Файл қосу
Дәріс Заттағы электромагниттік толқындар
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
СЕМЕЙ қаласыныңШӘКӘРІМ атындағы МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
3 деңгейлі СМЖ құжаты
ПОӘК
ПОӘК 042-18-38-80/03-2013
ПОӘК
<<Оптика>> пәнінің
студенттергеарналған
№1 басылым05.09.2013ж.
ПӘНІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ
5В011000 - <<Физика>> мамандығы үшін
<<Физикалық оптика>>
ПӘНІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАРЫ
Семей
2014
МАЗМҰНЫ
* Глоссарий
* Дәрістер
* Машықтану сабақтары
* Зертханалық сабақтар
* Студенттің өздік жұмысы
1 ГЛОССАРИЙ
абсолют қатты дене - кез-келген екі нүктесінің арасындағы ара қашықтық өзгермей қалатын дене (материалық нүктелер жүйесі);
абсолют серпімді дене - деформациясы оны тудыратын күштерге пропорционал Гук заңына бағынатын дене;
абсолют серпімді соқтығысу - нәтижесінже, соқтығысатын денелер жүйесінің механикалық энергиясы басқа энергия түрлеріне ауыспайтын соққы
абсолют серпімсіз соқтығысу - соқтығысқаннан кейін бірге, бір жылдамдықпен қозғалатын соққы;
айналмалы қозғалыс - айналу өсі деп аталатын қозғалмайтын перпендикуляр оське қатысты жазықтықта дененің барлық нүктелері қозғалады;
айналу периоды - толық бір тербеліс жасауға кеткен уақыт;
айналу жиілігі - бірлік уақытта жасалатын толық тербеліс саны;
амплитуда - тербелетін қалыптан ең үлкен ауытқу;
барометрлік формула- атмосфералық қысымның биіктікке байланысты экспоненциалды кемуін өрнектейтін формула;
бұрыштық үдеу - бұрыштық жылдамдықтың уақыт бойынша бірінші туындысына тең векторлық шама;
бұрыштық жылдамдық - бұрылу бұрышының бірінші туындысына тең айналу осіне қатысты оң бұрғы ережесімен анықталатын вектор;
бірқалыпсыз қозғалыс - бірдей уақыт аралығында әр түрлі жол жүретін дене қозғалысы;
бірінші текті мәңгі қозғалтқыш - сыртттан алған энергиядан артық жұмыс жасайтын, периодты әрекет ететін қозғалтқыш;
гармоникалық тербеліс- синус немесе косинус заң бойынша өтетін тербеліс;
герц (Гц) - уақыт бірлігі ішіндегі бір тербеліске сәйкес тербелістер жиілігінің бірлігі;
дене импульсі - сан жағынан дененің массасының жылдамдығына көбейтіндісіне тең және бағыты жылдамдықтың бағытымен бірдей векторлық шама;
Доплер эффектісі - тербелістер қабылдаушысымен шығарушы қозғалысына байланысты тербеліс жиілігінің өзгеруі;
жылу сыйымдылық - дененің температурасын бір кельвинге арттыру үшін оған жұмсалатын жылу мөлшеріне тең шама;
жылдамдық - қозғалыс тездігін сипаттайтын векторлық физикалық шама;
өлшемдерімен формасын ескермеуге болатын массасы бар дене;
еркін жүріс жолының ұзындығы- газ молекуласының кезектес екі соқтығысуларының арасындағы уақыт ішінде жүріп өтетін жолы;
инерттілік - сыртқы әсер тоқталған кезде дененің тыныштық қалпын сақтау қасиеті;
инерциалдық санақ жүйесі - еркін материалдық нүкте бірқалыпты және түзу сызықты қозғалатын жүйе;
инерциалдық емес санақ жүйесі - инерциалдық жүйеге қатысты үдеумен қозғалатын санақ жүйесі, мүнда Ньютон заңы да, импульстың сақтау заңы да, инерция заңы да , импульстың сақталу заңы да орындалмайды;
инерция (массалар центрі) - осы жүйенің массаларының таралуын сипаттайтын нүкте орны;
кинетикалық энергия - еркін қозғалып өшетін дененің механикалық энергиясы;
күш - денелердің бір-біріне әсерінің өлшемі бола алатын векторлық шама;
консервативті емес күш - егер осы күштердің істеген жұмысы нүктенің орын ауыстыру траекториясына тәуелсіз болған кездегі әсер ететін күш
идеал газ - бөлшектердің өзара әрекеттесуі есептке алынбайтын газдың теориялық моделі
математикалық маятник - салмақсыз. Созылмайтын жіпке ілінген және ауырлық күшінің әсерінен тербеле алатын материалдық нүкте;
материалдық нүкте - берілген жағдайда идеал сұйық - ішкі үйкеліс күштері жоқ сұйық;
механика - материалдық нүктелердің механикалық қозғалысын қарастыратын физиканың бөлімі;
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 мөлшер;
нақты газ - қасиеттері молекулалардан өзара әрекеттесуіне тәуелді газсанақ жүйесі - басқа материалдық нүктелер қозғалысы қатысты қарастырылатын дене мен координаттар жүйесі және уақыт;
статика - күштің әсерінен материалық денелердің тепе-теңдік шартын қарастырады;
қозғалыс траекториясы - дененнің кеңістіктегі қалдырған ізі;
орын ауыстыру - дененің бастапқы және соңғы орындарын қосатын вектор;
орташа үдеу - жылдамдық өзгерісінің сол өзгеріс болған уақытқа қатынасына тең шама;
үдеудің тангенсал құраушысы - жылдамдық шамасының өзгеру тездігін сипаттайтын шама;
үдеудің нормаль құраушысы - жылдамдықтың бағыты бойынша өзгеру тездігін сипаттайтын шама;
ішкі күштер - механикалық жүйенің материалық нүктелері арасындағы әсерлесу күштері;
когерентті толқындар - уақыт бойынша фазалар айырымы тұрақты болып қалатын толқындар;
потенциалдық күш - орын ауыстыру жүмысы орын ауыстыру траекториясына тәуелсіз болатын жұмыс кезіндегі күш;
потенциалдық энергия - денелер жүйесінің өзара орналасуына және әсерлесу күштеріне қатысты анықталатын жүйенің механикалық энергиясы;
сыртқы күштер - жүйенің материалық нүктелеріне сыртқы денелердің әсер ету күші
термодинамика - жылулық қозғалыстың заңдылықтарын және оның заттың физикалық қасиеттеріне тигізетін ықпалын энергетикалық тұрғыдан қарастыратын ғылым
термодинамикалық жүйе - көп материалдық нүктелердің қосындысы деп саналады. Материалдық нүктелер ылғи хаотикалық қозғалысқа қатнасадыда, бір- бірімен кинетикалық энергиямен, жылдамдықпен, импульспен алмасады, бірақ олардың ішкі күй жағдайы өзгерілмейді
тепе-тең күйлер - үлкен уақыт аралығында тұйықталған жүйенің тепе-тең күйге көшкен күйі. Бұл уақыт релаксация уақыты деп аталады
термодинамиканың бірінші бастамасы - жылулық құбылыстарға арналған энергияның сақталу заңы
термодинамиканың екінші бастамасы - өздігінен температурасы төмен денеден температурасы жоғары денеге жылудың ауыса алмауы
термодинамиканың үшінші бастамасы - абсолют нөлге ұмтылғанда тепе-тең күйде дененің энтропиясының нөлге ұмтылуы
тепе-тең емес процестердің термодинамикасы - тепе - тең емес процестерді макроскопиялық сипаттаудың жалпы теориясы
термостат - тұрақты температураны ұстайтын прибор
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
электростатика- қозғалмайтын зарядтардың кеңістікте туғызған электр өрістерінің қасиеттерін зерттейтін физиканың бөлімі;
электр өрісі - көмегімен кеңістікте зарядтар арасындағы өзара әсерлесу жүзеге асатын материалдық орта;
электр өрісінің кернеулігі- өрістің берілген нүктесіндегі бірлік оң зарядқа әсер ететін күшпен анықталатын шама;
электр өрісінің потенциалы- өрістің берілген нүктесіндегі бірлік оң зарядтың потенциалдық энергиясымен анықталатын шама;
электр өрістерінің суперпозиция принципі- электр зарядтары жүйесінің қорытқы өрісінің кернеулігі әрбір жеке заряд туғызған өріс кернеуліктерінің векторлық қосындысына тең;
электрлік диполь- бір-бірінен белгілі бір ара қашықтықта орналасқан шамалары тең, таңбалары қарама-қарсы екі зарядтың жүйесін айтады.
электр тогы- зарядтың қандай да бір бет арқылы өтуі;
2 Дәрістер
Дәріс №1. Тақырып:Кіріспе. Физикалық оптика пәні.Фотометрия.
Дәріс сабағының мазмұны:
* Энергия ағынының тығыздығы.
* Умов-Пойтинг векторы.
* Дипольдің сәуле шығаруы.
* Сәулелік (геометриялық) оптиканың негізгі заңдары.
* Шағылу және сыну заңдары.
* Толық шағылу құбылысы.
* 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
* Энергия ағынының тығыздығы.
* Умов-Пойтинг векторы.
* Дипольдің сәуле шығаруы.
* Сәулелік (геометриялық) оптиканың негізгі заңдары.
* Шағылу және сыну заңдары.
* Толық шағылу құбылысы.
* Оптикалық аспаптар. Фотометрия.
Ұсынылатын әдебиеттер:
* Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977
2. Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж.
* Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970
* Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973
* 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:
* Толқындық түйдек.
* Жарықтың топтық жылдамдығы.
* Жарық толқындарының интерференциясы.
* Уақыттық және кеңістік когеренттік.
* 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:
* Толқындық түйдек.
* Жарықтың топтық жылдамдығы.
* Жарық толқындарының интерференциясы.
* Уақыттық және кеңістік когеренттік.
* Интерферометрлер
Ұсынылатын әдебиеттер:
* Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977
* Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж.
* Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970
* Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973
* Детлав А.А., Яровский В.М., Милковская Л.В. Курс физики. т. 2,3. М., Высшая школа, 1877
Дәріс № Толқындардың дифракциясы.
Дәріс сабағының мазмұны:
* Гюйгенс-Френель принципі.
* Френельдің зоналық әдісі.
* Френель дифракциясы.
* Фраунгофер дифракциясы.
* Бір саңылаудағы және көп саңылаудағы дифракция.
* 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:
* Гюйгенс-Френель принципі.
* Френельдің зоналық әдісі.
* Френель дифракциясы.
* Фраунгофер дифракциясы.
* Бір саңылаудағы және көп саңылаудағы дифракция.
* Спектрлік жіктелу. Голография.
Ұсынылатын әдебиеттер:
* Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977
* Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж.
* Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970
* Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973
* Детлав А.А., Яровский В.М., Милковская Л.В. Курс физики. т. 2,3. М., Высшая школа, 1877
Дәріс № Заттағы электромагниттік толқындар.
Дәріс сабағының мазмұны:
* Заттағы жарықтың таралуы.
* Жарық дисперсиясы.
* Жарықтың жұтылуы.
* Жарықтың поляризациясы.
* Поляризацияланған жарықты алу әдістері.
Дәріс сабағының қысқаша мазмұны:
Ортаның сыну көрсеткішінің толқын ұзындығына байланыстылығы жарық дисперсиясы делінеді . Жарықтың призмадан өткенде түрлі түсті спектрге ажырауы дисперсия салдарынан болады.
Монохроматты жарық сәулесінің призмадан өтуін қарастырайық. Сыну көрсеткіші призмаға сәуле бұрышымен түссін. Призманың екі қырынан шағылған сәуле өзінің бастапқы бағытынан бұрышқа ауытқиды.
Сәуленің өзінің алғашқы бағытынан ауытқу бұрышы ортаның сыну көрсеткішіне байланысты. Ортаның сыну көрсеткіші толқын ұзындығына байланысты. Осыдан ауытқу бұрышының толқын ұзындығына байланыстылығы шығады. Әртүрлі ұзындықты толқындар әртүрлі ауытқитындықтан призмадан ақ жарық өткенде түрлі түсті спектрге ажырайды. Бұл құбылысты алғаш рет Ньютон бақылаған. Призманың көмегімен де, дифракциялық торды қолданғандай, жарықты спектрге ажырата отырып оның спектральдық құрамын анықтауға болады.
Дифракциялық тор көмегімен толқын ұзындығын төменгі формуладан анықтауға болады
- дифракциялық тор тұрақтысы белгілі, ауытқу бұрышын өлшей отырып толқын ұзындығын анықтауға болады. Бұдан үлкен болған сайын бұрышының да үлкен болатындығы көрінеді.
Призмада ақ сәуле ортаның сыну көрсеткіші бойынша спектрге ажырайды. Толқын ұзындығы үлкейген сайын кеми береді.
Сыну көрсеткіші күлгін сәулелерге қарағанда аз болатын қызыл сәулелер призмада азырақ ауытқиды.
шамасы заттың дисперсиясы делінеді. Толқын ұзындығы азайған сайын ортаның сыну көрсеткіші арта береді. Мұндай дисперсия қалыпты дисперсия делінеді. Толқын ұзындығы азайған сайын ортаның сыну көрсеткіші де кеми бастаса оны аномаль дисперсия дейді. Дифракциялық тордың бұрыштық дифракциясы .
Максвеллдің электромагниттік теориясы бойынша ортаның абсолюттік сыні көрсеткіші
- заттың магниттік өтімділігі, - ортаның диэлектрлік өтімділігі, көптеген заттар үшін , олай болса
Осы формула арқылы анықталған сыну көрсеткішінің мәні тәжірибе нәтижелерімен сәйкес келмейді.
Лоренц теориясы бойынша жарық дисперсиясы - электромагниттік толқын мен ортаның зарядталған бөлшектерінің әсерлесуінің нәтижесі: ортаның сыну көрсеткіші жарық толқындарының жиілігі -ге байланысты шама болсын. мен арасындағы байластылық
мұнда -диелектрлік қабілеттілік, - электрлік тұрақты, - поляризация векторы.
Электромагниттік теория тұрғысынан жарық көлденең толқындарға жатады. Толқындардың электрлік және магниттік кернеулік векторлары бір-біріне және толқынның таралу бағытына перпендикуляр бағытта тербеледі.
Әдетте жарық векторына электр өрісінің векторы алынады. Сондықтан векторы тербелетін жазықтық поляризация жазықтығы делінеді. Жарық көптеген атомдардың электромагниттік сәуле шығаруларының жиынтығы болып табылады.
Атомдар бір-біріне тәуелсіз кез-келген бағытта тербеліс жасайды, сондықтан заттардың шығаратын сәулелік толқындары жарық векторының кез-келген бағыттағы тербелістерімен сипатталады. векторы (соған сәйкес) кез-келген бағытта тербеліс жасаса жарық табиғи жарық делінеді векторы сәулеге перпендикуляр бір жазықтықта ғана тербеліс жасаса оны жазық поляризацияланған жарық дейді.
Табиғи жарықты поляризаторлардан өткізіп поляризациялауға болады. Поляризатор деп тек бір ғана бағыттағы тербелістерді өткізетін құралды айтады. Поляризатор ретінде кристалдарды, мысалы, табиғи кристалл турмалинді алуға болады.
Малюс заңы бойынша анықталады
Бақылау сұрақтары:
* Заттағы жарықтың таралуы.
* Жарық дисперсиясы.
* Жарықтың жұтылуы.
* Жарықтың поляризациясы.
* Поляризацияланған жарықты алу әдістері.
Ұсынылатын әдебиеттер:
* Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977
* Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж.
* Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970
* Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973
* Детлав А.А., Яровский В.М., Милковская Л.В. Курс физики. т. 2,3. М., Высшая школа, 1877
Дәріс № Жылулық сәулелену.
Дәріс сабағының мазмұны:
* Абсолют қара дененің сәулеленуінің проблемалары.
* Кванттық гипотеза және Планк өрнегі. Фотондар.
* Жарық кванттарының энергиясы және импульсі.
* Франк және Герц тәжірибелері.
* Фотоэффект.
* Комптон эффектісі.
* Атомның сызықты спектрлері.
* Сәйкестік принципі
Дәріс сабағының қысқаша мазмұны:
Жылулық сәуленуді температураға байланысты сәуле шығарғыштық қасиетімен сипаттауға болады. Дененің интегралдық сәуле шығарғыштық қасиеті оның бірлік бет ауданынан уақыт бірлігінде шығаратын энергиясына тең.
Егер дененің сәуле шығарғыштық қасиетін -дан () жиілік диапазоны үшін қарастыратын болсақ, онда спектрлік сәуле шығарғыштық қасиеті деп аталатын -нің мәні мен мынадай байланыста болады
Денелердің интегралдық және спектрлік сәуле шығарғыштық қасиеттері бір-бірімен мынадай қатынаста болады:
Ал денелердің өзінің бетіне түскен сәулелерді жұту қабілеттілігі спектрлік жұтқыштық қабілеттілігі дейді
Бұл дененің шама бірлік ауданына уақыт бірлігінде түскен сәуленің қанша үлесінің жұтылатындығын көрсетеді. - дененің табиғатына және оның термодинамикалық температурасына байланысты бірліксіз шама. Егер дене кез-келген температурада өзіне түскен кез-келген жиіліктегі сәуле энергиясын толығымен жұтатын болса, онда ол абсолютті қара деп аталады. Бұндай денелер үшін . Ал басқа нақты денелер үшін .
Кирхгоф термодинамиканың екінші заңына және оңашаланған жүйелердегі термодинамикалық тепе-теңдік шартына сүйене отырып, денелердің сәуле шығару спектрлік тығыздығы мен спектрлік сәуле жұтқыштық қабілеттіліктерінің арасындағы сандық байланысты тағайындады. Сәуле шығару спектрлік тығыздығының спектрлік сәуле жұтқыштық қабілеттілігіне қатынасы дененің табиғатына байланысты болмайды, ол барлық денелер үшін жиіліктері мен температураларының универсал функциясы болып табылады (Кирхгоф заңы)
Абсолют қара денелер үшін болғандықтан Кирхгоф заңынан , сондықтан бұл универсал заң қара дененің энергетикалық жарқырауының спектрлік тығыздығы болып табылады. Олай болса абсолют қара дененің энергетикалық жарқырауы төмендегі формуламен анықталады: ; Абсолютті қара дененің сәулеленуін зерттеу нәтижесінде екі заң тағайындалды: Стефан - Больцман және Виннің ығысу заңы.
Ағылшын ғалымы Стефан мен Больцман термодинамикалық әдісті қолдана отырып, абсолютті қара дененің энергетикалық жарқырауы термодинамикалық температурасының төртінші дәрежесіне пропорционал екендігін тағайындаған, сондықтан Стефан-Больцман заңы деп аталады
мұнда - Больцман тұрақтысы делінеді.
Егер дене абсолютті қара болмаса, онда
Неміс ғалымы В.Вин термо- және электродинамика заңдарына сүйене отырып, берілген температурада абсолют қара дененің сәулелену спектріндегі энергияның таралу қисығында толқын ұзындығына функциясының максимумы сәйкес келетінін дәлелдеді. Ол Виннің ығысузаңы делінеді
мұндағы - Вин тұрақтысы делінеді.
Фотоэлектрлік эффект немесе фотоэффект деп белгілі бір толқын ұзындықтағы түсірілген жарықтың әсерінен металдардың электрондарды шығару құбылысын айтады. Металдардағы эффект сыртқы фотоэффект деп аталады, өйткені бұл жағдайда электрондар металдардан сыртқы қоршаған ортаға, яғни вакуумға шығады
Эйнштейн бойынша, энергияның сақталу заңымен кванттың бұл энергиясы электронның металдан шығу жұмысынын жеңуге және ұшып шығатын электронға белгілі бір энергия беруге шығындалады:
(2.11.2)
мұнда m - электрон массасы, ал -оның максимал жылдамдығы
Фотоэффект теңдеуінен электронның жылдамдығы тек түскен жарықтың жиілігіне байланысты екендігі көрінеді.
Фотоэффектіні жарықтың жұтылу кванттық сипатымен түсіндіре отырып, Эйнштейн жалпы гипотеза ұсынды: жарық ерекше жарық бөлшектері - жарық кванттары (фотондар) түрінде таралады. Жарық бір жағынан, электромагниттік толқындар болып табылады, ал екінші жағынан - ол бөлшектер жиынтығына тән бірқатар қасиеттерге ие. Осының өзі жарықтың электромагниттік өрісін элементар бөлшектердің жиынтығы- фотондар деп қарастыруға мүмкіндік береді. Фотондар белгілі бір энергияға, массаға, импульске және спинге ие.
Фотондар бөлшектер ретінде жылдамдықпен қозғалса, оларға релятивтік механика қолданылады және фотонның массасы мынаған тең болады (Эйнштейннің формуласы бойынша )
, (2.11.6)
ал оның импульсы ( формуласы бойынша)
. (2.11.7)
Фотон тек жылдамдықпен қозғалысында бөлшек, оның тыныштық массасы нөлге тең () және бұдан оның ерекше бөлшектер тегіне жататындығы көрінеді.
Рентгендік сәулеленудің электромагниттік сәулеленудің бір түрі екендігін 1895 жылы сиретілген газдардағы электр разрядтарын зерттеу кезінде Рентген ашты.. Металды электродтарда (анодта) электрондардың тежелуі кезінде сәулелену пайда болады. Сондықтан оны спектрі тұтас болып келетін тежеуші рентгендік сәулелену деп атаған. спектрді мінездейтін Кейінірек, атомдық физиканың дамуымен қатар сызықтық спектрлі сипатта характеристикалық рентгендік сәулелену зерттеле бастады.
1923 жылы қатты денелерен рентгендік сәулелердің шашырауын зерттей отырып, Комптон шашыраған сәулелерде арасында ұзындығы алғашқы сәулелермен қатар ұзынтолқындық компонентасының бар екендігін анықтады. толқын ұзындығықтарының айырымы шашыратушы материалдарға тәуелді емес және алғашқы және шашырау бағыттар арасындағы бұрышының функциясы екендігі анықталды. Тәжірибе нәтижесінде келесідей заңдылық орнатылады
Немесе мұндағы -ге тең.
Бақылау сұрақтары:
* Абсолют қара дененің сәулеленуінің проблемалары.
* Кванттық гипотеза және Планк өрнегі. Фотондар.
* Жарық кванттарының энергиясы және импульсі.
* Франк және Герц тәжірибелері.
* Фотоэффект.
* Комптон эффектісі.
* Атомның сызықты спектрлері.
* Сәйкестік принципі
Ұсынылатын әдебиеттер:
* Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977
* Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж.
* Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970
* Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973
* Детлав А.А., Яровский В.М., Милковская Л.В. Курс физики. т. 2,3. М., Высшая школа, 1877
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= 4PI 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.
1143000
4191002336801.1-сурет
Негізгі шама, электромагниттік өрісті анықтайтын, электрлік өріс кернеулік векторы болып табылады, және өріс кернеулігінің магниттік векторы.
Фотометриядеп -- оптиканың 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) Ie -- нүктелік 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 бірлігі -- ваттың 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.
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 деп -- толқынның 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..
left2520951. 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.
4572076200
Интерференциялық сурет жарықтың тікелей түсуінен қалқаланған Э экранында байқалады (2.2-сурет).
2.2-сурет
1600201854203. 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
16002096520жарық 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).
457205080Кез - 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
0372745Мұнайдыңжұқақабыршығыменқапталғансубетінде, 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 nnүшін 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.
457201028701. 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, ...)
-1524001800225Қазіргі 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.
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.
95251527810Френель 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=А1-А2+А3-А4+...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
76200-5892803.2-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
-527051593852) 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+b - тор 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.
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
7620048260анализатордан 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.
228600497840Жарық 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.
Тақырып: ЖАРЫҚТЫҢ ЗАТПЕН ӨЗАРА ӘСЕРЛЕСУІ.
Заттың жарық сындыру көрсеткішінің n жарық толқыны
ұзындығына λ тәуелділігі жарық дисперциясы деп аталады, яғни n=φ(λ). Мұндағы n заттың сыну көрсеткіші, ал λ жарықтың толқын ұзындығы.
-685801270
Дисперсия тек қана монохроматты емес жарықта байқалады.
6.1-сурет.
45720388620Жарық мөлдір призмадан өткенде жеті түрлі түске жіктеледі (9.1-сурет). α1 бұрышпен монохроматты сәуле сыну көрсеткіші сындыру бұрышы A призмаға түседі (9.2-сурет). Екі дүркін сынғаннан соң призманың оң және сол қырларында сәуле φбұрышқа ауытқиды.
6.2-сурет Егер Aжәне α1 бұрыштары аз болса, онда және . Себебі: , то одан . Сондықтан призмадан сәулелердің ауытқу бұрышы
1143000неғұрлым көп болса, призманың сындыру бұрышы солғұрлым көп болады. Мына шама заттыңдисперсиясы деп аталады. Барлық мөлдір заттар үшін заттың сыну көрсеткіші толқын 6.3-сурет ұзындығының өсуіне байланысты азаяды: (6.3суретке қараңыз). Егер жарықтың толқын ұзындықтары көбейгенде (тербеліс жиілігі азайғанда) сыну көрсеткіші кемитін болса, ондай дисперсияны қалыпты дисперсия деп атайды. Ал жарықтың толқын ұзындығы кемігенде (тербеліс жиілігі артқанда) сыну көрсеткішінің кемуі аномаль дисперсия деп аталады.
Ақ жарық мөлдір призмадан өткенде жеті түрлі түске жіктеледі. Бұл құбылысты спектр деп атаймыз. Әр түрлі жарық көздерінің спектрлерін зерттегенде, спектрдің бірнеше түрлері болатындығы тағайындалды. Қызған қатты денелер мен сұйықтар шығаратын жарықтардың спектрлері тұтас спектр болады. Мысалы, электр шамының қыл сымы қызғанда шығаратын жарығының спектрі тұтас болады.
Сиретілген газдар мен булар сызықтық спектрлер шығарады. Мысалы, инертті газдардың, сутегі, оттегі атомдарының, сондай-ақ металл буларының шығаратын жарығының спектрлері сызықтық болады.
Жарқырайтын дененің шығаратын спектрлері шығару спектрлері деп аталады. Кез келген жарық көзі шығарып тұрған жарық ағынын мөлдір зат арқылы өткізсек, онда ағын энергиясының бір бөлігін зат жұтып алады. Заттар толқын ұзындықтары әр түрлі жарық сәулелерін бірдей жұта бермейді. Қызған кезінде зат қандай толқын ұзындықтағы сәуле шығаратын болса, ол сондай толқын ұзындықтағы сәулені жақсы жұтады. Демек, атомдардың жұтылу сызықтары олардың сәуле шығару сызықтарына сәйкес келеді. Бұл Кирхгоф заңы делінеді.
Заттың құрамын оның сәуле шығару спектрі бойынша анықтау спектрліканализ деп аталады.
Спектрлік анализ металлургияда, биологияда, химияда, физикада тағы басқа салаларда қолданылады.
Жарықтың (абсорбциясы) жұтылуы Жарық толқыны басқа зат арқылы өткенде сол затты құрайтын атомдардың электрондарын еріксіз тербеліске келтіреді. Оған жарық толқынының біраз энергиясы жұмсалады. Сөйтіп, жарық толқыны бірте-бірте өше береді. Осы процесті жарықтың әлсіреуі деп атайды. Сонымен қатар жарық толқынының келесі бір бөлігі энергияның басқа түріне айналып кетеді.
Жарық толқыны энергиясының заттың ішкі энергиясының басқа түріне айналып кетуін жарықтыңжұтылуы деп атайды. Біртекті ортаға сәулелерін параллель түсіріп тұрған монохромат жарықтың жұтылуын П. Бугер мен И. Ламберт анықтап берді: Өте кішкене бірдей қалыңдықтағы (d) жарықтың азаюы (dI) осы қашықтыққа және жарықтың күшіне (I) тура пропорционал болады;
,мұндағы α -- жұтылу коэффициенті, ол заттың табиғаты мен толқын ұзындығына байланысты. Қалыңдығы -ге тең денеден өткенде жарықтың жұтылу теңдеуі:
бұл Бугер-Ламберт заңы деп аталады, мұндағы I0 - жарықтың денеге түскен кездегі интенсивтігі, I - жарықтың денеден шыққаннан кейінгі интенсивтігі.
Тақырып: Жарықтың шашырауы
Біз жарықтың жұтылуын қарастырғанда жарық таралатын орта оптикалық біртекті деп алғанбыз. Ал шын мәнінде жарық таралатын орта қанша таза болғанымен оптикалық біртекті ортаға жатпайды. Мысалы, сұйық ішінде газ ерітінділері, ұсақ қатты денелер жүруі мүмкін. Олай болса, ол оптикалық біртекті ортаға жатпайды. Оны бұлдыр орта деп атайды. Жарық толқыны бұлдыр ортада таралғанда оның ішінде жүрген бөгде бөлшектер жарықтын, таралу бағытын өзгертеді. Оны жарықтың шашырауы деп атайды. Жарық бұлдыр ортада таралғанда бның, интенсивтігі кемиді. Шашыраған жарық интенсивтігі (I) төрт дәрежелі жарық тербелісі жиілігіне тура (), ал төрт дәрежелі толқын ұзындығына кері пропорционал болады.
I4.
Бұл заңдылықты алғаш рет 1871 жылы Рэлей тағайындады. Сондықтан Рэлей заңы деп аталады. Егер оптикалық ортадағы бөлшектің мөлшері rжарықтың толқын ұзындығына тең немесе одан кіші болса (r), онда жарықтың шашырауы байқалады. Мұны Рэлейше шашырау деп атайды. Шындығына келгенде жарықтың бұлдыр ортадан шашырауын алғаш реттеген ағылшын физигі Тиндаль болатын. Сондықтан жарықтың шашырауы кейде Тиндаль эффекті деп те аталады. Жарық толқыны неғұрлым қысқа болса, соғұрлым ол көбірек шашырайды.
Құрамында ешқандай бөгде заттар болмаса, біртекті ортада да жарықтың шашырауы байқалады. Бұл кездегі шашырау ортаның температурасына байланысты. Сұйықтың немесе газдың температурасы өзгергенде, оның молекулаларының қозғалыс жылдамдығының өзгеретіні мәлім. Олай болса, біртекті оптикалық ортаның тығыздығы барлық жерінде бірдей болмайды. Тығыздықтың өзгеруі салдарынан ортаның жарық сыну көрсеткіші бір нүктеден екінші нүктеге көшкенде өзгеріп отырады. Ендеше, молекулалар мен атомдардың жылулық қозғалысы нәтижесінде орта оптикалық біртекті болмайды.
Міне, осы кездегі шашырауды жарықтың молекулалық шашырауыдеп атайды. Біз қысқа жарық толқындарының ұзын жарық толқындарына қарағанда көбірек шашырайтынын айттық. Ендеше шашыраған табиғи жарық құрамында көгілдір, көк және күлгін түсті сәулелер басым келеді. Сондықтан атмосферада шашыраған күн сәулесінің түсі бізге көкшіл болып көрінеді. Ашық күндері аспанның көгілдір болып көрінуі күн сәулесінің жолындағы ұсақ бөлшектердің шағылысуынан деп түсіндіруге болады. Ақ жарықтың қысқа толқынды (көк, көкшіл, күлгін) сәулелері жолында кездескен кедергіге соқтығысып шашырап кетеді де, атмосфера қабатына ұзын толқынды (қызыл, қызғылт, сары) сәулелер өтеді. Сондықтан күннің қызарып шығуы мен батуы түрлі-түсті сәулелердің (қызылдан күлгінге дейінгі) атмосферадан өткенде түрліше шашыраумен түсіндіріледі.
Тақырып: Жылулық сәуле шығару
Денелердің жарқырауы, яғни денелердің электромагниттік толқындар шығаруы әртүрлі энергия түрлері арқылы орындалуы мүмкін. Егер электромагниттік толқындар тек қана ішкі энергия арқылы шығарылатын болса, оны жылулық сәулешығару деп атайды. Жарқыраудың қалған түрлерінің барлығы ішкі энергиядан басқа кез келген энергия түрлерімен қоздырылса, оларды люминесценция деп атайтыны белгілі. Жылулық сәуле шығару тепе-теңдік процеске, ал қалған сәуле шығарудың түрлері тепе-теңдік емес процестерге жатады. Тепе-теңдік күйлер мен процестерге термодинамика заңдарын қолдануға болады Температурасы абсолют нөлден жоғары кез-келген дене (қатты дене, сұйық) дене энергия бөледі. Қызған денелер де жарық шығарады. Кызған денелердің сәулеленуі (жарық шығаруы) белгілі жағдайда тепе-теңдік күйге түседі. Себебі шығарылған энергия жұтылуы мүмкін. Мысалы, қабырғалары айна бетіндей жалтыраған қуыс ыдыс алайық. Оның кабырғалары жылу өткізбейді делік. Осы ыдыстың ішінде температуралары әр түрлі екі дене болсын. Температурасы жоғары дене жылу шығарады да, оны температурасы төмен дене жұтады. Сөйтіп,аздан кейін олардың температуралары бірдей болады, яғни екі дене жылулық тепе-тендік күйге түседі. Бұл күй динамикалық сипатқа ие болуы мүмкін.
Электромагниттік сәулелердің шығару және жұту процестері мына шамалармен сипатталады:
1)дененің сәуле шығарғыштық қабілеті(Е) деп бірлік ауданнан бірлік уақыт ішінде шығарылатын сәулелік энергия мөлшерін айтамыз, ол Дж/(с* м2) өлшенеді;
2)дененің сәуле жұтқыштық (А) қабілеті деп дененің жұтқан энергиясының оған берілген энергиясына қатынасын айтамыз. Егер дене өзіне түскен кез келген температурадағы және кез келген ұзындықтағы жарықты түгел жұтатын болса, ондай денені абсолют қара дене деп атайды. Абсолют қара дене үшін А = 1 болады.
Кирхгоф заңы.Тұйық жүйедегі денелердің сәуле шығару және жұту қабілеттерін зерттей келіп неміс физигі Г. Р. Кирхгоф (1859) мынадай заң ашты:
Денелердің температурасы бірдей болғанда олардың сәуле шығарғыштық қабілетінің сәуле жұтқыштық қабілетіне қатынасы денелердің табиғатына байланыссыз және сол температурадағы абсолют қара дененің сәуле шығарғыштық қабілетіне тең:
абсолют қара дененің сәуле шығарғыштық және сәуле жұтқыштық қасиеттері.
Дененің сәуле шығарғыштық немесе сәуле жұтқыштық қабілеттері спектрдің бір алқабына (белгілі толқын ұзындығы мәніне) қатысты алынғанда да Кирхгофтың жоғарғы заңы орындалады. Сонда Кирхгоф заңы былай айтылады: бірдей температурадағы және белгілі толқын ұзындығындағы () дененің сәуле шығарғыштық қабілетінің сәуле жұтқыштық қабілетіне қатынасы денелердің табиғатына байланысты болмайды және ол қатынас сол температурадағы және сол ұзындықтағы абсолют қара дененің сәуле шығарғыштық қабілетіне тең болады, яғни:
Табиғатта абсолютті қара дене болмайды. Дегенмен қасиеттері абсолютті қара денеге өте ұқсас қондырғылар жасауға болады. Мұндай қондырғыны кішкене ғана тесігі бар тұйық қуыс деп қарастырсақ, онда осы қуысқа кірген сәуле тесіктен қайта шығу үшін қуыстың ішінде көптеген шағылыстарға ұшырайды. Әрбір шағылыс кезінде сәуле энергиясының бөлігі жұтылып отырады, сондықтан іс жүзінде кез келген жиілігі бар сәуле осындай қуыспен толық жұтылады. Кирхгоф заңы бойынша осындай қондырғының сәуле шығару қабілеттілігі жиілік функциясына жақын, Т - қуыс қабырғасының температурасы.
Абсолют қара дене спектріндегі энергияның жіктелуі өткен ғасырда зерттелген болатын. Соның нәтижесінде абсолют қара дененің екі заңы ашылды:
Стефан-Больцман заңы. Абсолют қара дененің толық (барлық спектр ойынша) сәуле шығару қабілеті онын, абсолют температурасының төртінші дәрежесіне тура пропорционал: яғни:
= ;
Мұндағы = 5,7*10 [8] ВТ/(см[2]*К[4]) - Стефан-Больцман тұрақтысы.
Вин заңы. Абсолют қара дененің максимум энергиясына сәйкес келетін толқын ұзындығы, оның абсолют температурасына кері пропорционал болады:
;
Мұндағыb = 2898 мкм*К.
Абсолютқарадененін, спектрліксәулеленуқабілетініңтолқынұзындығыментемпературағатәуелділігібылайөрнектеледі:
()а.қ.д.=f(),бұл Кирхгоф функциясы деп аталады.
Бұл функцияның шешімін табуға көптеген физиктер ат салысты, оны Рэлей мен Джинс тапқан:
Сондықтан бұл Рэлей - Джинс заңы деп аталады. Ұзын толқындар үшін, Рэлей - Джинс формуласы эксперимент қорытындысымен үйлесіп кетеді де, қысқа толқындар кезінде экспериментпен Рэлей - Джинс формуласы дәл келмейді. Ультракүлгін сәулелер үшін бұл заң ешқандай физикалық мәнге ие болмайды. Бұ <<ультракүлгіндік апат>> деп аталады. Сонымен классикалық физика заңдары маңызды эксперимент фактілерін теориялық тұрғыдан дәлелдеп бере алмады, бұл дағдарыстан шығудың жолын 1900 жылы М. Планк тапты. Ол жарық дискретті, бөлек-бөлек порциялармен шығарылады және жұтылады деп есептеді. Жарық кванттан (фотоннан) тұрады дегенді ұсынды. Фотонның энергиясы, массасы және импульсы болады.
Фотонның энергиясы жарық жиілігімен не толқын ұзындығымен анықталады: =;
Мұндағы - Планк тұрақтысы.
Фотонныңмассасы
Тыныш тұрған фотонның массасы жоқ қозғалыстағы фотонда ғана масса бар. Себебі фотон қозғалысын тоқтатқанда ол жоқ болып кетеді, оны (фотонды) атом немесе молекула жұтып қояды. Ал оның энергиясы энергияның басқа түріне айналады. Фотонның заряды жоқ. Оның жылдамдығы вакуумдағы жарық жылдамдығына тең. Фотонның импульсы:
немесе ;
Жарықтың фотоннан (кванттан) құралатындығын басшылыққа ала отырып Планк абсолют қара дененің сәулелену қабілетін сипаттайтын формула тапты:
Мұндағы с -- жарықтың вакуумдағы жылдамдығы, k - Больцман тұрақтысы. Бұл формуланы кез келген ұзындықтағы жарық толқынына қолдануға, сондай-ақ одан Стефан-Больцман, Вин заңдарын да шығарып алуға болады. Аталған заңдардың қолданылатын жері өте көп. Мысалы, аспан денелерінің (жұлдыздардың) шығарып тұрған толқын ұзындығын білсек, онда Вин заңы бойынша оның температурасын таба аламыз. Мысалы, Күннің жарығынан толқын ұзындығы = 0,48 мкм десек, онда оның температурасының Т = 5800К екенін Вин заңын пайдаланып табуға болады. Абсолют қара денелердің температурасы Стефан-Больцман заңымен табылады. Онда дененің шығарып тұрған энергиясы радиациялық пирометр деген құрылғымен өлшенеді. Кирхгоф заңымен заттардың құрамын тексеруге болады. Осы заңның негізінде спектрлік анализ әдісі қолданылады.
Тақырып: Люминесценция
Люминесценция деп молекулалардың, атомдардың, иондардың және де басқа күрделі комплекстердің қозған күйден бейтарап күйге өтер кездегі жарық шығаруын айтады. Денелердің жарқырауы, яғни денелердің электромагниттік толқындар шығаруы әртүрлі энергия түрлері арқылы орындалуы мүмкін. Егер электромагниттік толқындар тек қана ішкі энергия а рқылы шығарылатын болса, оны жылулық сәулешығару деп атайды. Жарқыраудың қалған түрлерінің барлығы ішкі энергиядан басқа кез келген энергия түрлерімен қоздырылса, оларды люминесценция дейді.
Атомдардың және молекулалардың жылулық қозғалысы нәтижесінде денелердің жарық шығаруыи люминесценциямен шатыстыруға болмайды. Жарықтың шағылуы, шашырауы, Вавилов-Черенков эффектісі және денелердің басқа да жарық шығаруы люминесценцияға жатпайды. Солтүстік жарқыл, кейбір жәндіктердің, минералдардың, шіріген ағаштардың жарқырауы табиғатта кездесетін люминесценция құбылысына жатады.
Люминесценцияның негізгі заңдарын ашуда С. И. Вавилов бастаған ғалымдардың еңбегі аса зор.
Люминесценцияны қоздырудың әдістеріне байланысты олардың бірнеше түрі бар:
* Фотолюминесценция. Люминесценцияның бұл түрі көзге көрінетін және ультракүлгін сәулелерінің әсерінен пайда болады. Фотолюминесценцияға мысал ретінде кейбір люминофорлармен боялған сағат циферблатының жарқырауын келтірсекте жетеді.
2.Рентгенолюминесценция рентген сәулелерінің әсерінен пайда болады. Оны рентген аппаратының экранынан бақылауға мумкіндік бар.
3.Радиолюминесценция деп заттардың (люминофорлардың) , және сәулелерінің әсерінен жарқырауын айтады. Люминесценцияның бұл түрі сцинтилляциялық есептеуіштердің (счетчиктердің) экрандарында пайда болады.
* Катодлюминесценция электрондық сәулемен шығарылады. Оны телевизордың, осциллографтың және т. б. электронсәулелік құралдардың экранынан бақылауға мүмкіндік бар.
* Электролюминесценция электр өрісінің көмегімен шығарылады. Оны газ разрядты түтіктерде байқауға болады.
* Хемилюминесценция заттардағы химиялық процестердіңнәтижесінде пайда болатын құбылыс. Оған мысалға ақ фосфордың, шіріген ағаштың және кейбір жәндіктердің, өзен жануарларының жарқырауын келтірсек те жеткілікті.
* Сонолюминесценция құбылысы кейбір сұйықтардың ерітінділерінен ультрадыбыс толқындары өткенде пайда болады.
Жарқырауының ұзақтығына қарап люминесценцияны флуоресценция (тез өшіп қалатын люминесценция) және фосфоресценция (ұзақ жарқырайтын люминесценция) деп екіге бөледі. Люминесценцияны бұлай бөлу тек шартты түрде ғана болып есептеледі. Өйткені ол екеуінің арасында белгілі бір меже қою қиын.
Люминесценцияны классификациялаудың ең дұрыс жолын ұсынған Вавилов. Ол люминесценцияны: резонанстық, спонтанды (өздігінен),
еріксіз (метастабильді) және рекомбинациялық люминесценциялық процестер деп классификациялады. Резонанстық люминесценцияны көбінесе резонанстық флуоресценция деп атайды. Резонанстық флуоресценцияда флуоресценцияның толқын ұзындығы өзін пайда қылатын жарық толқынының ұзындығымен бірдей болады. Егер атомдар (молекулалар) негізгі энергетикалық күйден қозған күйге өтсе немесе бір қозған күйден екінші қозған күйге өтсе, онда резонанстық люминесценция байқалады. Резонанстық люминесценция газдарда, сұйықтарда және қатты денелерде байқалады. Әсіресе резонанстық люминесценцияны сиретілген атом буларында жақсы байқауға болады.
Кейбір молекулалар ұзақ жарқырайды. Бұл электрондардың метастабильді деңгейге келіп түсуінен пайда болатын құбылыс. Метастабильді деңгейлер қозған күй деңгейлерінен төмендеу орналасады. Метастабильді деңгейлер үстіңгі жақтардан толтырылып отырады. Бұл жағдайда көптеген молекулалар әдетегі қозған күйден метастабильді деңгейге келіп орналасады. Бұл кезде ол молекулалар өзінің энергиясының біразынан айырылып қалады.
Молекулалар метастабильді күйде 10-4 секундтен бүтін секундке дейін тұра алады. Осы уақыт ішінде молекулалардың өте жай жарқырауы байқалады.
Рекомбинациялық люминесценция қоздырушы энергияның әсерінен бөлініп кеткен бөлшектердің өзара бірігуі (рекомбинация) нәтижесінде пайда болатын құбылыс. Газдарда радикалдардың немесе иондардың бірігуі нәтижесінде қозған молекулалар пайда болады. Осы қозған молекулалар негізгі күйге өткенде люминесценция туындайды. Рекомбинациялық люминесценция кристаллофосфорларда және шала өткізгіштерде (германий, кремний) байқалады.
Люминесценция поляризация күйімен және спектрмен сипатталады. Люминесценция спектрі және оған әсер ететін факторлар спектроскопия бөлімінде зерттеледі. Көбінесе люминесценцияның интенсивтілігінің орнына шығарылған энергияның қоздырушы (жұтылған) энергияға қатынасы алынады. Бұл шаманы люминесценция шығымы деп атайды. Стационар, яғни тұрақты жағдайда люминесценция шығымы шығарылатын және жұтылатын қуаттардың қатынасымен анықталады. Фотолюминесценцияның кезінде квант деп аталатын ұғым енгізіледі де, шығым спектрі қарастырылады. Басқаша айтқанда, шығымның қоздырғыш жарықтың жиілігіне байланыстылығы қарастырылады. Вавилов заңы мен Стокс ережесін қараңыз. Сондай-ақ люминесценция поляризациясы поляризациялық диаграммалармен сипатталады (поляризациялық люминесценцияны қараңыз).
Люминесценция кинетикасы, яғни жарқыраудың уақытқа байланыстылығы, шығарудың интенсивтігінің қоздыру интенсивтігіне байланыстылығы және люминесценцияның басқа факторларға (мысалы температураға) байланыстылығы люминесценцияның маңызды сипаттамалары болып саналады. Қозу тығыздығы аз және қозған атомдардың саны аз болған кезде резонанстық люминесценцияның өшу кинетикасы экспоненциалдық сипатта болады:
- қозған күйдің орташа өмір сүру ұзақтығын көрсететін уақыт;
-- жарқырау ұзақтығы. Қозу тығыздығы артқан сайын өшудің экспоненциалдық заңы дәл орындала бермейді. Резонанстық люминесценцияның квант шығымы 1-ге жақын болады. Спонтандық люминесценцияның өшу кинетикасы экспоненциалды заңмен сипатталса, рекомбинациялық люминесценцияның кинетикасы өте күрделі болып келеді. Ол рекомбинациясы ықтималдығына, молекулалардың электрондарды қамтуына не оларды босатуына және температураға байланысты болады. Бұл кезде өшу заңы екінші дәрежелі гипербола заңымен анықталады:
Мұндағы Р - тұрақты сан. Өшудің мұндай заңы өте сирек, ал гиперболалық заңы жиірек кездеседі. Ол Беккерель формуласымен сипатталады:
,
Люминесценцияның өшу уақытының 10-8 секундтан бірнеше сағатқа дейін созылуы мүмкін. Егер сөндіру процесі жүріп жатса, онда люминесценция шығымы және өшу уақыты қысқарады. Сонымен люминесценция шығымы люминесценцияны сөндіру дәрежесіне байланысты. Сондай-ақ люминесценцияны қандай бір болмасын заттың өзіндік қасиеті деп қарастыруға болмайды.
Люминесценцияның спектрін, кинетикасын және поляризациясын зерттеу заттардың энергетикалық күйінің спектрін, молекулалардың кеңістік құрылымын, энергия миграциясын зерттеп білуге үлкен мүмкіндік туғызады.
Люминесценцияны зерттеу үшін оның жарқырауын тіркейтін спектрофотометрлер деп аталатын приборлар қолданылады. Өшу уақытын тіркеу үшін тауметр, флуорометр деген приборлар пайдаланылады. Люминесценттік әдіс қатты денелер физикасында кеңінен қолданылады. Кейбір биологиялық объектілердің люминесценциясын зерттеудің нәтижесінде клеткаларда болып жатқан процестерді зерттеп білуге мүмкіндік туды. Люминесценциялық жарықтың және люминесценция шығымының әжептәуір болуы жарықтың люминесценттік көздерін жасауға мүмкіндік берді (люминесценттік шам). Ядролық физикада радиолюминесценция кеңінен пайдаланылады (люминесценттік камера, сцентилляциялық счетчиктер). Люминесценттік бояулармен жол бойына қойылатын белгілерді, маталарды бояйды (люминофорлар). Люминесценция дефектоскопияда кеңінен қолданылады.
Көптеген ауыл шаруашылығы өнімдерінің сапасы химиялық әдіспен тексеріледі. Бұл әдіс өте күрделі және өте қымбат құралығы мен реактивтерді қажет етеді. Сонымен қатар бұл әдіспен өнімнің сапасын анықтағанда өте көп уақыт кетеді. Сондықтан да ауыл шаруашылығы өнімдерінің сапасын тексеру үшін люминесценттік әдіс пайдаланылады.
Люминесценттік талдау деп заттарға ультракүлгін рентген гамма сәулелерімен және электрондар ағынымен әсер еткенде олардан оптикалық сәулеленудің (люминесценттік жарқырау) пайда болуын айтады. Бұл әдіспен кез келген заттың сапасын бүлдірмей, оны өте тез анықтауға болады. Люминесценттік жарқыраудың спектрлік құрамы оны шығаратын толқын ұзындығына емес, тексеріліп отырған заттың құрамына, оның молекуласының құрамы мен күйіне тығыз байланысты. Сөйтіп люминесценцияның интенсивтігі мен спектрлік құрамына қарап ауыл шаруашылығы өнімдерінің сапасы мен сортын анықтауға болады. Люминесценттік талдау субъективті және объективті болып екіге бөлінеді. Ультракүлгін сәуле түсіргеннен кейін зат люминесценттік жарқырайды. Осы жарқырауды адам көзімен көріп бағалайтын болса, онда оны субъективті деп, ал құрылғы (мысалы фотоэлемент) арқылы бақыланса, онда - объективті деп атайды.
Люминесценцияның спектрограммаларын түсіріп алу үшін әр түрлі спектрофотометрлермен спектрографтар пайдаланылады. Бұл объективті әдіс дәл болғанымен қымбатқа түседі. Сондықтан да субъективті әдіс көбірек пайдаланылады. Мысалы, сүттің сапасын субъективті люминесценттік әдіспен тексердік делік. Егер сүт жаңа сауылған болса сары жасыл түс, сүт бұзылған болса ол көк түспен жарқырайды. Сиыр еті жас болса ол қызыл-күлгін, бұзылған ет көгілдір-жасыл түске енеді. Бұзылмаған тауық жұмыртқасы ашық бүлдірген түске енсе, бұзылған жұмыртқа көк-күлгін түс береді.
Жылулық сәуле шығару тепе-теңдік процеске, ал қалған сәуле шығарудың түрлері тепе-теңдік емес процестерге жатады. Тепе-теңдік күйлер мен процестерге термодинамика заңдарын қолдануға болады.
Кирхгоф заңы. Дененің энергетикалық жарқырауы R, дененің сәуле шығару қабілеттілігімен rкелесі қатынаспен байланысқан:
R (11.1)
Айталық, dФ-аудан элементіне түскен сәулелік энергия ағыны болсын, ал dФдененің ағынды жұтқан бөлігі болсын. Онда өлшемсіз шама
(11.2)
дененің жұту қабілеттілігі деп аталады. Абсолютті қара дене үшін , егер болса, онда дене сұр болады.Кирхгоф заңы былай оқылады: дененің сәуле шығару қабілеттілігінің оның жұту қабілеттілігіне қатынасы дененің табиғатына байланысты емес, ол барлық денелер үшін бірдей жиіліктің (толқын ұзындығының) және температураның функциясы болып табылады:
(11.3)
немесе (11.4)
f(- функциясын (универсалдық функция) абсолютті қара дененің сәуле шығару қабілеттілігі деп атауға болады.
Тепе-теңдік жылулық сәуле шығарудың спектрлік құрамының сыйпаттамасын теория жүзінде қарастырғанда жиілік функциясын қолдануға ыңғайлы, ал тәжірибелік зерттеулерде толқын ұзындығының функциясын қарастырған жөн. Екі функция бір-бірімен келесі формуламен байланысты:
7-1 сурет.
(11.5) Табиғатта абсолютті қара дене болмайды. Дегенмен қасиеттері абсолютті қара денеге өте ұқсас қондырғылар жасауға болады. Мұндай қондырғыны кішкене ғана тесігі бар тұйық қуыс деп қарастырсақ, онда осы қуысқа кірген сәуле тесіктен қайта шығу үшін қуыстың ішінде көптеген шағылыстарға ұшырайды. Әрбір шағылыс кезінде сәуле энергиясының бөлігі жұтылып отырады, сондықтан іс жүзінде кез келген жиілігі бар сәуле осындай қуыспен толық жұтылады. Кирхгоф заңы бойынша осындай қондырғының сәуле шығару қабілеттілігі жиілік функциясына жақын, Т - қуыс қабырғасының температурасы. Егер қуыс қабырғасын белгілі бір температурада Т ұстап тұрса, онда тесік арқылы шығатын сәуле спектрлік құрамы жағынан абсолютті қара дененің шығару сәулесіне жақын болады. функциясының тәртібін тәжірибелік зерттеу нәтижелері 7.1-суретте көрсетілген.
Тепе-теңдік күйде шығару сәулесінің энергиясы қуыстың көлемі бойынша белгілі энергия тығыздығымен u = u(T) үлестіріледі. Бұл энергияның спектрлік үлестірілуін u (-функциясымен сыйпаттауға болады, ол шартымен анықталады, мұндағы -жиілік интервалына келетін энергия тығыздығының бөлігі. Энергияның толық тығыздығы u (T) энергияның спектрлік үлестірілуімен u ( келесі формуламен өрнектеледі
u(T) = (7.6)
Универсалды функция тығыздықтың спектрлік үлестірілуімен байланысты
f( (7.7)
Стефан-Больцман заңы абсолютті қара дененің энергетикалық жарқырауын оның абсолюттік температурасымен байланыстырады:
R = . (7.8)
мұнда -Стефан-Больцман тұрақтысы.
Виннің ығысу заңы абсолюттік температураны - функциясының максимумына сәйкес келетін толқын ұзындығымен байланыстырады: T.
b- тұрақты шама, тәжірибемен анықталған сандық мәні:
b = 2,90 10 м .К.
7.2- сурет.
Рэлей-Джинс формуласы:
u(. (7.9)
f(. (7.10)
Бұл формулалар тәжірибе нәтижелеріне толқын ұзындықтары үлкен облыста 7.2-сурет) ғана қанағаттандырарлық түрде сәйкес келеді де, ал қысқа толқындық облыстарда тіпті сәйкес келмейді (7.2-сур). (12.2) формуланы (11.6) өрнекке қойғанда, тепе-теңдік энергия тығыздығы u (T) үшін шексіз үлкен мән алынатыны көрініп тұр. Ультракүлгін күйреудеп аталған бұл нәтиже, жасалған тәжірибелерге қайшы келеді. Сәуле шығару мен сәуле шығаратын дене арасындағы тепе-теңдік u (T) функциясының шекті мәнінде ғана орындалады.
Планк формуласы. (1900 г.). h немесе - Планк тұрақтысы. Квант энергиясының шамасы сәуле шығару жиілігіне пропорционал болып келеді
(12.4)
Жиілігі болған сәуле шығару энергиясының орташа мәні келесі түрде өрнектелетінін көрсетуге болады:
(12.5)
онда f( (12.6)
(12.6) - Планк формуласы деп аталады, ол тепе-теңдік сәуле шығаруды дәл суреттейді.
Тақырып:ФОТОЭФФЕКТ
Электромагниттік сәуле әсерінен заттың электррондар шығаруы сыртқы фотоэффект деп аталады. Электромагниттік сәуле әсерінен электрондардың сыртқа шығып кетпей жартылай өткізгіш немесе диэлектрик ішінде байланысқан күйден бос күйге көшуін ішкі фотоэффект деп атайды.
Сыртқы фотоэффект заңдары: 1. Столетов звңы: түскен жарық жиілігінің белгілі бір мәнінде катодтан жұлынып алынған электрондар саны жарық интенсивтігіне пропорционал.
2. Фотоэлектрондардың ең үлкен бастапқы жылдамдығы түскен жарық интенсивтігіне байланысты емес,ол тек жиілікпен анықталады.
3. Әрбір зат үшін фотоэффектінің қызыл шекарасы, яғни жиіліктің одан төмен мәнінде фотоэффект құбылысы болмайтын ең аз мәні болады.
А. Эйнштейн 1905 жылы фотоэффект құбылысын және оның заңдылықтарын өз құрған фотоэффектінің кванттық теориясы негізінде түсіндіруге болатындығын көрсетті. Ол зат жарықты кванттап қана шығармайды, әрі кванттапжұтады деген. Энергияның сақталу заңын басшылыққа алып эйнштейн зат жұтқан бір квант энергиясы электронды заттан А шығару жұмысы мен электронға ең үлкен кинетикалық энергия беруге жұмсалады (13.1 өрнек). Эйнштейн формуласы: (8.1)
Фотоэффект құбылысының пайда болу шарты
(8.2)
А - электрондардың шығу жұмысы.
немесе (8.3)
Жиілік немесе толқын ұзындығы - фотоэффекттің қызыл шекарасы.
Боте тәжірибесі. Фотондар туралы ұғым. Фотонның энергиясы және импульсы. Фотонның тыныштық күйдегі массасы.
КОМПТОН ЭФФЕКТІ
7.3- сурет.
Комптон эффекті (1923 г.). А. Комптон рентген сәулелерінің әр түрлі заттардан шашырауын зерттеп, шашыраған сәулелердің ішінде бастапқы толқын ұзындығы сәулелерімен қатар толқын ұзындықтары үлкенірек сәулелер бар екенін анықтады:
(7.3)
7.4-сурет
бастапқы сәуле бағыты мен шашыраған сәулелердің бағыттарының арасындағы бұрыш. Сонымен -айырымы толқын ұзындығына және заттардың табиғатына байланысты болмай шыққан. 14.1-суретте тәжірибе схемасы көрсетілген. 14.2-суретте монохроматты (сыйпаттамалық) молибденнің сәулелерінің (сызығы) графиттен шашыраған рентген сәулелерін зерттеу кезінде алған нәтижелер көрсетіл-ген. а қисығы бастапқы сәулені сыйпаттайды. Қалған қисық сызықтар әр түрлі шашырау бұрыштарына арналған, олардың мәндері суретте көрсетілген. Ордината өсі бойымен сәуле интенсивтілігі салынған, ал абсциссада -толқын ұзындығы.
7.5-сурет.
Комптон эффектінің ерекшіліктерін шашырауды рентген фотондарының іс жүзінде еркін электрондармен серпімді қақтығысу процесі ретінде қарастырып түсіндіруге болады. Егер тыныштық күйдегі еркін электронға энергиясы және импульсы к фотон түссе(31 сур.), онда энергияның және импульстің сақталу заңдарын қолдана отырып, келесі өрнекті алуға болатынын көрсетуге болады:
(14.2)
мұндағы (14.3)
(14.3) комптонның толқын ұзындығы деп аталады. өрнегімен анықталған электоронның комптондық толқын ұзындығының мәні
.Егер мәнін (14.2) формулаға қойса, онда Комптонның өлшеуден алған нәтижелері және кейінгі өлшеулердің бәрі сол формуланың нәтижесіне әбден сәйкес келеді.
3 ПӘНДІ ОҚУҒА АРНАЛҒАН ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУ
Зертханалық сабақтар өткізуге арналған әдістемелік нұсқау
1Шамның жарық күшін Луммер - Бродхун фотометрімен анықтау
Жұмыстың мақсаты: қыздыру шамының жарық күшінЛуммер- Бродхун фотометрі көмегімен анықтау. Жарық шамаларын өлшеу тәсілдерін меңгеру.
Зертханалық жұмыстың әдістемелік нұсқауына сәйкес өлшеулер жүргізіп,төмендегі сұрақтарға жауап беру:
* Луммер- Бродхун фотометрінің құрылысын,жұмыс принципін түсіндіріңіздір.
* Жарық шамаларын сипаттаңыздар.Олардың өлшеу бірліктерін атаңыздар
* Жарықталыну заңының өрнегін жазыңыздар
2 Френель бипризмасының көмегімен жарықтың толқын ұзындығын анықтау
Жұмыстың мақсаты: Бипризманың көмегімен жарықтың интерференция құбылысын бақылау және жарықтың толқын ұзындығын эксперимент жүзінде анықтау.
Зертханалық жұмыстың әдістемелік нұсқауына сәйкес өлшеулер жүргізіп,төмендегі сұрақтарға жауап беру
* Интерференциялық бейне алу үшін қажетті шарт қандай?
* Когерентті көздерді алудың қандай тәсілдерін білесіз?
* Интерференциялық көріністің берілген нүктесінде жарықтанудың максимумын және минумумын алудың шарты қандай?
* Жұмыста интерференциялық жолақ формасы неге түзу болады?
* Жалған жарық көздердің қашықтығы қалай анықталады?
* Неліктен бипризманың бұрышы 180[0]-қа жуық болуы керек?
* Френель бипризмасының көмегімен жарықтың толқын ұзындығы қалай анықталады?
3 Ньютон сақиналары әдісімен жарық толқыны ұзындығын анықтау
Жұмыстың мақсаты: интерференция суретін Ньютон сақиналары арқылы бақылау.
Зертханалық жұмыстың әдістемелік нұсқауына сәйкес өлшеулер жүргізіп,төмендегі сұрақтарға жауап беру:
* Неге центрден қашықтаған сайын Ньютон сақиналары бір-біріне жақындай береді.
* Шағылған сәуледе бақылау жүргізгенде, егер линза мен пластинка аралығын сыну көрсеткіші линза сыну көрсеткішінен жоғары, ал пластинканікінен кіші болатын басқа мөлдір ортамен толтырсақ, централды дақ қандай болады
* Неге жүйені ақ жарықпен сәулелендіргенде сақиналар саны санаулығы ғана әр-түрлі түстерге боялады,
* Интерференция құбылысы деп нені айтады
* Қандай жарық көздерін когерентті дейді
* Интерференция құбылысында максимум және минимум шарттары қандай?
4 Дифракциялық тордың көмегімен толқын ұзындығын анықтау
Жұмыстың мақсаты:
Дифракция құбылысын түсіну және дифракциялық тордың толқын ұзындығын анықтаудағы ролін білу
Зертханалық жұмыстың әдістемелік нұсқауына сәйкес өлшеулер жүргізіп,төмендегі сұрақтарға жауап беру
* Толқын ұзындығы дегеніміз не? Графикте көрсетіңіз.
* Дифракциялық тордың құрылымы.
* Тор тұрақтысы дегеніміз не?
* Жарық дифракциясы жайында түсінік.
* Дифракциялық тордың көмегімен жарықтың толқын ұзындығын анықтауға арналған құрылғыны сипаттаңыз.
5 Екі диэлектрик орталардың шекарасында толық ішкі шағылудың шекті бұрышын анықтау
Жұмыстың мақсаты: Екі диэлектрлік орталардың шекарасындағы сәулелердің түсу, шағылу және сыну бұрыштарының арасындағы байланысты анықтау. Оптикғалық тығыздығы аз ортаның шекарасынан толық ішкі шағылу құбылысын зерттеу.
Зертханалық жұмыстың әдістемелік нұсқауына сәйкес өлшеулер жүргізіп,төмендегі сұрақтарға жауап беру:
* Ортаның абсолют және салыстырмалы сыну көрсеткіштері
* Оптикалық тығыз және тығыз емес орталар
* Толық ішкі шағылу құбылысын сипаттаңыздар. Шекті бұрыш
* Жазықпараллель пластинканың сыртындағы және ішіндегі сәулелердің жолын түсіндіріңіз.
* Жұқа линзалардың қисықтық радиусын және сыну көрсеткішін анықтау
Жұмыстың мақсаты: геометриялық оптиканың заңдарымен және қарапайым оптикалық жүйелермен- жұқа линзалармен- танысу
Зертханалық жұмыстың әдістемелік нұсқауына сәйкес өлшеулер жүргізіп,төмендегі сұрақтарға жауап беру:
* Шағылу және сыну заңдарын тұжырымдаңыздар
* Линза деген не? Оптикалық центрі және фокусы.Қисықтық радиусы.
* Бас оптикалқ ось, қосымша оптикалық ось дегендер не?
* Линзаның оптикалық күші. Өлшеу бірлігі
* Линзаның формуласы
Жұқа линзалардың фокус аралығын анықтау
Жұмыстың мақсаты: тәжірибе жүзінде жұқа линзалардың фокус аралығын табу.
Зертханалық жұмыстың әдістемелік нұсқауына сәйкес өлшеулер жүргізіп,төмендегі сұрақтарға жауап беру:
* Дөңес линзаның фокус аралығын есептегенде алатын орналасу аралығы Д>4F. Егер аралық Д=4F немесе Д<4F қандай өзгеріс пайда болар еді?
* Фокус аралығы деп қандай аралықты айтады?
* Линзалар түрлері қандай, қандай линзаны жұқа линза дейді?
* Линзаның үлкейтуі деп нені айтады?
* Егер d2=2F болса кескін қай жерде және үлкейтуі қандай болады?
* Микроскоптың көмегімен шынының сыну көрсеткішін анықтау
Жұмыстың мақсаты: заттың сыну көрсеткішінің физикалық мағынасын түсіну; сыну көрсеткішін анықтаудың әдісін меңгеру.
Зертханалық жұмыстың әдістемелік нұсқауына сәйкес өлшеулер жүргізіп,төмендегі сұрақтарға жауап беру:
* Геометриялық оптиканың негізгі заңдылықтарын тұжырымда.
* Ортаның сыну көрсеткіші және ондағы жарық жылдамдығы қалай байланысқан?
* Затты пластинка (шыны) арқылы қарағанда неге ол жақын орналасқандай болып көрінеді.
9 Малюс заңын тексеру
Жұмыстың мақсаты: жазық поляризацияланған жарықты алу тәсілдері және оның қасиеттерімен танысу
Зертханалық жұмыстың әдістемелік нұсқауына сәйкес өлшеулер жүргізіп,төмендегі сұрақтарға жауап беру:
* Табиғи және поляризацияланған жарықтың сипаттамаларын талдаңыз
* Сызықты поляризацияланған жарықты алу тәсілдері
* Сәуленің қосарланып сыну құбылысының мәне неде?
* Николь призмасы, поляризаторлар деген не? Сипаттама беріңіз.
* Оптикалық ось дегеніміз не?
* Малюс заңын қорытып беріңіздер
* Оптикалық пирометрдің көмегімен Стефан-Больцман тұрақтысын анықтау
Жұмыстың мақсаты: Стефан-Больцман тұрақтысын анықтау
Зертханалық жұмыстың әдістемелік нұсқауына сәйкес өлшеулер жүргізіп,төмендегі сұрақтарға жауап беру:
* Жылулық сәуле шығарудың ерекшеліктері.
* Жылулық сәуле шығару заңдарын тұжырымдаңыздар
* Планк формуласының мағнасын түсіндіріңіздер
* Сахариметрдің көмегімен қант ертіндісі концентрациясын анықтау
Жұмыстың мақсаты: құралдың көмегімен поляризация құбылысын бақылау, өлшеулер жүргізу тәсілін меңгеру
Зертханалық жұмыстың әдістемелік нұсқауына сәйкес өлшеулер жүргізіп,төмендегі сұрақтарға жауап беру:
* Жұмыстағы қанттың концентрациясын анықтау қандай құбылысқа негізделген?
* Поляризация жазығын бұру құбылысының мағынасы неде?
* Меншікті бұру дегеніміз не?
* Сахариметрдің құрылысы қандай?
* Сахариметрдегі бикварциттің не жартылай күңгірт пластинканың ролі қандай?
* Егер поляризатормен анализатор арасына бір рет оптикалық осіне параллель қиылып алынған кварц пластинкасын қойсақ, ал екі рет оптикалық осіне перпендикуляр кварц пластинкасын қойсақ қандай құбылыс байқалады?
* Егер түтік ұзындығы 2 есе үлкен болса көрсеткіш қалай өзгереді?
* Қант ерітіндісі поляризация жазығын оңға не солға бұра ма?
* Концентрация анықтау дәлдігіне зат қалыңдығының әсері қандай?
12 Екі жіңішке саңылаулардан шығатын сәулелердің интерференциясын зерттеу
Жұмыстың мақсаты: Юнг тәжірибесінің көмегімен жарықтың екі сәулелік интерференциясын зерттеу.
Зертханалық жұмыстың әдістемелік нұсқауына сәйкес өлшеулер жүргізіп,төмендегі сұрақтарға жауап беру:
* Егер интерференцияны бірдей қашықтықта орналасқан үш саңылаудан байқайтын болсақ, монитордан қандай бейне көрінеді?
* Толқын ұзындықтары 0.5 мкм тең ультра дыбыс толқындары интерференцияланатын болса интерференциялық бейне қалай өзгереді?
* Егер 1) жарықтандырғыштың интенсивтігін ұлғайтса; 2) бір саңылаудың ені екінші саңылаудікінен артық болса; 3) бір саңылаудың мөлдірлігі екінші саңылаудікінен аз болса интерференциялық максимумдердің арасындағы қашықтық өзгереді ме?
<<Оптика>> пәні бойынша практикалық тапсырмаларды дайындау және орындауға арналған әдістемелік нұсқау
Машықтану сабақтарын жүргізудегі мақсат теориялық матриалдырды бекіту, есеп шығару дағдыларын қалыптастыру. <<Оптика>> пәні бойынша есептер шығаруды төмендегі ретпен жүгізу ұсынылады:
* тақырып бойынша теориялық материалды оқу;
* есеп шығару процесінде мазмұнын терең түсініп, оған байланысты құбылыстарды білумен қатар есепті шығарудың қарапаыйым да түсінікті жолдары іздестіріледі;
* есептің мазмұнына сәйкес шығарылу жолдарына түсініктеме беретін схемалар, графиктер салынып, электр тізбегі құрастырылады;
* есептің шарты қықаша жазырып, физикалық шамалардың өлшеу бірліктері БХЖ өрнектеледі;
* физикалық тұрақтылардың мәндері сәйкес таблицалардан жазылып алынады;
* шығару жолдарына қысқаша түсініктеме жазылады;
* ізделіп отырған шама жалпы түрде шығарылады, яғни әуелі жұмыс формуласы қортылып, одан кейін формуланың дұрыстығы тексеріледі;
* формуланың дұрыстығын тексеру үшін шамалардың бірліктері негізгі бірліктер арқылы өрнектеліп жазылады да теңдіктің екі жағының өлшем бірліктерінің дәл келуі анықталады;
* шамалардың сан мәндері формулаға қойылып ,есептеулер жүргізіледі;
алынған шаманың дұрыстығы, олардың эксеримент нәтжелерімен үйлесуі анықталады;
Көрсетілген әдебиеттер мен әдістемелік нұсқауларды қолданып курстың жеке тақырыптары бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады:
Тақырып: Фотометриялық шамаларды есептеу
Сабақтың мақсаты: Жарықтың техникалық және энергетикалық шамаларының арасындағы байланысты талдау. Жарық көздерінің фотометриялық шамаларын есептеу мысалдарын қарастыру.
Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:
* Жарық ағыны,жарық энергиясы.Оларды өлшеу бірліктері;
* Жарық күші,жарықталыну;
* Жарқырау,жарықтылық;
* Жарық бірліктері;
* Жарық шамаларын өлшеу;
Тақырып бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: 15.53; 15.55; 15.57; 15.59; 15.61; 15.63; 15.65; 15.67; 15.69; (Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы, Алматы:, <<Мектеп>>, 1977 ж.)
Тақырып: Жарық интерференциясы
Сабақтың мақсаты: интерференция тақырыбы бойынша есептер шығару дағдысын қалыптастыру, білімді бекіту.
Төмендегі теориялық сұрақтарды оқып-білу:
* когерент толқындар деп қандай тоқындарды айтады?
* когерент көздер деген не?
* Френель және Юнг тәжрибелерін сипаттаңыздар;
* жолың оптикалық ұзындығы деген не?
* интерференция мөлдір жұқа пластикада шағылған жарықта бақыланған кезде жарықтың күшею шарты;
* интерференция мөлдір жұқа пластикада шағылған жарықта бақыланған кезде жарықтың әлсіреу шарты;
* бірдей қалыңдық жолақтары деген не?
* Ньютон сақиналары денен не?
* Ньютон сақиналарында орталық дақ қай кезде жарық болады?
* Интерференция мөлдір жұқа пластикада өткінші жарықта бақыланған кезде жарықтың күшею және әлсіреу шарттары;
* бірдей көлбеулік жолақтары деген не?
Есептерді шығару жолдарын қарастыру: 16.4; 16.6; 16.8; 16.10; 16.12; 16.14; 16.4; 16.4; 16.4; (Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы, Алматы:, <<Мектеп>>, 1977 ж.)
Тақырып: Жарық дифракциясы
Сабақтың мақсаты:Френельдің зоналар әдісін дифракцияны есептеуде қолдану дағдысын қалыптастыру, білімді бекіту. Қорытқы амплитуда мәнін графиктік жолмен есептеу. Френель әдісін қарапайым дифракциялық құбылыстарға пайдалану әдістерімен таныстыру.
Төмендегі теориялық сұрақтарды оқып-білу:
* Гйюгенс - Френель принципін тұжырымдаңыздар;
* Френельдің зоналар әдісінің мағнасы неде?
* Френель зонасының ауданын есептеу формуласын жаз;
* Френель зонасының радиусы есептеу формуласын жаз;
* Френель және Фраунгофер дифракциялары деген не?
* дифракциялық спектр мен призмалық спекртдің айырмашылықтарын түсіндіріңіздер;
* дифракциялық торың дисперсиясы мен ажырату қаблеті деген ен?
Есептерді шығару жолдарын қарастыру: №№16.53; 16.54; 16.55; 16.56; 16.57; (Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы, Алматы:, <<Мектеп>>, 1977 ж.)
Тақырып:Оптикалық жүйелер
Сабақтың мақсаты: студенттерге жарықтың линзада сынуы,жұқа линзадағы кескін алуды, оптикалық жүйелерде жарық шоғын шектеу құбылыстарын есептер шығару жолымен меңгерту.
Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:
* жұқа линзалар, оның формуласы, оптикалық күші;
* Ньютон формуласы;
* Аббе инварианттары деген не?
* Лагранж-Гельмгольц теоремасын түсіндір;
* Жарықтың сфералық бетте шағылуы мен сынуы;
* оптикалық құралдардың сипаттамалары, олардың ажратқыштық қаблеті;
Есептерді шығару жолдарын қарастыру: №№16.53; 16.54; 16.55; 16.56; 16.57; (Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы, Алматы:, <<Мектеп>>, 1977 ж.)
Тақырып:Жарықтың изотропты және анизотропты орталарда таралуы
Сабақтың мақсаты: Екі диэлектрлік ортаны бөлуші шекарада электромагниттік толқынның шағылуы мен сыну құбылыстарын талдау.
Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:
- Электромагнитгік толқындардың заттармен әсерлесуі.
- Ортаның электрлік және оптикалық қасиеттері.
- Электр диполінің жарық шығаруы.
Есептерді шығару жолдарын қарастыру: Цедрик М.С. Сборник задач по курсу общей физики. №№ 28.1; 28.12;
Тақырып:Жарық поляризациясы
Сабақтың мақсаты: Жарық поляризациясы. Поляризаторлар. Электромагнитгік толқынның анизотроптық ортада таралуы. Толқыңдар беті және нормальдар беті. Бір осьті кристалддардың оптикалық қасиеттері сұрақтарын талдап, бекіту.
Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:
* табиғи және поляризацияланған жарық деген не?
* Малюс заңының өрнегін жазып, оны түсіндір;
* анализатордан өткен жарық интенсивтігінің максимал және минимал болу шарттарын көрсет;
* кәдімгі және ерекше сәулелер деген не?
* Николь призмасындағы сәулелер жолы;
Есептерді шығару жолдарын қарастыру:16.58; 16.58; 16.60; 16.62; 16.64; 16.66; (Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы, Алматы:, <<Мектеп>>, 1977 ж.)
Тақырып:Жарықтың дисперсиясы, жұтылуы және шашырауы
Сабақтың мақсаты: жарық дисперсиясын бақылау әдістерімен таныстыру. Жарықтың фазалық және топтық жылдамдықтары тақырыбына есептер шығару. Дисперсия теңдеуі, қалыпты және аномальды дисперсия құбылыстарын , жарықтың жұтылуын сипаттайтын шамаладры талдау.
Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:
* спектр деген не?
* призмадан өткен жарықтың ауытқуын сипаттайтын шаманың формаласын жаз;
* монохромат сәуле деген не?
* фазалық және топтық жылдамдықтар деген не?
* жұтылу коэффициентінің физикалық мағнасы қандай?
* лайқа ортада жарықтың шашарау құбылысының механизмін түсіндір;
Есептерді шығару жолдарын қарастыру: Цедрик М.С. Сборник задач по курсу общей физики. №№ 29.12; 29.13; 29.14; 29.15; 29.16;
Тақырып:Жылулық сәуле шығару заңдары
Сабақтың мақсаты: Жылулық сәуле шығару заңдарына есеп шығаруды меңгерту
Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:
* абсолют қара дене деп қандай денені айтамыз?
* Кирхгоф заңын тұжырымдаңыз;
* Сәуле шығарудың Стефан-Больцман және Виннің ығысу заңының өрнектерін жазыңыз;
* Планк гипотезасының мәні неде?
- Рэлей-Джинс формуласының мәнін түсіндіріңіз;
* жарық кванттары деген не?
* <<ультракүлгіндік апат>> деген не?
Есептерді шығару жолдарын қарастыру: Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы. №№ 18.18; 18.19; 18.20; 18.21; 18.22;
Тақырып:Фотоэффект заңдары. Жарық қысымы. Комптон эффекті
Сабақтың мақсаты:Фотоэлектрлік эффект заңдарын қолдану әдістерін үйрену.Төмендегі теориялық сұрақтарды оқып-білу:
* маталдан бөлініп шығатын фотоэлектрондардың саны қандай шамаға тәуелді болады?
* фотоэлектрондардың жылдамдығы қандай шамаға тәуелді болады?
* сыртқы фотоэффект деген не?
* Эйнштейн теңдеуін жаз; Мағнасын түсіндіріңіз;
* Жарықтың кванттық қасиеттер туралы айтып беріңіз;
* Жарық қысымы қалай пайда болады?
* Комптон құбылысын түсіндіріңіз;
* Комптон эффектісінде шашыраған сәулелердің толқын ұзындықтар айырымы негебайланысты өзгереді?
* фотонның импульсінің, энергиясының, массасының формуласын жазыңыз;
Есептерді шығару жолдарын қарастыру: Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы. № 19,20; 19.21; 19.31; 19.32; 19.33;
Тақырып: Қозғалыстағы денелермен жасалынған оптикалық тәжірбиелер. Физо мен Майкельсон тәжірибелері. Оптикадағы Доплер құбылысы .
Сабақтың мақсаты:Қозғалыстағы денелермен жасалынған оптикалық тәжірбиелердің сипаттап, мазмұнын түсіндіру
Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:
* жарық жылдамдығын өлшеу әдістері;
* жарықтың фазалық және топтық жылдамдықтары;
* Доплер құбылысы;
* Физо тәжрибесі;
* Майкельсон тәжрибесі;
Есептерді шығару жолдарын қарастыру: Волькенштейн В.С Жалпы физика курсының есептер жинағы..№ 16.1; 16.2; 16.3;
<<Оптика>> пәні бойынша СОӨЖ өткізуге арналған әдістемелік нұсқау
СОӨЖ жұмыстарын ұйымдастыру:
Студенттердің белгілі бір тақарыпта жасаған конспектісімен жұмыс жүргізулері.Жұмыс барысында оқытушы тақырып материалына қысқа шолу жасайды. Студентпен бірлесе отырып конспектіде жазылған формулалар, анықтамалар мен олардың физикалық мағанасы айқындалады. Сипатталған процестер мен құбылыстардың арасындағы логикалық байланыс нақтыланады.
- Тақырып бойынша типтік есептер шығару. Есептің мазмұнына сәйкес қоданылатын заңдар мен шамалардың ара қатынасы анықталады. Орындалатын іс-әрекеттердің логикалық байланысы тағайындалады.
- Студенттер орындаған лабораториялық жұмыстардың нәтижелерін,
өңдеу әдістерін талдау. Шамалардың физикалық мағанасын айқындау. Өлшеу нәтижелерін график арқылы көрсету. Алынған графиктер арқылы басқа физикуалық шамаларды өрнектеп, байланыстарын тағайындау.
- Студенттердің пәннің жеке тақырыптарды меңгеру нәтижелерін тексеру, яғни білімдерді бағалау (тест бақылау, жазбаша жұмыс).
- Компьютерлік технологиялардың мүмкіндіктерін қолдану. Тақырыптарды меңгеру виртуаль компьютерлік демострациялар арқылы көрсетілетін электрондық оқулықтарды қолдану. Есептердің шығару жолдарын айқындайтын электрондық жетекшілірдің көмегін қолдану, яғну үйрету - көмекші программаларды пайдалану.
Студент СОӨЖ жұмыстарын орындау және өткізу графигіне сәйкес, әдебиеттер мен әдістемелік нұсқауларды қолданып, курстың жеке тақырыптары бойынша төмендегі тапсырмаларды орындайды:
1 Фотометрия
2 Когеренттілік. Когерентті тербелістерді алу жолдары
3 Френельдің зоналар әдісі
4 Фраунгофер дифракциясы
5 Кеңістік құрылымдарындағы дифракция
6 Геометриялық оптика негіздері. Оптикалық жүйелер
7 Жарық поляризациясы.Жарықтың анизотропиялық орталарда таралуы
8 Поляризацияланған сәулелердің интерференциясы
9 Жарықтың затпен әсерлесуі
10 Жасанды анизотропия. Поляризация жазықтығының бұрылуы
11 Жарық дисперсиясы
12 Жарықтың жұтылуы.Жарықтың шашарауы
13 Жылулық сәуле шығару
14 Жарықтың әсері. Фотоэффект
15 Кванттық электроника
<<Оптика>> пәні бойынша СӨЖ өткізуге арналған әдістемелік нұсқау
Студенттерге физикадан берілетін жеке үй тапсырмасы олардың осы пән бойынша орындайтын өзіндік жұмысының бір түрі болып табылады. Студентердің өзіндік жұмысы деп, олардың оқытушының тапсырмасымен және бақылауымен, бірақ оның қатысуынсыз, ол үшін арнайы бөлінген уақыт ішінде орындайтын жұмысын түсінеді. Мұнда студенттер ақыл-ой жігерін қолдана және ой мен қимыл әрекеттерін қандай да бір формада (мысалы, есеп шығарғанда оның мазмұнын талдау, мазмұнды қысқа ұтымды тәсілмен жазу, шешудің оңтайлы әдісін таңдап алу және т.б.) білдіре отырып қойылған мақсатқа саналы жетуге ұмтылады.
Біз студенттерге <<Оптика>> пәні бойынша жеке үй тапсырмасы ретінде теориялық сұрақтармен қатар физикалық есептер ұсынамыз. Мұнда студенттердің тапсырманы өз бетімен орындау дәрежесін арттыру мақсатында олардың әрқайсысына мүмкіндігінше әр түрлі есептерді береміз.
Студенттерге есептер шығартудағы мақсаттар мыналар: жаңа білімдерді меңгерте отырып, білімді өз бетімен игеру іскерлігін қалыптастыру, білімді пысықтау және анықтау, білімді практикада қолдану іскерлігін қалыптастыру, практикалық сипатты іскерліктері мен дағдыларын қалыптастыру, шығармашылық сипатты іскерліктер мен дағдыларды қалыптастыру.
Студент шығарған есепті бағалау өлшемін (критериін) анықтау үшін физика есептерін жіктеу (классификациялау) керек.
Физика есептері мына белгілер бойынша жіктеледі: мазмұн, мақсат, мәселені зерттеу тереңдігі, шешу тәсілдері , шарттың берілу тәсілдері, күрделілік дәрежелері және т.б.
Студенттер шығарған жеке үй тапсырмасын бағалау өлшемінің негізіне осы белгілердің бәрін алуға болады: физикалық құбылыстың негізгі мәселесінің мазмұнын құрайтын физикалық шамалардың,
заңдардың молырақ қамтылуы; есептердің проблемалық (шығармашылық) деңгейі; мәселенің тереңірек талданып зерттелуі; шешу тәсілдерінің ең оңтайлысын таңдап алуы және т.б.
Әр студент орындайтын жеке үй тапсырмасына (бір жеке үй тапсырмасында физиканың бір бөлімі бойынша берілген 3-5 есеп болуы мүмкін) қойылатын максимал және миниамал баллдар силлабуста көрсетіледі. Әрбір жеке есептің шығарылуы бір есепке қатысты осы баллдар аралығында және айтылған өлшемдер (критерилер) бойынша бағаланады, сосын бүкіл тапсырмаға максимал және минимал баллдардың аралығында тиісті балл беріледі.
Максимал балл мысалы, <<5>> балл қатесіз және кемшіліксіз немесе бір ғана болымсыз кемшілікпен шығарылған есепке қойылады. Одан төменгі балл, мысалы <<4>> балл толық шығарылған, бірақ бірден аспайтын дөрекі емес және бір болымсыз қатемен немесе болымсыз қателер екіден аспаған жағдайда қойылады.
Одан төменгі балл мысалы <<3>> балл студент есептің тең жартысынан астамын дұрыс шығарғанда немесе дөрекі қатесі екіден (немесе дөрекі қатесі бірден және дөрекі емес қатесі бірден, сондай-ақ болымсыз қатесі бірден) аспаған жағдайда қойылады.
Тапсырма минимал баллдан төмен балмен бағаланған жағдайда ол студентке қайта шығару мақсатында қайтарылып беріледі.
Егер кейбір есептерді студенттің өз бетімен шығарғандығы күдік туғызса, онда одан оқытушы есепті қалай шығарғандығын түсіндіріп беруін талап ете алады. Бағаға көңілі толмаған студент оған қатысты оқытушыға тілегін білдіруіне болады.
Студент СӨЖ тапсырмалары мен оларды орындау графигіне сәйкес төмендегі тапсырмаларды орындап тексеруге беруге міндетті:
<<Жарық шамаларын өлшеу әдістері>> 15.54; 15.56; 15.58; 15.60; 15.62;
<<Электромагниттік сәуле шығарудың калссикалық теориясы>>
<<Жарық көзі өлшемінің интерференцияға тигізетін әсері.Кеңістіктік когеренттілік>> 16.5; 16.7; 16.9; 16.11; 16.13;
<<Дифракциялық торлардың түрлері>> 16.36; 16.37; 16.38; 16.39; 16.40;
<<Голографияның қолданылуы>>
<<Телескоп пен микроскоптың ажырату қабілеті>> 15.48; 15.49;15.50;15.51;
<<Поляризация жазықтығының магниттік айналуы>> 16.59; 16.61; 16.63; 16.65; 16.67;
<<Молекулалық рефракция>>
<<Комбинациялық шашырау>> 19.29; 19.30;19.31;
<<Жарық көздері>> 15.63; 15.64;15.69;
<<Жарықтың қысымы>> 19.23; 19.25; 19.27;
<<Лазерлердің түрлері. Лазерлердің қолданылуы>>
<<Люминесценттік талдау>>
<<Жарықтың фотохимиялық әсері>>
<<Оптикадағы Доплер құбылысы>>
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz