды-көпті поляризацияланады.Жарықтың
мөлдір екі диэлектрик орта шекарасында поляризациялануын
қарастырайық.Мысалы, қоңыр шыны пластинканың (72 сурет)
нүктесіне бұрыш жасап түскен сәуле одан шағылып толындағы
турмалин пластинкадан өтетін болсын.

72 сурет 73-сурет
Егер осы пластинканы шағылған жарық интенсивтігінің өзгергендігін
байқаймыз. Егер түсу бұрышы болса, турмалин пластинканы толық бір
айналдырғанда шағылған жарық интенсивтігі екі рет нольге теңеледі, яғни
жарық екі рет сөнеді. Мұның себебі: шыныдан шағылған жарық
поляризацияланған болғаны. Мұнда шыны пластинка поляризатор, турмалин
пластинка анализатор болып табылады. Осындай зерттеулер нәтижесінде
қарағанда шағылған жарық түсу жазықтығында поляризацияланады, басқаша
айтқанда онда электр векторы түзу жазықтығына перпендикуляр жазықтықта
тербеледі.
Жазық-параллель шыны пластинкадан шағылған жарықтың поляризациялану
күйін зерттегенде анализатор етіп екінші жазық- параллель шыны пластинканы
алуға да болады. Табиғи жарықтың сәулесі (73-сурет) жазық-
параллель шыны пластинкадан шағылған соң дәл сондай шыны пластинкаға
түсіп, екінші рет шағылсын, жарықтың бұлардан шағылу бұрыштары бірдей
болсын, пластинканы сәулемен дәл келетін осьтен айналдырғанда
одан шағылған жарықтың интенсивтігі өзгереді.
Сонда жарықтың және пластинкаларға түсу жазықтықтары бір-
біріне параллель болған жағдайда пластинкадан шағылған жарықтың
интенсивтігі максиьаль болады, егер сол түсу жазықтықтары өзара
перпендикуляр болса, онда шағылған жарық интенсивтілігі минималь болады.
Бұған қарағанда пластинкадан шағылған жарық түсу жазықтығында
поляризацияланған, яғни оның электр векторы түсу жазықтығына перпендикуляр
бағытта тербеледі. Егер жарықтың осы шыны пластинкалардың әрқайсысына түсу
бұрышы және оларға жарықтың түсу жазықтықтары бір- біріне
перпендикуляр болса, онда пластинкадан жарық мүлде шағылмайды. Бұл
жағдайда шағылған жарық толық поляризацияланған болады; сондағы түсу бұрышы
толық поляризациялану бұрышы, немесе Брюстер бұрышы деп аталады.
Әрбір мөлдір диэлектрик ортаның өзіне тән толық поляризациялау бұрышы
болады. Брюстардің (1815 ж.) тағайындауы бойынша жарықтың толық
поляризациялану бұрышының тангенсі жарық шағылатын ортаның жарық сыну
көрсеткішіне тең:

ьұндағы -салыстырма сыну көрсеткіші.
Бұл қорытынды Брюстер заңы деп аталады. Бұл заңды жарық тек
диэлектриктер (шыны, кварц, су т.б.) бетінен шағылғанда ғана қолданылады.

Сәуленің электр өрісінде қосарланып сынуы. Бірсыпыра қатты және сұйық
диэлектиктер, мысалы, шыны, зәйтүн майы, нитробензол т.б. электр өрісінің
әсерінен анизопроп заттарға айналады, сәулені қосарландырып сындырады. Бұл
құбылысты бірінші рет Керр (1875 ж.) ашқан, сондықтан бұл Керр құбылысы
немесе Керр-эффект деп аталады. 1930 жылы Керр құбылысы газдарда да
байқалады. Мына төмендегі 29.4-суретте, Керр құбылысын байқауға ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.