Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Абсолют сыну көрсеткіші ол өлшем бірлігі жоқ шама. Орталардың вакуумге қатысты сыну көрсеткіші осы ортаның абсолюттік сыну көрсеткіші деп аталады. Ол түсу бұрышының синусының жарық сәуле вакуумнен берілген ортаға өткен ткездегі сыну бұрышының синусының қатынасына тең., , , мұндағы n21- екінші ортаның бірінші ортаға қатысты сыну көрсеткіші, ол шекарасынан жарық өтетін орталардың қасиеттеріне тәуелді, α мен β бұрыштарының үлкен – кішілігіне байланысты емеc, c- вакуумдегі жарық жылдамдығы. Абсолют сыну көрсеткіші берілген ортадағы жарық таралу жылдамдығымен анықталады, ол ортаның физикалық күйіне, яғни температурасына, тығыздығына, ондағы серпімді кернеулердің болу болмауына тәуелді және ол жарықтың табиғатына да тәуелді. Абсолют сыну көрсеткіші аз ортаны оптикалық тығыздығы кемірек орта деп атау қабылданған. Салыстырмалы сыну көрсеткіші екі ортадағы жарық жылдамдығының таралуымен сипаттталады. Екі ортаның шекарасында жарық өзінің таралу бағытын өзгертеді. Жарық энергиясының бір бөлігі бірінші ортаға қайтып келеді, яғни жарық сынады. Егер екінші орта мөлдір болса, онда жарық орталардың шекарасы арқылы жартылай өте алады және таралу бағытын өзгертеді.Бұл құбылыс жарықтың сынуы деп аталады. Жарықтың сыну заңына енетін тұрақты шама сынудың салыстырмалы сыну көрсеткіші деп немесе екінші ортаның бірінші ортаға қатысты сыну көрсеткіші деп аталады. Жарық жылдамдығын анықтаудың ғылымдағы маңызы зор. Жарық жылдамдығының ерекше мәні дүниеде ешбір дененің жарық жылдамдығы вакуумдегі жарық жылдамдығынан артық бола алмайды. Бұл тұжырым салыстырмалық теориясына негізделген.
Егер жарық оптикаша тығыздығы артық ортадан оптикаша тығыздығы кем ортаға (абсолют сыну көрсеткіші аз) ортаға таралғанда, түсу бұрышының ұлғаюына байланысты, шағылған жарық энергиясының бөліктері де өседі. Бірақ та түсу бұрышының кейбір мәнінен бастап сәуленің барлық жарық энергиясы шекаралық беттен шағылады да жарық бірінші ортадан екінші ортаға өтпейді (толық ішкі шағылу құбылысы). Түскен жарық түгел шағылып, кейін серпіледі. Шекті толық ішкі шағылу бұрышын, (1.1) өрнектегі және екендігін еске алып, анықтауға болады:
2.Аббе жүйесі б\ша рефрактометрдің жұмыс істеу принципі.Меншікті атомдық және молекулалық рефракция
толық ішкі шағылу құбылысына негізделген құбылыс жарық әртүрлі сыну көрсеткіші бар екі ортаның шекаралық бетінен өткендегі сынған шекті сәулелерді бақылау кезінде байқалады. Осы әдіске негізделіп жасалынған приборлар рефрактометрлер деп аталады. Прибордың негізгі бөлігі-сыну көрсеткіші 1,700-ден асатын шыныдан жасалған екі тік бұрышты призмадан түзілген күрделіпризма. Жоғарғы призма – жарықтандырғыш (гипотенузалық қыры-сәулелерді шашыратуға арналған күңгірт бет), ал төменгі призма-өлшеуіш (призма) болып табылады
РПЛ-3, РЛ Рефрактометрлердің негізгі бөліктері: өлшеуіш тетік (жарықтандырғыш 2 және өлшеуіш призмалар 3, копенсатор 5 және көру трубасы (детальдары – 5,6,7,8,9).
Жарық сәулесі 1 жарықтандарғыштан диагональ жазықтықтарының аралығында зерттелінетін заттың нәзік қабаты бар, қос призмаға бағытталады. Сәуле ары қарай дисперсиялық компенсатор 4, көру трубасының объективі 5, призма 6, визирлік сызықтар РПЛ-3, РЛ үшін (үш сызықша және ИРФ-22 үшін айқасқан сызық) бар тор 7, шкала 8 және окуляр 9 арқылы өтіп, бақылаушының көзіне келіп түседі.Диспрсиялық компенсатор шекаралық жарық-көлеңке беттің спектрлік бояулығын жою үшін қолданылады. Мұнда Амичи призмалары (=589,3 нм тең сары сәулелерді ауытқусыз өткізетін, тікелей көретін призма) компенсатордың құрама бөліктері болып табылады. Тордың визирлік сызығы жарық-көлеңке шекарасымен тұспа-тұс келтіріледі және шкала бойынша сыну көрсеткіші есептелінеді. Визирдің жарық және қара-қоңыр өрістерді ажырату шекарасымен тұспа-тұс келтіру екі тәсілмен іске асырылады.
1 Көру трубасын (компенсатормен қоса) сәуленің өлшеуіш призмадан шағардағы сурет жазықтығына перпендикуляр болатын осьтің айналасында бұру арқылы;
2Прибордың шкаласымен бірге қосып өлшеуіш бас тетікті, жоғарыда айтылған оське қатысты, бұру арқылы Рефрактометрлердің өлшеуіш бас тетігі жарықтандырғыш және өлшеуіш призмалардан тұратын екі камера түрінде жасалынады. Камералар өзара шарнирмен қосылған (жоғарғы камера төменгісіне қатысты ашылады) және олардың, термостаттан сұйықтарды келтірілге және шығаратын сыртқы штуцер бар. Сонымен қатар, бас тетіктің екі камерасының да жарық шоқтарын бағыттайтын терезешесі болады.
а)
1.5-сурет. РПЛ-3, РЛ 1-жарықтандырғыш (айна), 2- жарықтандырғыш призма, 3- өлшеуіш призма, 4- дисперсиялық компенсатор, 5- көру трубасының объективі, 6- бұратын призма, 7- визирлік сызықтары бар тор, 8- сыну көтсеткіштерінің мәндерін көрсететін шкала, 11,13,14 – бұратын призмалар жүйесі, 12-8, шкаланы 7 визирлік сызықтары бар торға фокустайтын микрообъектив, 15 қорғаныс шынысы.
3.Фотометриялық ұғымдар мен шамалар олардың ұлшем бірліктері
Жарық ағыны. Жарық ағыны деп жарық көзінің жарық күшінің, ішінде шығарылған жарық таралатын денелік бұрышқа көбейтіндісін айтады
Егер жарық күші нүктелік көз барлық бағыттарда жарық шығаратын болса, онда оның сәулесінің толық қуаты болатындығы көрінеді.Жарық ағынының спектрлік тығыздығы мына формуламен анықталады Жарықтылық (яркость).Ол энергетикалық жарықтылық анықтамасына ұқсас енгізіледі
а) ,
б) -ның бұрыштарына тәуелділігіне бет қасиеттері себепші болады
Жарықталу (освещенность). жарықталу және жарықталудың спектрлік тығыздығы мына қатынастармен анықталады
, ,
5.9-сурет
Энергетикалық шамалар. Электромагниттік толқындардың энергетикалық жағын сипаттайтын шамалар энергияны, энергия ағынын және т.б. өлшеу үшін қолданылатын жалпы энергетикалық бірліктермен өлшенеді. Жарықтың қолданылу салаларында сәуле интенсивтігінің объективтік энергетикалық сипаттамасы ғана емес, бақылаушы көзіне оның әсер ету өлшемі де маңызды.
Энергетикалық шамаларды анықтау сәуле қуатына негізделген. Егер сәуле түріндегі энергия уақыт ішінде шығарылатын болса, онда сәуле қуаты:
,Бұл қуат барлық мүмкін толқын ұзындықтар бойынша үлестіріледі.
Сәуле қуатының спектрлік тығыздығы
, мұндағы -толқынұзындықтарының () аралығына келетін қуат:
Сәуле материалдық денелердің беттерінен шығарылады. Ауданы дене бетінің элементі элементар сәуле шығарғыш болады -дене беті элементінің ауданы, -энергия ағыны тығыздығы, -элементар жарық көзі шығаратын сәуле қуаты.
Сәуленің энергетикалық күші. Элементар сәуле көзі шығаратын сәуленің энергетикалық күшідеп денелік бұрыш элементіне келетін сәуле қуатының -ға қатынасын айтады және де өлшем бірлігі канделла:
Сәуленің спектрлік тығыздығы үшін бұл формула мына түрге келеді мұндағы -толқын ұзындықтарлың () аралығына келетін сәуленің энергетикалық күшінің спектрлік тығыздығы.
Энергетикалық жарықтылық (яркость). Сәуле беттің элементінен бет элементіне нормаль мен сәуленің таралу бағыты арасындағы бұрышпен сипатталатын барлық мүмкін бағыттар бойынша шығарылады (3-сурет). Сәуленің таралу бағытына перпендикуляр бетке -ның проекциясы
бет элементінің нүктесіндегі беттің энергетикалық жарықтылығы деп осы бет элементінен сәуленің энергетикалық күшінің ауданға қатынасын айтады және де өлшем бірлігі 1кд/1м2:
Спектрлік тығыздық үшін бұл формула мына түрде жазылады
Энергетикалық жарықтылық сәуле шығарылу бағытына тәуелді, жалпы ол беттің әртүрлі нүктелері үшін әртүрлі болады.
Энергетикалық жарқырау (светимость). Бет элементінен барлық бағыттар бойынша шығарылған сәуле қуатының элемент бетіне қатынасы, энергетикалық жарқыраудеп аталады және де 1лм/м2
мұнда интегралдау элементінен сәуле шығарылатын жағына қарай барлық бағыт қамтылатын денелік бұрыш бойынша жүргізіледі.
Энергетикалық жарқыраудың спектрлік тығыздығы мына формула бойынша анықталады
,
Энергетикалық жарықталу (освещенность). Барлық алдыңғы шамалар сәуле шығару процесін сипаттады. Енді сәуленің бет элементіне түсуін қарастырамыз. Бұл құбылыс энергетикалық жарықталу деп аталатын шамамен сипатталады. Ол бет элементіне түсетін сәуле қуатының элемент ауданына қатынасына тең және де өлшем бірлігі 1люкс=1лм/1м2
4.Геометриялық оптиканың негізгі заңдары;
микроскоптағы сәулелер жолын түсіндір
Толқын ұзындықтардың шектеулігі ескерілмейтін оптика бөлімі сәулелік немесе геометриялық оптика деп аталады.
Геометриялық оптиканың негізгі қағидалары
Геометриялық оптика жалпы жарық жайындағы ілімнің техникалық маңызы зор саласы болып табылады. Оптиканың бұл саласында жарық сәулесі деген ұғым пайдаланылып жарықтың әртүрлі мөлдір ортада таралу құбылыстары қарастырылады. Сонда жарық сәулесі деп бойымен жарық энергиясы тасымалданатын геометриялық сызық ұғылады, ал жарықтың табиғаты ескерілмейді. Мәселе тәжірибе жүзінде тағайындалған сәулелік оптика заңдары делінетін қағидаларға негізделіп қарастырылады.
Геометриялық оптика негізіне алынған заңдар
Жарықтың түзу сызықты таралу заңы: жарық сәулелері біртекті ортада түзу сызық бойымен таралады. Күннің, айдың тұтылуларын бақылау, көлеңкелердің пайда болуы жарықтың түзу сызықты таралатындығын көрсетеді. Жарықтың түзу сызықты таралу заңы геометриялық оптикада негізгі заң болып табылады. Бірақ бұл заңның сәулелер бөгеуші қалқалардың (экранның) жақын маңайынан өткен жағдайда орындалмайтындығы тәжірибеде байқалды.
жарық шоқтарының тәуелсіздік заңы: жарықтың бір шоғының әсері басқа шоқтарының әсерлеріне тәуелді емес, яғни жарықтың жеке сәулелері мен шоқтары бір-бірімен түйіскенде, қиылысқанда бір-біріне ықпалын тигізбейді.
Шындығында, кейбір жағдайларда кескіннің нүктелеріндегі жарықталудың қайта үлестірілуін туғызатын интерференция құбылысы орын алады. Интерференция физикалық оптикада қарастырылады. Бірақ кескіннің түзілу теориясында интерференцияның маңызды мәні бар, өйткені ол шашырау дағындағы жарық энергиясының үлестірілуін түсіндіреді; бұл өз кезегінде кескін сапасы жайында қорытынды жасауға мүмкіндік береді.
Демек, бұл заң когерент емес жарық шоқтары үшін дұрыс орындалады.
Жарықтың шағылу заңы: бетке түскен сәуле, одан шағылған сәуле және сол бетке сәуленің түсу нүктесі арқылы жүргізілген нормаль бір жазықтықта жатады; шағылу бұрышы түсу бұрышына тең:
α=α1 (4.1)
Жарықтың сыну заңы: түскен сәуле, сынған сәуле және түсу нүктесі арқылы екі ортаның шекара бетіне жүргізілген нормаль бір жазықтықта жатады; түсу бұрышы синусының сыну бұрышы синусына қатынасы берілген екі орта үшін тұрақты шама болады:
,
мұндағы n21- екінші ортаның бірінші ортаға қатысты сыну көрсеткіші, ол шекарасынан жарық өтетін орталардың қасиеттеріне тәуелді, α мен β бұрыштарының үлкен – кішілігіне байланысты емес.
Жарықтың осылай тұжырымдалған сыну заңы жарық бір изотроп ортадан екінші изотроп ортаға өткенде ғана орындалады.
Ферма принципі былай тұжырымдалады: жарық оптикалық ұзындығы экстремаль, яғни ол барлық мүмкіндіктердің ішінен не минимум, не максимум, не стационарлық болатын жол бойынша таралады. оптикалық жол ұзындығы ортаның сыну көрсеткішінің берілген ортадағы жарық сәулесінің геометриялық ұзындығына көбейтіндісіне тең екендігі белгілі. Осы көбейтінді сәуленің келтірілген ұзындығы деп те аталады.
Микроскоп - кіші объектілердің ұлғайтылған бейнелерін алу үшін қолданылатын құрал. 2.3-суретте микроскоптың (жалпы) принциптік оптикалық схемасы және МБУ-4 микроскоптың жалпы түрі келтірілген.
Микроскоптың оптикалық схемасының негізгі бөліктері- бір-біріне қатысты орналасу қашықтықтары олардың фокустарының қашықтықтарына қарағанда әлдеқайда көп болатын қысқа фокусты объектив пен окуляр.
Объективтің алдыңғы фокусына таяу орналасқан нәрсенің кескіні шын, кері және ұлғайған болып табылады. Кескін, лупамен қарағандағыдай окуляр арқылы қаралады. Бақылаушы үшін окулярда бұл кескін ұлғайған, жорамал және тура болып көрінеді. Негізінде, микроскоп нәрсеге қатысты, ең жақсы көрінетін D=25см аралықта, кері кескінді береді.
Микроскоптың негізгі механикалық бөліктері: оның негізі 1, тубусты ұстап тұратын тетік 9, объектив 4 және окуляры 6 бар тубус 5, зат қойылатын орындықша 3, зерттелінетін объектіге жарықты бағыттайтын айна 2.
Микроскопты фокустау дөрекі 7 және микрометрлік механизм 8 көмегімен тубусты жылжыту арқылы іске асырылады. Микрометрлік механизм барабанының 50 бөлігі бар. Бөліктің құны 0,002 мм. Микромеханизмде тубустың жүрісін 20-25 маховичок айналымына тежейтін (шектейтін) тетік болатынын естен шығармау керек
5.Не себепті зат жазық шыны пластинка арқылы қарағанда ол бізге жақынырақ орналасқан сияқты боп көрінеді?
Ауамен салыстырғандағы оптикалық тығыздығы үлкен мөлдір заттың (шыны пластинка) жазық-параллель қабаты арқылы бақыланатын дене бізге жақынырақ орналасқан сияқты болып көрінеді. Бұл тұжырым x’=(n2/n1)x формуланы сараптаудан шығады. Егер объектің (2.2-сурет) осы S’S=a жорамал жақындауын бағалай білетін болсақ, онда ауаға қатысты шыны пластинканың nш сыну көрсеткішін де, x’=(n2/n1)x формулаға сай есептеуге болады:
nш=(n1/n2)=[h/(h−a)]=(h/hж)
Мұндағы h=x жазық параллель пластинканың нақты қалыңдығы, ал hж =x′=h−a - пластинканың жорамал қалыңдығы.Өлшеулер төмендегі тәртіп бойынша жүргізіледі. Зерттелінетін пластинканы микроскоптың зат қойылатын орындықшасына қояды. Микроскопты алдымен пластинканың жоғарғы бетіне, содан кейін төменгі бетіне фокустайды. Фокустау кезінде микрометрлік винттің көмегімен микроскоптың тубусы жылжып отырады, ал винт бойынша есеп алудағы айырмашылық пластинканың hж жорамал қалыңдығына тең. Сонымен, h-ты өлшеп nш - ны (2.5) формула бойынша есептеп шығаруға болады.
Микроскоптың фокусталуын бағалау үшін зерттелінетін пластинканың беті реперлік нүктелермен (сия дақтары, ұсақ тырналған белгі және т.б.) белгіленеді.
шоғының түсу бұрышын өзгертетін болсақ, онда айтылған екі фокальдық сызықтардың орындары да өзгереді. S1 нүктелердің геометриялық орны (2.2-суретте пунктирмен көрсетілген) каустика деп аталынатын пішінді болады.
6.Интерференция құбылысы.интерференциялық бейнелер неліктен когерентті жарық толқындар көздерінің ара қашықтығы азғантай болғанда және олардан шыққан жарық жолдарының айырымы шектелген шамаға тең болғанда байқалады?
Интерференция деп толқындық процестердің қабаттасуы кезінде пайда болатын кеңістіктегі энергияның қайта бөліну құбылысын айтады. Бақылау нүктесі А дан және қашықтықта және тербеліс көздері орналасқан. Осы және толқындық шығу көздерінен кеңістікке тараған және олар бақылау нүктесі А-ға жеткен толқындар теңдеуін мына түрде жазуға болады: Мұндағы , - тербеліс амплитудалары, - толқындық сан, - толқын ұзындығы. Осы екі толқындық (3.1) және (3.2) теңдеуді біріктіріп шешу арқылы А нүктедегі қорытқы толқынды табамыз:
мұндағы - қорытқы амплитуда. Ол бастапқы амплитудалармен мынандай қатынаспен байланысты: ; фазалар айырымы,
- қорытқы фаза болып табылады.
Қорытқы амплитуданың (4) мәні фазалар айырымына немесе жол айырымына тәуелді болады, (әдетте жарық интерференциясын қарастырғанда жол айырымының () орнына оптикалық жол айырымын () алады, мұндағы және жарық толқындары таралған орталардың сыну көрсеткіштері).
Егер, ұзақ уақыт бақылау кезінде фазалар айырымы өзгеріске ұшырамаса, яғни болған жағдайда, бақылау (А) нүктесінде кездесетін мұндай толқындары өзара когерентті деп атайды. Бұл шарт орындалатын болса, екі жағдайға ерекше назар аударуға тура келеді:1) Егер н/е болған жағдайда, қорытынды амплитудасы, теңдеуімен, ал оның энергиясы (интенсивтілігі) > теңдеуімен анықталады, өйткені Басқаша айтқанда, бақылау нүктесінде интенсивтіктің күшейе түсетіндігі байқалды (бақылау нүктесіндегі энергияның қорытқы мәні толқын көздерінің жеке әрқайсысынан тараған энергиялардың қосындысынан көп артық болады).2) немесе . Бұл жағадайда қорытынды тебелістің энергиясы (интенсивтілігі) төмендегі еңдеумен анықталады:
<.яғни бақылау нүктесінде қорытқы тербеліс интенсивтігінің әлсірегені байқалады. Осыдан, когерент толқындар қабаттасқан кеңістік нүтелерінде энергияның қайта бөлінуін көріп отырсыздар. Екі толқын көздерінен бақылау нүктесіне дейінгі когерентті жарық толқындарының жүрген жол айырымы жарты толқын ұзындығы санына тәуелді болатындығын көреміз; яғни жол айырымы жарты толқын ұзындығының 2m (m=1,2...) жұп санына тең болса, онда ол нүктеде жарық интенсивтігінің күшейе түскендігі (максимум) көреміз. Егер, жол айырымы жарты толқынның (2m+1) тақ санына тең болса, ол нүктеде интенсивтіктің әлсірей түскендігі (минимум) байқалады, яғни осы құбылыс толқындардың интерференциясы болып табылады.
7.Жарықтың элетромагниттік толқын екенін дәлелде
Біртекті диэлектрлік және магниттік өтімділіктері және тұрақты, бейтарап, ток өткізбейтін орта. Осы жағдайда зарядтар мен токтар нөлге тең болатындықтан ( және ), осындай ортадағы электромагниттік өріс үшін Максвелл теңдеулері:,немесе ; ;, ,,
1.1-сурет
мұндағы -электр өрісі кернеулігінің векторы, -электрлік индукция векторы, -магнит өрісі кернеулігінің векторы, -магниттік индукция векторы, -электрлік және магниттік тұрақтылар, . Ортаның материялық қасиеттерін сипаттайтын және шамалары уақытқа және координатқа, және де , векторлары шамаларына тәуелді емес. теңдеуі электромагниттік индукция заңының математикалық тұжырымдалуы: теңдеуі магнит:өрісін айнымалы электр өрісі тудыратындығын көрсетеді; теңдеуі қарастырылып отырған ортадастатикалық электр өрісі жоқ екендігін білдіреді; теңдеуі магниттік зарядтардың болмайтындығын білдіреді.
(1.1) - (1.4) дифференциалдық түрдегі Максвелл теңдеулері.
Көптеген дербес жағдайларды қарастырғанда Максвелл теңдеулерінің векторлық емес, скалярлық түрін қолдану ыңғайлырақ. (1.1) және (1.2) векторлық теңдеулердің әрқайсысы теңдіктердің сол және оң жақтарындағы векторлардың құраушыларын байланыстыратын үш скалярлық теңдеуге пара-пар. (1.1) - (1.4) Максвелл теңдеулері мынадай скалярлық түрге келеді:
Сонымен, 12 функцияны ( векторларының әрқайсысының үш-үштен құраушылары) қамтитын барлығы 8 теңдеу алынды. Теңдеу саны белгісіз функциялар санынан аз болғандықтан,теңдеулері токтардың берілген үлестірулері бойынша өрістерді табу үшін жеткіліксіз. Өрістерді есептеуді іске асыру үшін Максвелл теңдеулерін және , және векторлары арасындағы байланысты ескеретін қатынастармен (материалдық теңдеулер) толықтыру қажет:
, теңдеулерінің жиынтығы тыныштықтағы орталар электродинамикасының негізін құрайды.
Сонымен, қоршаған кеңістікте айнымалы электр немесе магнит өрісі қоздырылғанда бір нүктеден келесі нүктеге таралатын электр және магнит өрістерінің өзара түрленулерінің тізбегі пайда болатындығы тағайындалды. Бұл процесс уақыт бойынша және кеңістікте периодты процесс, демек, толқын болып табылады.
Максвелл теңдеулерінен негізінде жаңа физикалық құбылыстың болатындығы жайында маңызды қорытынды шығады: электр зарядтарынсыз және электр тогынсыз да электромагниттік өріс өздігінше, дербес болуға қабылетті. Осы жағдайда электромагниттік өріс күйінің өзгеруі (өрістің ұйытқуы) міндетті түрде толқындық сипатта болады. Осындай өрістер электромагниттік толқындар деп аталады. Вакуумда мұндай толқындар жарық жылдамдығына тең жылдамдықпен таралады.
8.Егер бипризманың сындырушы бұрышын үлкейтетін болсақ, интерференциялық бейне қандай болып өзгереді? Интерференция құбылысы
Бипризма деп табандары тиістіріліп біріктірілген, сындырушы бұрыштары өте кішкене (жарты градус шамасында) екі призма түріндегі оптикалық бөлшекті айтады. Бипризма мөлдір шынының бір тұтас кесегінен жасалынады.
Призмадан өткен жарық сәулелерінің жолдарын қарастыралық. Ол үшін нүктелік монохромат S жарық көзі бипризманың сындырғаш қабырғасына параллель орналасқан өте жіңішке саңылау.Жарық көзіне таралған монохромат жарық толқыны призмаға келіп жеткеннен кейін, призма бетінде оның фронты екіге бөлінеді. Бипризмадан өткен екі жарық шоғының әрқайсысы геометриялық оптиканың заңына сәйкес, SО оптикалық осіне қарай ауытқиды. Сонымен, бипризмадан өткен шоқта қабаттасатын болады, бұлар және жалған көздерден тараған жарық секілді болады. Осы жарық көздерінен таралған жарық толқындары кеңістіктің барлық нүктелерінде кездесуі мүмкін. Бұл екі жарық шоғының толқындары өзара когерентті, себебі олар және бір жарық көзі S – тен тараған. Жарық толқындары қабаттасатын кеңістіктің кез-келген нүктеде жүрген жолдарының айырымына байланысты интерференция бейнесі пайда болады және екі жорамал жарық көздерінің кескіндерін ұлғайтып та кішірейтіп те алуға болады. Біз пайдаланатын қондырғыда, оның оптикалық және геометриялық параметрлеріне байланысты саңылаулардың тек қана кішірейтілген кескінін алуға болады.Жорамал жарық көзі мен экран аралығын () өлшеу жайлы мынаны айтуға болады. Нақты жарық көзі (саңылау) мен жалған жарық көздері және дәлірек қарастырсақ, жүйенің (системаның) оптикалық осіне перпендикуляр болатын бір жазықтықта орналаспаған. Бұлардың бір жазықтың бетінен ауытқуы бипризманың сындыру бұрыштарына және жарық көздерінің экраннан ара қашықтықта () орналасуына байланысты болады, яғни ығысу шамасы жарық көзі мен экран арақашықтығына салыстырғанда өте аз болады. Осыған байланысты жалған жарық көздерімен экран аралығы () деп нақтылы жарық көзі мен экран (қондырғыдағы окулярлық микрометр) аралығын алуға болады.
9.Қондырғының дұрыс юстировкаланғанын қандай белгі көрсетеді?
Қондырғының окуляры арқылы интерференциялық бейнені бақылай отырып, бақылаушы бипризманы рейтермен бірге оптикалық орындық бойымен өзіне қарай қозғалтқанда интерференциялық бейне көріну өрісінің ортасында қалып отырса, онда қондырғының юстировкасы дұрыс қанағаттандырарлық болғаны.Ал призманы рейтермен бірге оптикалық орындық бойымен ілгері және кейін қозғағанда окуляр арқылы бақыланып отырған интерференциялық бейне сырғанай төмен немесе жоғары қозғалуы жиі кездеседі. Бұл жағдайда призманы өзінің бұрынғы орнына қайта қойып, оның орналасу биіктігін азайту керек. Осыдан кейін призманы оптикалық орындық бойымен өзіңізге қарай қозғап көру керек, яғни алғашқы жағдайды қайталау қажет. Демек интерфеернциялық бейне окулярдан көріну өрісінің ортасында қала беретіндей болғанша қайталау керек. Осы жағдайға қол жеткізу, қондырғының юстировкасының дұрыс орындалғандығын көрсетеді.
10.Интерференциялық аспаптар.Ньютон сақиналарын пайда болуын түсіндір
Интерферометрлер - жарықтың интерференция құбылысы мөлдір орталардың сынукөрсеткіштерін, спектрлік сызықтардың толқын ұзындықтарын, бұрыштарды және т.т. дәл өлшеулер үшін қолданылатын оптикалық құрылғылар, яғни интерферометрлер электромагниттік сәуленің негізгі сипаттамаларын зерттеу үшін пайдаланылады.
Рождественский интерферометрі. Жамен интерферометрінің өзгертілген түрі. Ол төрт айнадан тұрады, бұлардың екеуітолық шағылдырушы, қалған екеуіжарық шоқтарын бөлушілер қызметін атқаратын жартылай мөлдір. айналарының шағылдыру коэффициенті 50% шамасында болады, өйткені 1 және 2 жарық шоқтарының интенсивтіктері шамамен бірдей болғаны жөн.Рождественский интерферометрі негізінен газдар мен булардың жұтылу сызықтары маңайындағы сыну көрсеткішіне дәл өлшеулер үшін қолданылады.Майкельсон интерферометрі. Бұл интерферометр ғылым мен техниканың дамуында іргелі роль атқарды. Оның көмегімен жарық толқынының ұзындығы алғаш өлшенді, спектрлік сызықтардың нәзік түзілісіне бірінші жүйелі зерттеулер жүргізілді, спектрлік сызықтардың толқын ұзындықтарын эталондық метрмен тікелей салыстыру бірінші орындалды. Юнг әдісі. Юнг тәжірибесінде жарық көзі жарықтандырылған S саңылауы, бұдан шыққан жарық толқынының әртүрлі бөліктері S1 ж/е S2 жіңішке саңылауларына түсіп, бұларды жарықтандырады. Жарық S1 ж/е S2 кіші тесіктерден өтіп ,дифракция нәтижесінде бастапқы бағытынан ауытқиды. Сондықтан толқынның екі бөлігі қабаттасады да, интерференцияланады. Юнгтың тәжірибесінде саңылаулар ені өте кішкене болуы тиіс. S саңылауынан кейін сфераның бөлігі болып табылатын дұрыс толқындық шеп пайда болады. Ньютон сақиналары - бірдей қалыңдық жолақтары деген атақ алған жұқа мөлдір ортада (пленкада) пайда болатын интерференциялық құбылыстардың бірі; яғни жарықтың шағылу және сыну заңдарының негізінде пайда болатын интерференциялық бейне. Ньютон сақиналары бақыланатын қондырғыда бұл бейне когерентті жарық сәулелерінің тербеліс амплитудаларының бөлінуінен пайда болады. Жұқа пластинка бетіне түскен толқын фронтының кішкене участкасын (ауданын) бөліп алып, соны қарастыралық. Бұл ауданға түскен сәуле фронтының энергиясы пластинканың ортамен шекараларында (үстінгі және астыңғы беттерінде) екі бөлікке бөлінеді, яғни бір бөлігі үстіңгі беттен шағылады және бір бөлігі пластинка ішіне өтеді. Өткен бөлік астыңғы беттен шағылып үстіңгі бетке қайтып оралады. Оралған сәуле үстіңгі беттен шағылған сәулемен кездесетін болады. Кездескен сәуленің бірі үстіңгі беттен шағылған болса, екіншісі пластинканы аралап келген сәуле болады, яғни әр түрлі жол жүрген сәулелер болады және бұлар өзара когерентті сәулелер . Осындай сәулелер кездескенде бұлар бірін-бірі күшейтуі немесе әлсіретуі мүмкін. Сәулелердің бірін-бірі әлсіретуі немесе күшейтуі сәулелердің жүрген жолдарының “оптикалық жол айырымына” байланысты болады.
11.Жарық және қара қоңыр сақиналар.Сақиналардың орналасып таралу жиілігі
Ньютон сақиналары - бірдей қалыңдық жолақтары деген атақ алған жұқа мөлдір ортада (пленкада) пайда болатын интерференциялық құбылыстардың бірі; яғни жарықтың шағылу және сыну заңдарының негізінде пайда болатын интерференциялық бейне. Мөлдір жазық параллель шыны пластинка бетіне жазық-дөңес шыны линза қойылады. Олар бір-бірімен тек 0 немесе 0' нүктелерінде ғана бір-біріне тиетін болады. Бұл жағдайды 4.1-суреттен көруге болады. Мұндағы шыны пластинка және линза арнайы жасалған металл құрсаумен шегенделген болады. Осыған қарамастан олардың арасында ауа қабаты болуы мүмкін, бірақ ол ауа қабатының қалыңдығы 00' жарықтың толқын үзындығынан (λ) әлде қайда кіші болады, яғни 00'<<λ. Осындай жүйенің (системаның) бетіне тік перпендикуляр бағытта монохромат (бір түсті) жарық шоғын түсірсек линзаның төменгі бетінен ( 0 және А нүктелерінен) және төменде орналасқан жазық-параллель пластинканың бетінен (0’ және А’ нүктелерінен) жарық толқындарының шағылғандығы байқалады.
Осының нәтижесінде когерентті жарық шоқтарының (сәулелерінің) өзара интерференциялануы байқалады, яғни шағылған жарықтардың интерференцияланғандығынан жолақтардың пайда болғанын көреміз. Ол жолақтардың пішіні концентрлі шеңберге ұқсайды. Шеңбердің ортасында қара дақ пайда болады, мұны интерференциялық (минимум) әлсіреу деп атайды. Мұның себебі, 0' нүктесінен шағылғанда жол айырымы (∆) жарты толқын λ/2 ұзындығына тең болады. Оптикалық тығыз ортадан оптикалық тығыздығы аз ортаға шағылғанда толқын жарты толқын ұзындығын жоғалтады және (00'<<λ ). 0 нүктесінің айналасында бірдей қашықтықта жататын нүктелер А жиынтығы шеңбер жасайды. Оптикалық жол айырымы А нүктесіне тән жол айырымы сияқты болатындықтан нүктелердің геометриялық орны шеңбер-сақина тәріздес интерференциялық бейне түзейді. А нүктесіндегі толық оптикалық жол айырымы ∆=2δm+ λ/2 теңдеуі арқылы өрнектеледі. Мұндағы δm- ауа қабатының қалыңдығы, λ/2 - тығызырақ ортаның А’ нүктесінен жарық шағылғандағы толқын фазасының қарама-қарсы өзгеруінің салдарынан пайда болатын қосымша оптикалық жол айырымы. Оптикалық жол айырымы немесе оптикалық жол өзінің мағынасы бойынша геометриялық жолдың сәуле таралатын ортаның сыну көрсеткішіне көбейткенге тең шама, яғни ∆=Ln. Мұндағы L-геометриялық жол ұзындығы, n-сәуле таралатын ортаның сыну көрсеткіші. Біздің жағдайымызда геометриялық жол ұзындығы оптикалық жол ұзындығына тең болады, себебі біз жұмыс істеп отырған орта - ауа. Ауа қабатының сыну көрсеткіші бірге (nауа=1) тең болғандықтан ауаның сыну көрсеткіші формулаға енбеді.
Оптикалық rm жол айырымын геометриялық жүйенің ішіндегі линзаның қисықтық R радиусымен және интерференциялық сақиналардың m-ретті санымен байланыстыруға болады. Ол үшін 4.1-суреттегі ОАС үшбұрышын қарастырып, одан (АВ)2=ОВ·ВС немесе rm2=δm(2R-δm) екендігін табамыз және δm2 << 2R, δm2→0 болғандықтан δm2- шаманы нольге тең деп аламыз. Олай болса δm- мына өрнекпен анықталады: δm= rm2. /2R m-ретті жарық сақина түзілуі үшін оптикалық жол айырымы ∆ төмендегіше болуы керек: ∆ =2mλ /2
Рет саны m болатын жарық сақинаның радиусын табуға болады, яғни
Осыған сәйкес рет саны m болатын қара-қоңыр сақинаның радиусын да анықтауға болады,
Есептеу нәтижесі сақиналардың рет саны артқан сайын олардың радиустарының айырмашылығы азая түседі, яғни сақиналардың ені азая береді. Басқа сөзбен айтқанда сақиналар орталықтан (центрден) қашықтаған сайын жіңішкере түседі, яғни сақиналардың жиілігі арта түседі.
12.Табиғи жарық пен жазық поляризацияланған жарықтар айырмашылығы неде?
Электромагниттік толқындардың,демек,жарық толқыны ның да, көлденең толқындар екені белгілі:жарық толқыны электр ж/е магнит өрістерінің Е,Н кернеуліктері өзара перпендикуля,әрі жарық сәулесі бағытына перпендикуляр жазықтықта тербеліс жасайды.Жарықтың поляризациясы деп осы атаудың кең мағынасында жарық толқындарының көлденеңдігі қалайда білінетін толқындық оптика құбылыстарының жиынтығын айтады.Поляризацияланған жарық деп Е жарық векторының тербелісі белгілі бір бағытта реттелген жарық толқынын айтады.Табиғи жарықта-жарық векторының тербелістері ортаның кез келген нүктесінде барлық мүмкін болатын бағыттарда,бірін бірі тез,әрә бейберекет алмастырып отырып жасалады.Толқынның Е электр векторының тербелістері қалайда бір жолмен реттелген болса,онда мұндай толқын поляризацияланған д.а.Көлденең толқында (мысалы резина арқанындағы толқында) тербеліс бағыты мен оған перпендикуляр бағыты бірдей емес ( сурет).
Сонымен көлденең толқынның бойлық толқыннан айырмашылығы болып сəулеге қатысты асимметриясы табылады. ХІХ ғасырдың 60-шы жылдарының ортасында Максвелл жарықтың электромагнит толқындары болатыны туралы қорытынды жасады. Жарықтың электромагниттік теориясында толқындардың ерекше ортада – эфирде таралады деген болжамға байланысты қиыншылықтардың барлығы жойылады. Электромагниттік толқында Ē мен В векторлары бір біріне перпендикуляр болады жəне толқынның таралу бағытына перпендикуляр жазықтықта жатады. (3 сурет). Жарықтың затпен əсерлесу процестерінде негізгі рольді атқаратын Ē электрлік векторы болады, сондықтан оны жарық векторы деп атайды. Егер электромагниттік толқын таралған кезде жарық векторы өзінің бағытын сақтайтын болса, ондай толқын жазық-поляризацияланған деп аталады (толқындардың поляризациясы деген терминді Малюс көлденең механикалық толқындар үшін енгізген). Ē жарық векторы тербелетін жазықтық тербелістер жазықтығы немесе поляризация жазықтығы деп аталады. Лазердің шығаратын жарығы жазықполяризацияланған болады. Жарық шағылғанда немесе шашырағында поляризациялануы мүмкін. Мысалы аспанның көгілдір жарығы жарым-жартылай немесе толығымен поляризацияланған. Бірақ кəдімгі жарық көздерінен шығатын жарық (күн жарығы, қыздыру лампаларының жарығы жəне т.б.) поляризацияланбаған болады. Олардың жарығы əр уақыт мезетінде тəуелсіз жарық шығаратын көптеген атомдардың үлестерінен қосылады жəне əртүрлі атомдардың жарық векторларының бағыттары əртүрлі болады. Сол себептен қорытқы толқында Ē векторының бағыты ретсіз өзгереді жəне тербелістердің барлық бағыттары тең болып қалады. Поляризацияланбаған жарықты табиғи жарық деп атайды. Əр уақыт мезетінде Ē векторын екі перпендикуляр оське проекциялауға болады Олай болса қандай да болсын толқынды (поляризацияланған жəне поляризацияланбаған) екі өзара перпендикуляр бағыттарда поляризацияланған толқындардың суперпозициясы деп қарастыруға болады: Ē(t)= Ēx(t)+ Ēy(t). Бірақ поляризацияланған жарықта екі құраушысы Ex(t) жəне Ey(t) когерентті, ал поляризацияланбаған жарықта когерентті емес болады, б.а. бірінші жағдайда Ex(t) жəне Ey(t) арасындағы фазалар айырымы тұрақты, ал екінші жағдайда уақыт бойынша кездейсоқ өзгеретін функция болады.
13.Қума толқын жазық поляризациялана ма?Қосарланып сыну кұбылысын қалай түсінесіз?Ортаның физикалық қасиеттері ортадағы бағытқа байланысты əртүрлі болатын орта анизотропты деп аталады. Қалыпты жағдайларда газ түріндегі, сұйық жəне аморфты қатты диэлектриктер оптикалық изотропты болатындығы, ал кристалдық диэлектриктердің көпшілігі оптикалық анизотропты болатындығы зерттеулерден анықталған. Мəселен, исландия шпатының кристалы жарықты оған жарық қай жағынан түсірілуіне байланыстыəртүрлі сындырады. Осы кристалда бір бағыттың болатындығы анықталған, осы бағыт бойымен түсірілген жарық сəулелері сынбай түзу сызықты өтеді. Басқа бағыттарда сəуле кристалл арқылы өткенде екіге жіктеледі; жарықтың қосарлана сыну деп аталатын құбылыс байқалады . Оптикалық қасиеттердің кристалдағы бағытқа осындай тəуелділігі оптикалық анизотропия деп аталадыТабиғи жарық сəулесі исландия шпатының кристалы арқылы өткенде екі сəулеге бөлінетіндігі байқалды. Осы құбылыс сəуленің қосарланып сынуы деп аталды. Сəуленің қосарланып сынуы – анизотропты заттардың түскен жарық сəулесін əртүрлі фазалық жылдамдықпен, əртүрлі бағытта таралатын өзара перпендикуляр бағыттарда поляризацияланған екі сəулеге бұлшектеу қабілеті туғызатын құбылыс. Толқындар деп тербелiстiң кеңiстiкте таралу процессiн айтады. Кеңiстiкте қандай тербелiстердiң тарап жатқанына байланысты толқындар әртүрлi, мысалы, механикалық, электромагниттiк т.с.с. болуы мүмкiн. Тербелiстiң бағыты мен толқынның таралу бағытының арасындағы қатынасқа қатысты оларды көлденең толқындар және қума толқындар деп бөледi. Көлденең толқындарда тербелiстiң бағыты толқынның таралу бағытына перпендикуляр болса, қума толқындарда олардың бағыты бiр түзудiң бойында болады. Ол жөнiнде мына жерден қарап көруге болады. Толқындарды олардың ұзындығымен сипаттайды. Толқын ұзындығы деп бiрдей фазада тербелiп тұрған iргелес (ең жақын) екi нүктенiң ара қашықтығына тең шаманы айтады. Толқынның λ ұзындығы, ν тербелiс жиiлiгi және оның υ таралу жылдамдықтарының арасында мынадай байланыс бар. Электромагниттiк толқындар деп айнымалы электр өрiсiнiң және онымен байланысқан магнит өрiсiнiң кеңiстiктегi таралу процессiн айтады. Ал бұл өрiстер сәйкес электр өрiсiнiң кернеулiгi және магнит индукция векторы арқылы сипатталатыны белгiлi. Олай болса, электромагниттiк өрiс тарап жатқан кеңiстiктiң әрбiр нүктесiнде осы векторлардың мәнi периодты түрде өзгерiп отырады. Электромагниттiк толқындар – көлденең толқындар. және векторлары бiр-бiрiне перпендикуляр жазықтықта тербеледi (3.1 - сурет). Электромагниттiк толқындардың болатыны жөнiндегi болжамды алғаш рет ағылшын ғалымы Дж.Максвелл айтқан болатын. Айнымалы магнит және электр өрiстерi қарапайым тербелмелi контурда туындылайды. Бiрақ, бұл жағдайда магнит өрiсi индуктивтi катушканың маңында, ал электр өрiсi конденсатор астарларының арсында туындылайтын болғандықтан толқын кеңiстiкке тарамайды. Мұндай жүйенi әдетте жабық тербелмелi контур деп атайды. Кеңiстiкке тарайтын электромагниттiк толқындарды ашық тербелмелi контурдың көмегiмен шығарып алуға болады. Ашық тербелмелi контур жөнiнде мына жерден қарап көруге болады.
14.Кристалдардың оптикалық осі.Малюс заңы.Жарық интенсивтігінің электр кернеуі векторының квадратына тәуелділігі?неге жарық интенсивтігі фототок мәнімен бағаланады. Малюс заңы — анализатордан өткен сызықты поляризацияланған жарық қарқындылығының cos α-ге пропорционалазаятындығын өрнектейтін заң; мұндағы α — жарық поляризациясы жазықтығы мен прибор (анализатор) арасындағы бұрыш. Бұл заңды 1810 жылы француз физигі Э.Л. Малюс (1775 — 1812) ашқан. Егер І0 және І — анализаторға түсетін және одан шығатын жарық қарқындылықтарын сипаттаса, онда Малюс Заңы бойынша: І=І0cos2α түрінде орындалады. Өзгеше (сызықты емес) поляризацияланған жарықты екі сызықты поляризацияланған құраушылардың қосындысы түрінде қарастыруға болады. Олардың әрқайсысы үшін Малюс Заңы орындалады. Барлық поляризациялық приборлардан өтетін жарық қарқындылығы Малюс Заңы бойынша есептеледі, ал Малюс Заңы ескермейтін, α-ға тәуелді болатын шағылу кезіндегі шығындар басқа тәсілмен қосымша анықталады. Жарық қарқындылығын өлшеуге арналған оптик. құрал — поляризациялық фотометрдің құрылысы Малюс Заңына негізделген. Жарық қосарланып сынатын орталарда таралатын жарық сәулесі екі компонентке бөлінеді, олардың таралу жылдамдықтары әртүрлі болады. Олай болса олардың сыну көрсеткіштеріде әртүрлі. Қосарланып сыну құбылысы кристалл қабырғасына тік түскен (нормаль) кезінің өзінде де байқалады. Осыған қарамастан кристаллдарда екі бағыт болады. Ол бағыт бойымен таралатын жарық сәулесі қосарланып сынбайды. Осы бағыттарды кристаллдың оптикалық осьтері деп атайды. Демек, оптикалық ось бойымен таралатын сәулелердің таралу жылдамдығы бірдей болады. Сондықтан екіге бөліну туралы сөз болмайды.
15.Жарықтың корпусклалық теориясы.Қандай жағдайда тұтас,сызықтық және жолақ спектрлер шығарады?
Өте жоғарғы температураға қыздырылған қатты денелерден шыққан жарықты призмадан өткізіп бақылау жүргізетін болсақ, экраннан бір түстен екінші түске үздіксіз өзгеріп отыратын түрлі түсті жолақ спектрлерді көреміз.
Бұл спектрлердің басталар және аяқталар шеттерінде (оң жақ және сол жақ шетінде) көзге әсері жоқ ультракүлгін және инфрақызыл сәулелердің бар екендігі байқалған. Бұл спектрлердің барлығын (көзге көрінетін және көрінбейтін) қосып үздіксіз немесе тұтас спектрлер деп атайды. Осындай спектрлерді жоғарғы тығыздықтағы газдар да береді.
Өте жоғарғы дәрежеде сиретілген газдар (кейбір денелердің, заттардың булары) сызықтық (қараңғы көрініс бетінен (фон) жарқырауы өте күшті сызықтардан тұратын) спектрлер береді. Мұндай спектрлерді энергетикалық жоғарғы деңгейдегі (энергиясы Е2) атомдар энергетикалық деңгейі төмен (энергиясы Е1) жағдайға өткенде ғана шығарады. Осындай жағдайда пайда болған монохромат сәуле жиілігі мынадай шарт бойынша анықталады Ε2−Ε1=hν Мұндағы: h=6,62.10-34 Дж·с - Планк тұрақтысы, ν - пайда болған монохромат сәуле жиілігі. Дене шығаратын жарық сол дененің молекуласына байланысты болса, спектрі жолақ болады, сондықтан спектр жолақ деп аталады. Көрінуіне қарай жолақ спектрлер сызықтық спектрлерге ұқсас болады, бірақ жолақ спектрлерде сызықтық спектрлердей фоннан түрлі түсті сызықтар байқалмайды. Фон түрлі түсті болса, қараңғы сызықтардың немесе жолақтардың пайда болғаны байқалады. Жарық табиғатына деген адамдардың көзқарасы ерте заманнан ақ қалыптаса бастаған. Осыдан екi жарым мың жыл бұрын Пифагор «әрбiр зат өзiнен аса ұсақ бөлшектер шығарады, ол бөлшектер адам көзiне жетiп, адам заттарды көредi» деп түсiндiрген. Көптеген ғасырлар бойы үстемдiк құрған осы пiкiрдi И.Ньютон одан әрi дамытты. Ол жарық бөлшектерiн корпускулалар деп атап, бұл бөлшектер инерция заңын қанағаттандырады деп есептедi. Бұлай деу тәжiрибеден байқалатын жарықтың түзу сызық бойымен таралу, шағылу заңдарын түсiндiруге мүмкiндiк беретiн. Одан әрi жарық жөнiнде жаңа тәжiрибелiк деректердiң жинақталу барысында интерференция және дифракция тәрiздi құбылыстар ашылды. Бұл құбылыстарды жарықтың корпускулалық қасиетi арқылы түсiндiру мүмкiн емес едi. Осымен байланысты ХIХ ғасырдың басында Х.Гюйгенс, Ю.Юнг және О.Френель тәрiздi ғалымдардың еңбектерiнде жарықтың толқындық теориясы ұсынылып, қалыптасты. Жарық жөнiндегi көптеген көкейтестi мәселелердiң шешiмi тек Максвелл ойлап тапқан электромагниттiк өрiстiң теориясынан кейiн ғана табылды. Бұл теориядан жарық дегенiмiз толқын ұзындығы белгiлi бiр аралықта жатқан электромагниттiк толқындар екендiгi шығады
16.УМ2 монохроматордың жұмыс істеу принципі
Монохроматордың оптикалық схемасы 6.1-суретте көрсетілген. Мұнда: 1 - жарық көзі (электр қыздыру лампасы), 2 - лампа кожухының қорғаныс шынысы, 3 - конденсорлық линза, 4 - линза, 5 - теңестіру призмасы, 6 - коллиматордың жарық енетін саңылауы, 7 - коллиматор объективі, 8 - дисперсиялайтын призма, 9 - көру трубасының (фотокамераның) объективі, 10 - алмалы жарық енетін саңылау, 11 - қорғаныс шынысы, 12-5x окуляр, 13-10х окуляр, 14 - кору трубасының фокаль жазықтығындағы көрсеткіш. Схемадағы 1, 2, 3 детальдар монохроматордың оптикалық орындығындағы 11 рейтерлердің бағанасында орналасқан (6.2-суретті қараңыз).
6.1-суретте жарық сәулелері енетін саңылау арқылы коллиматор объективіне түсетіндігі және параллель шоқ болып дисперсиялық призмадан өтетіндігі көрсетілген. Монохроматордың сәулелер шығатын трубасы түсетін жарық шоғына 90° бұрышпен орналасады.
Призма орнатылған орындықшаны түсетін жарық шоғына қатысты әртүрлі бұрышқа бұрай отырып, шығыс (шығу) саңылауында ең аз бұрылу бұрышты призмадан өткен әртүрлі толқын ұзыңдықтағы жарықты алады.
УМ-2 монохроматордың сыртқы түрі 6.2-суретте келтірілген. Мұндағы прибордың негізгі бөліктері: 1 - коллиматор, 2 - айналатын орындықшаға орналастырылған призма және 3-шығу трубасы. Коллиматордың кіре берісінде ашылу ені 0 - 4мм болатын стандартты симметриялы саңылау болады. Саңылаудың ені бөлігінің құны 0,01 мм-ге тең барабан 6 арқылы реттелінеді. Кіру саңылауы коллиматор объективінің фокаль жазықтығында орналасқан. Әрбір толқын ұзындығы үшін объективтің фокустык арақашықтығы өзгеретін болғандықтан маховичокты 8 айналдыру арқылы объективтің фокусталу мүмкіншілігі қарастырылған. Коллиматордың трубасында, саңылау мен объективтіктің аралығында затвор орналасқан; оның көмегімен приборға енетін жарықтың жолын жауып тастауға болады. Рукояткамен 7 затвордың қозғалысын басқаруға болады. Мұндай жүйе, жоғарыда айтылғандай, толқын ұзындығы әртүрлі жарықтың өте аз бұрылу бұрышты призманың дисперсиялайтын бөліктері арқылы өтуін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар коллиматорлық оптикалық ось пен көру трубасы фотокамера оптикалық осінің аралығындағы 90°-тық бұрыштың тұрақтылығы сақталады. Призма орындықшасы айналатын құрылыспен жабдықталған. Микрометрлік винттің 9 венчигін айналдырғанда призмаға түсетін параллель шоқтың түсу бүрышы өзгереді; демек, сәуле шығарудың толқын ұзындығы өзгереді. Мұны прибордан шығардағы есептейтін (реперлік) көрсеткіштен байқауға болады. Есептеу спиральдық канавка бойымен жылжитын, 10 индекске қарсы, барабанның шкаласы бойынша жүргізіледі.
Приборды градуирлегенде оның жарық шығатын трубасына, фокаль жазықтығында көрсеткіш орналасқан окуляры 5 бар, насадка орнатылады. Көрсеткіштің жарықтандырғышы бар; оның түсін әртүрлі жарық фильтрлері болатын револьвер типті тетікті 4 бұрумен өзгертуге болады.Монохроматты шоқты алу үшін жарықтың шығу трубасындағы окулярлық насадканың орнына сәулелер шығатын саңылауы бар патрубок 12 орнатылады. Саңылаудың ені 13 маховиктің айналуымен реттелінеді. Жарық көздері мен конденсорлық линза оптикалық орындықта 11 орналасқан рейтерлердің бағаналарына бекітіледі.
17.Вакуумдық пен газ толтырылған фотоэлементтердің сипаттамаларын бағалаудағы сыртқы фотоэффект заңдылықтары.Газ толтырылған фотоэлементтердің вольтамперлік сипаттамасын түсіндіріңіз.
18.Газ толтырылған және вакуумдық фотоэлементтердің құрылысын және жұмыс істеу принциптерін түсіндіріңіз.
Фотоэлектрлік құбылыстар, фотоэффект — электрмагниттік сәуленің затпен әсерлесуі нәтижесінде пайда болатын электрлік құбылыстар (электр өткізгіштігінің өзгеруі, ЭҚК-нің пайда болуы не электрондар эмиссиясы). Бұл құбылыс қатты денелерде, сұйықтықтарда, сондай-ақ газдарда да байқалады. Фотоэлектрлік құбылыстар қатарына рентген сәулелерінің фотоэффектісі мен ядролардың фотоэффекті де жатады. Қатты немесе сұйық денелердің жарық сәулесін (фотондарды) жұтуы нәтижесінде электрондардың бөлініп шығу құбылысы сыртқы фотоэффект делінеді. Мұны 1887 ж. Г.Герц ашқан. Сыртқы фотоэффектіні тәжірибе жүзінде А.Г. Столетов (1888) толық зерттеп, оның бірнеше заңдарын тұжырымдап берген. А.Г. Столетов ашқан фотоэффектінің бірінші заңы былайша тұжырымдалады:
максимал фотоэлектрлік ток (қанығу фототогы) түскен жарық ағынына тура пропорционал болады.
1905 жылы А.Эйнштейн сыртқы фотоэффект құбылысын жарықтың кванттық теориясы тұрғысынан түсіндіріп берді. Сыртқа қарай бөлініп шыққан электронның максимал кинетик. энергиясының (Емак) шамасы электронға берілген фотонның энергиясы (hv) мен шығу жұмысының (φ) айырымына тең (Емак=hv–φ) екендігі тәжірибе жүзінде дәлелденді. Сыртқы фотоэффектінің бұл екінші заңы, яғни Эйнштейн заңы былайша тұжырымдалады:
фотоэлектрондардың максимал энергиясы түскен жарық жиілігіне сызықты тәуелді болып өседі және оның қарқындылығына байланысты болмайды.
Ішкі фотоэффект (фотоөткізгіштік) кезінде жартылай өткізгіштер мен диэлектриктерге түскен жарық (фотон) оларда жұтылады да, сыртқа қарай электрондар бөлініп шықпайды. Сөйтіп, жартылай өткізгіштер мен диэлектриктердің электр өткізгіштігі өзгереді. Ішкі фотоэффектіні 1873 ж. америка физигі У.Смит байқаған. Жарық әсерінен кедергісі кемитін жартылай өткізгіштер фотокедергілер деп аталады. Металл электрод пен сұйық шекарасында байқалатын фотогальваникалық эффектіні 1839 ж. француз физигі А.Э. Беккерель ашты. Ал екі қатты дене шекарасындағы мұндай құбылысты 1876 ж. ағылшын физиктері У.Адамс пен Р.Дей байқаған. Екі заттың түйіскен жеріне жарық түсірілген кезде фотоэлектрлік қозғаушы күш пайда болады. Мұндай зат ретінде әр түрлі жартылай өткізгіштер (электрондық және кемтіктік) немесе жартылай өткізгіш пен металл алынады. Фотогальваник. эффектіге негізделіп жасалған фотоэлектрлік құрылғылар вентильді фотоэлементтер деп аталады.
19.Бугер заңы.Түссіз шыныдан жарықтың өтуін және жұтылуын түсіндір.
Жазық жарық толқыныны затта тараған кезде оның интенсивтілігі біртіндеп азая бастайды. Бұл (жарықтың адсорбциясы) жарықтың затта құбылысы деп аталады. Бұл толқынның электромагниттi өрiсiнiң энергиясының басқа энергия түрлеріне түрленуімен байланысты (көбінесе жұтылған жарық негізінде қызатын зат бөлшектерiнiң хаосты жылулық қозғалысының энергиясына жұмсалады).Бугер заңы - жарықтың параллел монохроматты шоғының жұту қабілеті бар заттық ортада тарау барысында бiртiндеп әлсiретуiн анықтайтын заң. Егер қалыңдығы d болатын затқа енетiн жарықтың шоғының энергиясы I0 болса, онда заттан шыққан жарық шоғының энергиясы Бугер заңы бойынша келесі түрде өрнектеледі:
(8.1)
мұндағы, d-қабаттың қалыңдығы, α-жұтылу коэффициенті.
Жұтылу коэффициентінің (α) сандық мәні l/α мәніне тең d-қабаттың қалыңдығына сәйкес келеді және одан өткеннен кейін оның интенсивтілігі e=2,72 есеге азаяды. Бұл заңдылық заттағы жарық толқынының интенсивтілігі экспонента бойынша азаятынын көрсетеді. Егер жарық қалыңдығы d болатын материалдан өткен кезде оның интенсивтілігі N ретке азайса, қалыңдығы 2d болатын материалдан өткен кезде N2 ретке азаяды .
8.1-сурет. Жарық интенсивтілігінің материал қалыңдығына тәуелділігі
Ортаның жарық өткiзуi қасиеті τ’ ортадан өткен Ф жарық ағынының түскен Ф0 жарық ағынына қатынасы арқылы анықталады. Егер жарық ағыны өткізу коэффициенті болатын бірнеше ортадан өткен болса, онда жүйенің өткізу коэффициенті келесі түрде анықталады:
(8.2)
Жарық өткізгіштікке кері мәннің логарифмі оптикалық тығыздық деп аталады . Бірнеше М ортадан құралған жүйенің оптикалық тығыздығы келесі түрде анықталады . Көріп отырғанымыздай аддитивтілік заңы орындалады. Бұл жерде τ және D мәндерін анықтайтын формулалардың түсуші жарық монохроматты, орта селективті немесе түсуші жарық спектрінің құрамы әртүрлі және орта селективті емес болған жағдайда орындалады.
Тәжірибеде a мәнін өлшеу барысында, жарықтың белгілі бір бөлігінің зерттелетін зат бетінен шағылатынын ескеріп шамалы түзетулер енгізіп отыру қажет (мысалы Френель формуласы арқылы).Түссіз шыныдан жасалған пластинаның жарық өткізгіштігі келесі формула бойынша есептеледі:
Мұндағы - тегістелген бірт беттен шағылу коэффициенті; - өткізу бірліктері арқылы берілген шағылуды түзету көрсеткіші.
мәнін түзету көрсеткіші келесі формула бойынша есептеледі:
(8.4)
n – сыну көрсеткіші.
Жұту көрсеткіштері бірдей М пластинадан құралған жүйе үшін
(8.5)
Тәжірибе бойынша анықталып отырған α жұтылу коэффициенті келесі формула бойынша есептелінеді:
немесе (8.6)
Мұндағы lge = 0,4343; d – мәні см өлшенеді.
Қалыңдықтары d1 және d2 болатын қабаттардан өткен жарықтың интенсивтіліктері I1 және I2 мәндерін өлшейтін болсақ, жұтылу коэффициентін төмендегі өрнектен анықтап алуымызға болады:
20.Жарық интенсивтігінің материал қалыңдығына тәуелділігі.Шыны пластинканың жарық өткізгіші
Дисперсті система арқылы өткен жарық сәуленің интенсивтілігі біршама төмендейді және бұл бірден екі процесті тудырады: жұту және шашырату. Жарык жұтылған кезде оньщ энергиясы жылуға айналады. Боялған орталардың көмегімен жарық жұтудын, негізгі заңдылығын Ламберт пен Беер анықтаған. Ламберт заңына орай, ерітіндінің өте жұқа қабаты арқылы өтетін жарық интенсивтілігі-нің өзгеруі, өзі өткен ерітінді қабатының қалыңдығына тура пропорционалды, ал Беер заңына сәйкес ерітіндіде еріген зат концент-рациясының жоғарылауы ерітінді қабатының қалыңдығы сияқты әсер етеді. Ламберт және Беер заңын дифференциалды тұрғыдан біріктіріп өрнектеуге болады:
dI=KCdx
мұндағы dІ — өткен жарық интенсивтілігі; К —пропорционалдық коэффициенті; С — ерітінді концентрациясы, dx — жарық өткен ерітінді қабатының қалыңдығы. Бұл теңдеудің интегралдық түрі:
І = Iое-ксх
мұндағы Iо — ерітіндіге түскен жарық интенсивтілігі; I— ерітіндіден шыққан жарықтың интенсивтілігі.
Осы тұста ескерте кететін бір жай бар: егер ерітінді концентра-циясын өзгерткенде еріген зат диссоциацияланбаса немесе агрегацияланбаса, онда Ламберт-Беердің біріккен заңы орындалады.
Дисперсті системаларға тән оптикалық құбылыс — жарықтьщ шашырауы. Жарық шашыраған кезде түс-кен сәуле энергиясы жылуға айналмастан, оны бөлшектер әр түрлі бағытта кайтадан шығарады. Сондықтан да шашыраған жарықты қараңғы фонға қарсы бүйірінен байкауға болады.
21.Дифракция құбылысы.Френель аумақтары.Дифракциялық решеткалар.дифракцияның пайда болу шарттарын тусіндір.
Жарықтың дифракциясы деп жарық толқындарының жолындагғы бөгеті орап (айналып) өтуін айтады. Неғұрлым кең мағынада айтқанда, элоктромагниттік толқындар экранның саңлаудың немесе басқада да бір текті емес нәрселердің шетіне жақын жерден өткенде олардың таралу бағыты өзгереді. Дифракция құбылысы жарықтың түзу сызықпен таралуынан ауытқын көрсетеді. Жарық толқындары өлшемдері жөнінен жарық толқыны ұзындығымен шамалас бөгеттерді орғытып өтеді. Жарықтың дифрация құбылысы дегеніміз осы.Дифракция құбылысы тек жарыққа ғана емес, басқа да толкындық процестерге тән құбылыс. Мысалы, дыбыс толқындары да жолында кездескен бөгетті айнала бұрылып таралады. Биік үйдің бір жағынан шыккан дыбыс оның екінші жағынан да естіледі, өйткені дыбыс толқыны үйдің бұрышына жетіп бұрылады да қалкаланып тұрған алқапқа барады, басқаша айтқанда дифракцияланады. Бұл ретте бір ескерте кететін нәрсе: жарықтың дифракция кәдімгі жағдайларда байқалмайды, оны тек ерекше жағдайларда ғана байқауға болады.Жарықтың толқын ұзындығы өте кішкене (10-5 см) болғандықтан, жарық дифракциясын байқау қиын, арнаулы құрал-жабдық керек. Жарық дифрациясы микроскоптың мүмкіндік қабілетіне шек қояды.
Геометриялық оптика заңдары жарық толқындарының жолындағы бөгеттердің өлшемдері толқын ұзындығынан көп үлкен болатындай жағдайда орындалады.
Дифракциялық құбылысқа байланысты есептерді шығару үшін, яғни бөгеті бар ортада тарайтын жарық толқыны интенсивтілігінің таралуын табу үшін Гюйгенс және Гюйгенс-Френель принциптері қолданылады.
Гюйгенс-Френелъ принципі:
Тамаша оптикалық аспаптың-дифракциялық тордың құрлысы дифрациялық құбылысқа негізделген.
Дифракциялық минимумдар шарты: b sin γ= (2m +1) λ
2
Дифракциялық максимумдар шарты: b sin γ = m ∙λ
Тамаша оптикалық аспаптың-дифракциялық тордың құрлысы дифрациялық құбылысқа негізделген.
Дифракциялық тор толып жатқан өте жіңішке, мөлдір емес аралықтармен бөлінген көптеген саңылаулар жиынтыгы болып табылады. Дифракциялық тор деп бiр-бiрiне жақын, әрi параллель орналасқан тар жолақ саңлаулар жүйесiнен тұратын спектральдық құралды айтады.
Жазық параллель шыны пластинкадан осылай жасалған торлар жазық, мөлдір тор деп аталады. Осындай шыны торды алғаш (1822 ж.) неміс физигІ Фраунгофер жасаған, оның торында бір дюймнің бойына 8000 штрих сызылған болатын; осы кездегі шетелде жасалатын тордың бір дюйміне келетін штрих саны 30 000-ға дейін болады, басқаша айтқанда 1 мм-ге 1181,13 штрих келеді. Біздің елімізде жасалатын дифракциялык. торларда бір миллиметрге келетін штрихтар саны 1200-ге дейін болады.
Жақсы тор шыны пластинаға параллель штрихтар сызылған арнаулы бөлгіш машинаның көмегімен жасалады. Сапа жағынан ең жақсысы-шағылдырғыш торлар деп аталатындары. Олар жарықты шағылдырғыш және шашыратқыш бөліктердің кезектесуі болып табылады. Жарықтың шашыратқыш штрихтары кескішпен металл пластинаның тегіс өңделген бетіне сызылады. Дифракциялық тордың көмегімен толқын ұзындыгы өте дәл өлшеуге болады. Дифракциялық торлар жарықты спектрлерге жiктеу үшiн, сонымен қатар жарықтың белгiсiз толқын ұзындығын анықтау үшiн де қолдаылады.
Дифракция-жарықтың толқындық сипаты білінетін құбылыс. Жарық дифракциясы — жарық толқындарының мөлшері сол толқындардың ұзындығымен қарайлас орап өту құбылысы. Толқындар теориясында дифракция деп толқынның таралуына кедергі жолыққанда толқындық өрісте пайда болатын құбылыстардың барлық жиынтығын айтады.
Диф/я құбылысын жарықтың толқындық теориясы б/ша толық түсіндіруге болады.Толқындық беттің әрбір нүктелерінің айналасында пайда болған элементар толқындар бір-бірімен қосылысып интерференцияланады, сонда қорытқы сыртқы орауыш бетте толқынның едауір интенсивтігі болады. Элементар толқындар мен интерференция жайындағы идеялардан жарықтың толқындық теориясының негізгі принципі –Гюгенс-Френель принципі шығады. Бұл принцип б/ша толқындық беттің алдыңғы жағындағы бір нүктедегі тербелісті табу үшін сол нүктеге толқындық беттің барлық элементтерінен келген тербелістерді тауып, одан соң олардың амплитудалары мен фазаларын есепке ала отырып, оларды өзара қосу керек.
Френенль зоналар методын қолданды. Бұл метод толқындық бетті ойша дөңгелек зоналарға бөлуге ж/е олардан таралып бір-біріне қосылысып интерференцияланған элементар толқындардың амплитудалары мен фазаларын есепке алуға негізделген. S жарық көзінен жарық толқындары таралып сфералық толқындық беттер түзілсін , сонда олардың біреуі ∑-мен белгіленген бет болсын. Жарық толқынының P нүктедегі әсерін анықтау үшін Френельше сол ∑ толқындық бетті ойша дөңгелек зоналарға бөлеміз. Көршілес зоналардың сәйкес нүктелерінен P нүктесіне келген жарық тербелістерінің жол айырмасы тең. Гюгенс-Френель интегрлы: .
P нүктесіндегі толық өріс ∑ бетінің барлық элеметтерінен келетін екінші реттік толқындар өрістерінің суперпозициясы.
Айқын да анық дифракциялық суретті алу және бақылау үшін дифракциялық торды пайдаланады. Дифракциялық тoр дегеніміз — жарық дифракциясы байқалатын тосқауылдар және саңылаулардың жиынтығы.
Дифракциялық торды реттелген дифракциялық тop және реттелмеген дифракциялық тop деп бөледі. Реттелген тор деп саңылаулары белгілі бір қатаң тәртіп бойынша орналаскан торларды, ал реттелмеген деп саңылаулары тәртіпсіз орналасқан торларды айтады. Геометриялық құрылысына қарай торларды жазық және кеңістіктік торлар деп те бөледі. Кеңістіктік реттелмеген торларға, мысалы, тұмандағы ауа тамшылары немесе мұз қиыршықтарының жиынтығы, көз кірпіктері жатады.
22.Гюгенс Френель принципі,тоғысатын сәулелер дифракциясы,параллель сәулелер дифракциясын өзара салыстырыңыз
Жарық толқынының геометриялық көлеңке аймағына өтуін Гюгенс принципі түсіндіреді. Бірақ оның принципі амплитуда жайлы дерек бермейді,яғни әр түрлі бағытта таралатын толқындардың интенсивтігін сипаттамайды. Гюгенс принципін Френель екінші реттік толқындардың интерференциясы жайындағы көрініспен толықтырды. Осылай Гюгенстің енгізген екінші ретті толқындары интерференциялануы арқасында қорытқы толқынның интенсивтігі максимум болатын бет болды. Екіші реттік толқындардың амплитудалары мен фазаларын ескеру кеңістіктің кез−келген нүктесіндегі қорытқы толқынның амплитудасын табуға мүмкіндік берді. Осылай толықтырылған Гюгенс принсипі Гюгенс−Френнль принципі д.а. Ол толқынның интенсивтігінанықтағанда,дифракцияны есептегенде қолданылады. Ол толқындық оптиканың негізгі принципі болып табылады. Фраунгофердифракциясының Френель дифракциясынан негізінде айырмашылығы жоқ. Егер дифракциялаушы қалқадан бақылау нүктесіне дейінгі қашықтық оның мөлшерлеріне салыстырғанда өте үлкен болса, онда бақылау нүктесіне дейінгі екінші реттік толқындарды жазық деп санауға болады.
Диф/я құбылысын жарықтың толқындық теориясы б/ша толық түсіндіруге болады.Толқындық беттің әрбір нүктелерінің айналасында пайда болған элементар толқындар бір-бірімен қосылысып интерференцияланады, сонда қорытқы сыртқы орауыш бетте толқынның едауір интенсивтігі болады. Элементар толқындар мен интерференция жайындағы идеялардан жарықтың толқындық теориясының негізгі принципі –Гюгенс-Френель принципі шығады. Бұл принцип б/ша толқындық беттің алдыңғы жағындағы бір нүктедегі тербелісті табу үшін сол нүктеге толқындық беттің барлық элементтерінен келген тербелістерді тауып, одан соң олардың амплитудалары мен фазаларын есепке ала отырып, оларды өзара қосу керек
23.Жарықтың толқындық табиғаты.Максвелл теориясын пайдалып,интерференциясы.Интерферометрлер және олардың ұқсастықтары мен айырмашылықтары
интерферометрлер электромагниттік сәуленің негізгі сипаттамаларын зерттеу үшін пайдаланылады. Мәселен,өлшеу дәлдігін арттыру үшін жүріс айырымын едәуір өсіру керек болады,яғни интерферометрлердің жоғары реттері жағдайында жұмыс істеуге тура келеді. Барлық белгілі интерференциялық аспаптарды негізінен екі топқа бөлуге болады: екі сәулелік және көп сәулелік. Пластинканың алдыңғы және артқы беттерінен шағылған екі сәуленің интерференциясы іске асырылғанда, бұл екі сәулелік интерферометр болады. Егер пластинка қалың болса,онда интерференцияланатын бір және екі сәулелер едәуір қашықтыққа ажыратылады және бұлардың кез−келгеніне зерттелетін затты ендіруге болады. Екі сәулелік интерференцияны іске асыру үшін жиіліктері бірдей екі монохроматты толқын болуы қажет. Екі сәулелік интерферометрге Жомен интер−і, Рождественский, Майкельсон интерферометрлері жатады. Көп сәулелік интерференциялық құралдар көп жарық шоқтарының интерференциясы негізінде құрастырылған және бұлардың түрлері онша көп емес. Оған Фабри−Перо, Люммер−Герке интерферометрі жатады. Оптикада интерференцияны іске асыру үшін толқындарды алу екі жолмен орындалады: 1) толқын амплитудасын бөлу; 2) толқын шебін (фронтын) бөлу.
Жамен интерферометрі. Бұл интерферометр бірдей екі жазық параллель қалыңдығы және сыну көрсеткіші шыны пластинадан тұрады. жарық көзінен жарық бірінші пластинаның алдыңғы бетіне түседі де жартылай шағылу және сыну нәтижесінде, бірінен бірі қайсыбір қашықтықта болып, екінші пластинкаға баратын, 1 және 2 сәулелері пайда болады. Екінші пластинада шағылып және сынғаннан кейін, одан төрт сәуле шығады; бұлардың екеуі интерференцияланады. Бұлардың арасындағы жүріс айырымы: .
Интерферометрдің бірінші пластинасын монохроматты жарықтың параллель шоғымен жарықтандырғанда кез-келген қос сәуле үшін бірдей жүріс айырымы пайда болады. Сәулелер пластиналардың екеуінен шағылғаннан кейін біркелкі жарықтанған интенсивтігі жүріс айырымының мәніне тәуелді өріс алынады. толқын ұзындықтардың бүтін санына тең болған жағдайда интенсивтік максимум, жүріс айырымы ұзындықтардың тақ санына тең болған жағдайда-интенсивтік минимум болады. Жолақтар арасындағы бұрыштық қашықтық бұрышының өзгерісіне тәуелді. Сонда жүріс айырымы -ға өзгереді, яғни
немесе
Жамен интерферометрінің пластиналары арасындағы 1 және 2 сәуле шоқтарын үлкенірек қашықтыққа ажырату үшін пластиналар қалың етіліп (2см-ге дейін) жасалады. Бұл шоқтардың біреуінің жолына қоршаған ортаның сыну көрсеткішіне қарағанда сыну көрсеткіші басқаша қандай бір зат қабатын ендіруге, сөйтіп бұлардың арасында қосымша жүріс айырымын туғызуға мүмкіндік береді. Рождественский интерферометрі. Жамен интерферометрінің өзгертілген түрі. Ол төрт айнадан тұрады, бұлардың екеуі толық шағылдырушы, қалған екеуі жарық шоқтарын бөлушілер қызметін атқаратын жартылай мөлдір. айналарының шағылдыру коэффициенті 50% шамасында болады, өйткені 1 және 2 жарық шоқтарының интенсивтіктері шамамен бірдей болғаны жөн.
Рождественский интерферометрі негізінен газдар мен булардың жұтылу сызықтары маңайындағы сыну көрсеткішіне дәл өлшеулер үшін қолданылады.
Майкельсон интерферометрі. Бұл интерферометр ғылым мен техниканың дамуында іргелі роль атқарды. Оның көмегімен жарық толқынының ұзындығы алғаш өлшенді, спектрлік сызықтардың нәзік түзілісіне бірінші жүйелі зерттеулер жүргізілді, спектрлік сызықтардың толқын ұзындықтарын эталондық метрмен тікелей салыстыру бірінші орындалды. Осы интерферометр көмегімен Майкельсон-Морлидің-жарық жылдамдығының Жер қозғалысына тәуелсіздігі дәлелденген атақты тәжірибесі іске асырылды.
24.Жарық пен заттың өзара әсерлесуі.Жарықтың дисперсиясының пайда болуы.
Оптика - жарық сәулелерінің табиғатын, қасиетін және оның затқа әсерлерін қарастыратьш физика ғылымыньщ дербес салаларының бірі. Жарық сәулесі ретінде электромагниттік толқынның тек көрінетін белігі ғана алынбайды, оған екі жағынан шектеліп жатқан инфрақызьш және ультракүлгін сэулелер қоса қарастырылады. Электромагниттік толқын спектрлері бір-бірінен толқын ұзындығы және тербеліс жиіліктері бойынша ажыратылады. Жарықтың толқьш ұзындығы және тербеліс жиілігі оның толқындык және квантгық қасиетгерін сипаттайды.Электромагниттік толкынның спектрі оның толқын ұзындығы жэне жиілігі бойынша мынадай аймактарға бөлінеді: радиотолқын, инфрақызьш, көрінетін, ультракүлгін, рентген жэне гамма сәулелері. Электромагниттік толкын шкаласының әрбір беліктері физикалық қасиеттері бойынша, жарық көзінен шығарылуы жэне оның тіркелуі бойынша бір-бірінен ажыратылады. Шкаланың әрбір белігі бір-бірімен қабаттасып жатады. Олар бөлінетін шартты шекара жоқ.Оптика бөлімінде қарастырылатын спектралдық аймақ толқын ұзындығы және жиілігі бойынша мынадай аралықта жатыр: инфрақызыл (Х=2000нм, v=l,5*10n Гц) сәуледен басталып, ультракүлгін сәуленің ең қысқа толқындық шегіне дейін(Я=10 нм, у=3*1014Гц).УФ (ультракүлгін) 10 - 400 нм,Көрінетін аймақ 400 - 760 нм,ИК (инфрақызыл аймақ) 760 - 2000 нм.
Жарық дисперсиясы — заттың сыну көрсеткішінің (n) жарық толқынының жиілігіне () не ұзындығына () тәуелділігі; жарық толқыны фазалық жылдамдығының жиілікке () тәуелділігі. Жарық дисперсиясы нәтижесінде ақ жарық спектрге жіктеледі . Осы спектрді зерттеу арқылы И.Ньютон Жарық дисперсиясын ашты (1672). Спектрдің берілген аймағы үшін мөлдір денелерде жарық толқынының жиілігі () артқанда ( кемігенде) сыну көрсеткіші де (n) артады. n мен -дің (не -ның) арасында осындай заңдылық байқалатын құбылыс қалыпты Жарық дисперсиясы деп аталады. Аномаль Жарық дисперсиясы кезінде толқын жиілігі артқанда ( кемігенде) сыну көрсеткіші n кемиді. Оптикалық шыныларда қалыпты Жарық дисперсиясы, ал жарық өткенде жұтылу жолақтары айқын білінетін газдар мен буларда аномаль Жарық дисперсиясы байқалады. Затта жарықтың сынуы жарықтың фазалық жылдамдығының өзгеруі салдарынан болады. Мұндай жағдайда заттың сыну көрсеткіші (n) мына формуладан анықталады: n=c/cф, мұндағы cф — жарықтың берілген ортадағы фазалық жылдамдығы, с — вакуумдағы жарық жылдамдығы. Жарықтың электрмагниттік теориясы бойынша: , мұндағы — диэлектрлік өтімділік, — магниттік өтімділік. Призмадан немесе басқа бір мөлдір денеден өткен жіңішке ақ жарық шоғы түрлі түсті спектрге жіктеледі. Жеті түрлі түстен құралған бұл спектрдің ең көбірек бұрылатыны және ең қысқа толқындысы (жиілігі үлкені) — күлгін сәуле, ал ең аз бұрылатыны және ең ұзын толқындысы — қызыл сәуле. Жарықтың классик. теориясы бойынша Жарық дисперсиясы жарық таралған орта атомдарының (не молекулаларының) электрондары мен жарық толқындары туғызған айнымалы электр өрісінің өзара әсерлесуі нәтижесінде пайда болады. Мөлдір денелердегі Жарық дисперсиясы спектрлік приборларды, ахроматикалық линзаларды жасау кезінде қолданылады.
Жарық дисперсиясы. Заттың жарық сындыру көрсеткішінің жарық толқыны ұзындығына тәуелділігі жарық дисперсиясы деп аталады, яғни
мұндағы – заттың сыну көрсеткіші, - жарықтың толқын ұзындығы.
Диспернсия құбылысы ақ жарық мөлдір призмадан өткенде жеті түрлі түске бөленеді. Жеті түрлі түсті спектр деп атайды. Бұл құбылысты 1672ж И.Ньютон эксперимент арқылы анықтады.
Монохроматты ақ жарық сыну көрсеткішімен бұрыш жасай призмаға түсті. Призманың сол жақ жіне оң жақ қабырғасынан екі ретті сынып, түскен сәуленің бағытымен бұрышқа бұрылады
Призманың бұрыштық дисперсиясы сыну көрсеткішінің өзгерісінің толқын ұзындығына байланысты өзгерісін анықтайды:
Егер жарықтың толқын ұзындықтары көбейгенде (тербеліс жиелігі азайғанда) сыну көрсеткіші кемитін болса, ондай дисперсияны қалыпты дисперсия деп атайды.
Ал жарықтың толқын ұзындығы кемігенде (тербеліс жиелігі артқанда) сыну көрсеткішінің кемуі аномаль дисперсия деп аталады.
25.Николь призмасы.Жарықтың қосарланып сынуы.Николь призмасы мен исландық штат поляроидтарын өзара салыстыр
Николь призмасы - көпке танымал үйектік призмалардың бірі, ерекше сәулені өткізеді; исланд шпатынан жасалады; арнаулы жазық бойымен екіге бөлініп, Канада зомзамы арқылы бір-біріне қайтадан жапсырылған мөлдір түсті кальцит кристалынан тұрады. Жарық сәулесі призмаға енген уақытта бір-бірінен ажыраған екі сәулеге жіктеледі; кальцит кристалының бірінші сәулеге тиесілі сыну көрсеткіші 1,53—1,54 шамасында (бұл мөлшер канада зомзамының осы көрсеткішімен парапар), ал екінші көрсеткіші — 1,658 болғандыктан бірінші сәуле канада зомзамынан ешбір кедергісіз өтіп кетеді де, ажыраған (жекеленген) жарық сәулесін туындатады, ал екінші сәуле аталған канада зомзамынан толықтай шағылып, кері қайтады (толықтай тұтылады). Николь призмасының жарық сәулесін ажырату үстанымы осы механизмге негізделген. Ажыратқыш микроскопта екі николь призмасы орналасқан, оның біріншісін ажыратқыш, ал екіншісін анықтағыш немесе талдауыш деп атайды; бұл екі призма көмегімен ажыраған жарық сәулелерінің тербеліс жазықтығына тән бағыттар бір-біріне 90°-қа айырма берген жағдайда никольдер қиюласқан тұрде деп есептелінеді.
. Табиғатта және техникада өзіне түскен жарық сәулелерін қосарландырып көрсететін кристалдар кездеседі. Егер осындай кристалдар арқылы біз затты көретін болсақ, онда оның қосарланған кескінін байқауға болады. Бұл құбылысты бірінші рет 1647ж Э.Бартолин исланд шпатын зерттеудің нәтижесінде ашқан болатын. Сондықтан мұндай құбылысты жарық сәулелерінің қосарланып сынуы деп атайды. Жарық сәулесінің қосарланып сыну теориясын алғаш Гюйгенс ұсынып , оны кейін Френель дамытты. Бұл теория бойынша кристалға, мысалыға, исландия шпатына жарық толқыны енгенде сол кристалдың ішінде екі түрлі толқын таралады, біреуі- барлық жаққа бірдей жылдамдықпен таралатын кәдімгі сәулелер толқыны, екіншісі- таралу жылдамдығы тұрақты емес, кристалдың осіне қатысты алынған бағытқа байланысты өзгеріп отыратын өзгеше сәулелер толқыны. Сәуленің қосарланып сынуын зерттеу үшін исланд шпатын қолданады. Яғни исланд шпатында сәуле екі бөлініп сынады. Оның бірі — өзгеше сәуле (ө), екіншісі — кәдімгі сәуле (к). Егер осы екеуінің біреуін өшіретін болсақ, онда сәуле бір ғана бағытта, бір жазықтың бойымен ғана тербелетін болады; басқаша айтқанда сәуле толық поляризацияланады. Осы мақсатқа жету үшін Николь деген ғалым 1828 жылы исланд шпатынан призма жасаған. Бұл Николь призмасы немесе қысқаша тек «николь» деп аталды.
Николь призмасы
Өзінің жіктестігі бойынша сынған кальциттің ұзынша кристалл параллелепипедін қысқа диагоналі бойынша қиып, олардың екі шеткі жақтарын, бұрыштары 68° болатындай етіп, аздап өңдейді.
Кальцит призманың қиылған екі бөлегін қайта қиюластырып, канада бальзамымен желімдейді. Осы желімделген жікке келгенде сәуленің бірі (о-сәуле) екінші рет сынады да, призманың бүйір қабырғасына шығып, жоғалып кетеді. Екінші сәуле (е-сәуле) желімденген жіктен тура өтеді, демек бір ғана сәуле поляризацияланады. Бұл екі сәуленің канада бальзамы жағылған беттен бірінің сынып, екіншісінің сынбай өту себебі — олардың сыну көрсеткіштерінің әр түрлілігінен. Кәдімгі сәуленің сыну көрсеткіші nk = 1,658, канада бальзамынікі 1,54. Сондықтам ол толық ішкі шағылу заңы бойынша кальциттің ішіне қарай қайта сынады. Өзгеше сәуленің сыну көрсеткіші кристалдың ұзын бағытында nө =1,5116, демек, ол канада бальзамынікіне өте тақау. Сондықтан ол канада бальзамынан сынбай өтеді деуге болады.
Кейінгі кездерде Николь призмасы орнына жарықты поляризациялаушы фильтрлер (поляроидтар) де қолданылады. Поляроидтар былай жасалады. Мелдір заттан жасалған жұқа екі қабаттың арасына дихроизмі күшті заттың майда ұнтағын оптикалық қасиеттеріне қарай бағыттап себеді. Дихроизм деп сәулені екі бағытында екі түрлі жұтатын заттың қасиетін айтады. Кальцит те сол дихроизм затқа жатады. Дихроизмі ең күшті минералдың бірі — турмалин. Оның 1 мм жұқа қабатынан өткен екі сәуленің бірі мүлде жұтылып, екіншісі ғана сыртқа шығады. Демек, турмалиннің жұқа пластинкасы поляризатор болып табылады. Бір турмалнн пластинкасынан поляризацияланған сәулені екінші бір жұқа кристалл қабатынан өткізіп, оның оптикалық қасиетін зерттеуге болады. Ол үшін тағы бір турмалин пластинкасын алып, онымен кристалдан шыққан сәуленің бағытын айырады. Екінші турмалин пластинкасы анализатор (талдаушы) болады. Сонымен, екі турмалин пластинкасынан жасалған приборды турмалин қысқаш деп атайды.
Поляроидқа қолданылатын дихроизмді зат поливинил спирті мен иодтан немесе күкірт қышқыл иод-хининнан жасалады. Осы заттардың түйіршіктерін біріктіруші қабыршақ ретінде целлулоид қағаз қолданады.
Қорыта келгенде, кальциттен жасалған Николь призмасы болсын, турмалин қысқаш болсын, поляроид қабат болсын — бәрінің де негізгі қасиеті бір, яғни олар сәулені екі бағытында екі түрлі сіңіреді. Кристалдардың оптикалық қасиетін зерттегенде бұлардың бәрі де пар-парымен қолданылады. Оның бірі кристалға түсетін сәулені поляризацияласа (поляризатор), екіншісі кристалдан шыққан сәулені айырады (анализатор).
26.Поляризацияланған жарық интерференциясы.Анизатропты және изотропты орталардағы поляризация.Турмалинді фотополяриметр қондыргысының жұмыс істеу принципін түсіндір
27.Жарықтың жұтылуы.Вавилов Черенков эффектісі
Жарықтың жұтылуы — орта арқылы өткен жарық қарқындылығының сол орта бөлшектерімен өзара әсерлесуі нәтижесінде кемуі. Жарықтың жұтылуы кезінде зат қызады, атомдар не молекулалар иондалады не қозады, фотохим. процестер жүреді, т.б. Жарық энергиясызатта толығымен жұтылуы не сол заттан кері қарай басқа бір жиілікпен шығуы мүмкін. Жарықтың жұтылуының негізгі заңы — Бугер — Ламберт — Бер заңы. Жарықтың жұтылуы ғылым мен техниканың әр түрлі саласында (абсорбциялық спектрлік анализ, спектрофотометрия,колориметрия, т.б.) қолданылады
В 1934 году Павел Черенков проводил в лаборатории Сергея Вавилова исследования люминесценции жидкостей под воздействием гамма-излучения и обнаружил слабое голубое свечение, вызванное быстрыми электронами, выбитыми из атомов среды гамма-излучением. Позже выяснилось, что эти электроны двигались со скоростью выше скорости света в среде.
Уже первые эксперименты Черенкова, предпринятые по инициативе С. И. Вавилова, выявили ряд характерных особенностей излучения: свечение наблюдается у всех чистых прозрачных жидкостей, причём яркость мало зависит от их химического состава, излучение имеет поляризацию с преимущественной ориентацией электрического вектора вдоль направления первичного пучка, при этом в отличие от люминесценции не наблюдается ни температурного, ни примесного тушения. На основании этих данных Вавиловым было сделано основополагающее утверждение, что обнаруженное явление — не люминесценция жидкости, а свет излучают движущиеся в ней быстрые электроны.
28.Абсолют қара дененің сәуле шығару заңы.Виннің ығысу заңы және Рэлей Джинс формуласының мағынасы.Планк тұрақтысы
Егер дене өзіне түскен кез-келген температура жұттып және кез-келген ұзындықтағы жарықты түгел жұтатын болса, ондай денені абсолют қара дене деп атайды.
Абсалют қара дененің сәуле шығарғыштық қабілеті оның температурасы жоғарылаған сайын күшейе түседі. Яғни температура жоғарылаған сайын дененің де жарқырауы да күшейеді, одан шығатын сәуленің түсі де өзгереді.
1879 жылы австриялық физик Й.Стефан тәжірибелік деректерге сүйеніп, кез келген дененің сәуле шығарғыштық қабілеті үшін өрнектеп берді. Бірақ кейінгі жүргізген өлшеулер қорытындысы Стефан-Больцман заңының тек абсолют қара дененің сәуле шығарғыштық қабілеті үшін ғана орындалатындығын көрсетті. 1884 жылы Стефан-Больцман заңын Л.Больцман (1844 – 1906) теория жолмен қорытып шығарды. Алайда және тұрақтыларының мәнін теория жолмен тек Планк заңының негізінде ғалына анықтауға болады, өйткені Стефан-Больцман заңы Планк заңының салдары ретінде шығады. Стефан-Больцман заңы жоғары температураны өлшеу кезінде пайдаланылады.
Стефан - Больцман және Винн заңдары 1879 жылы австриялық физик И. Стефан тәжірибелердің нәтижелерін зерделей отырып, ал 1884жылы А. Больцман теориялық зерттеуге термодинамикалық тәсілді қолдана отырып, мынаны тағайындады: абсолют қара дененің интегралдың энергетикалық жарқырауы абсолют температураның төртінші дәрежесіне тура пропорционал: R = σT4,
Бұл — Стефан-Больцман заңы. Мұнда σ = 5,67 • 10-8Вт/м2К4 - Стефан-Больцман тұрақтысы деп аталады. өрнегінен абсолют қара дененің интегралдық энергетикалық жарқырауы тек температураға тәуелді екеінін көреміз. Бірақ, бұл заң абсолют қара дененің сәулеленуінің спектрлік құрамы туралы ештеңе айтпайды. Сондықтан алдымен тәжірибе жүзінде арнайы зерттеулер жүргізілді.
Әрбір қисық пен абсциссалар осінің арасында жатқан аудан берілген Т температурадағы интегралдық энергетикалық жарқырау R- ға тең. Бұл аудан (яғни R) Стефан-Больцман заңы бойынша температураның 4-дәрежесіне тәуелді (Т4 - не пропорционал) өседі.
Неміс физигі Винн абсолют қара дененің сәулелену қабілетінің максимумы сәйкес келетін жиіліктің температураға тәуелділігін тағайындайды:
Абсолют қара дененің энергетикалық жарқырауының спектпрлік тығыздығының максимумына сәйкес келетін жиілік дененің абсолют температурасына тура пропорционал. Әдетте, Винн заңын жиілік емес, толқын ұзындығы арқылы мына түрде жазады:
Т=
мұндағы b=2,9 -103 м•К — Винн тұрақтысы деп аталады.
Абсолют қара дененің сәулеленуінің спектрлік заңдылықтарын алғаш рет теориялық түрде дұрыс негіздеген Макс Планк. Ол үшін оған кванттық гипотезаны енгізуге тура келді. Бұл классикалық физикаға мүлде жат тұжырымдама еді. Классикалық физикада кез келген жүйенің энергиясы үздіксіз өзгереді. Ал Планктің кванттық гипотезасы бойынша энергия "үлестермен", дискретті түрде ғана шығарылады. Энергия "үлесін" квант деп атайды. Әр кванттың энергиясы жиілікке пропорционал: E = hν
мұндағы һ = 6,626 1034Дж*с — Планк тұрақтысы деп аталатын фундаментал (жарық жылдамдығы, элементар заряд секілді) тұрақты шама.
Қатты қызған денелердің сәулеленуі түрлі жарықтандыру құралдарын жасауда қолданылады. Мысалы, кәдімгі электр шамының вольфрам қылы өте жоғары температураға (-3000К) дейін қыздырылуы нәтижесінде жарық шығарады. Түрлі техникалық қажеттіліктер үшін доғалық шамдар пайдаланылады.
29.Фотонның затпен әсерлесуі.Рентген сәулелерін қоздыру,бақылау.Рентген сәулесінің түрлері.Гамма және рентген сәулерінің айырмашылықтары мен ұқсастығы
Рентген сәулесі — гамма- және ультракүлгін сәулелер арасындағы диапазонды қамтитын электрмагниттік толқындар. Толқын ұз. 2 ангстремнен кіші Рентген сәулесі шартты түрде қатаң, 2 ангстремнен үлкен Рентген сәулесі жұмсақ Рентген сәулесі деп аталады. Рентген сәулесін 1895 ж. неміс физигі В.К. Рентген ашқан. Ол 1895 — 97 ж. Рентген сәулесінің қасиеттерін зерттей отырып, алғашқы рентген түтігін жасады. Рентген сәулесінің түрлі материалдар мен адам денесінің жұмсақ ұлпаларынан өтіп кететіні байқалған соң, оны медицинада кеңінен қолдана бастады. 1912 ж. Рентген сәулесінің дифракциясы ашылып, кристалдардың құрылымы периодты болатыны дәлелденді. 20 ғ-дың 20-жылдары рентгендік спектрлер материалдарға элементтік талдау жасауға, 30-жылдары заттың электрондық энергетик. құрылымын зерттеуге қолданыла бастады. Рентген сәулесі түзілу механизміне байланысты үздіксіз және сызықтық болады. Үздіксіз Рентген сәулесі зарядталған шапшаң бөлшектердің (мыс., катодтан ұшып шыққан электрондар) нысана атомдарының сыртқы электрондық қабаттармен әсерлесуі нәтижесінде, ал сызықтық Рентген сәулесі — ішкі электрондық қабаттармен әсерлесуі нәтижесінде пайда болады. Рентген сәулесінің затпен әсерлесуі кезінде Рентген сәулесі жұтылады, шашырайды немесе фотоэффект құбылысы байқалады. Заттың белгілі қабаты арқылы өткен Рентген сәулесінің бастапқы қарқындылығы І=Іoex (Мұндағы — әлсіреу коэфф., х — заттың қалыңдығы). Әлсіреу заттың Рентген сәулесін жұтуынан не шашыратуынан болады. Спектрдің ұзын толқын аймағында Рентген сәулесінің жұтылуы, қысқа толқын аймағында — шашырауы басымырақ болады. Рентген сәулесінің жұтылу дәрежесі оның толқын ұзындығының () және элементтің реттік номерінің (Z) артуына байланысты тез өседі. Рентген сәулесінің тірі организмдерге әсері оның тіндерін (ұлпаларын) иондау дәрежесіне қарай пайдалы немесе зиянды болуы мүмкін. Рентген сәулесінің жұтылуы -ға байланысты болғандықтан, оның қарқындылығы Рентген сәулесінің биол. әсерінің өлшемі бола алмайды. Рентген сәулесінің затқа тигізетін әсерінің сандық шамасын есептеумен рентгенометрия айналысады, оның өлшем бірлігі Р (рентген). Рентген сәулесі рентгендік терапия мақсаттары үшін кеңінен қолданылады. Техниканың көптеген салаларында рентгендік дефектоскопия әр түрлі ақауларды, жарықтарды, қуыстарды, пісіру жіктерін, т.б. анықтауға мүмкіндік береді. Рентген құрылымдық талдау кристалл торындағы минерал атомдарының анорган. және органик. қосылыстарының кеңістіктік орналасуын анықтайды. Рентген сәулесін қатты денелердің қасиеттерін зерттеуге қолданумен материалдар рентгенографиясы айналысады. Рентгендік спектроскопия заттардағы электрондардың күйлер тығыздығының энергия шамасы бойынша таралуын, хим. байланыстың табиғатын зерттейді, қатты денелер мен молекулалардағы иондардың эффекттік зарядын табады. Ғарыштан келетін Рентген сәулесінің көмегімен ғарыштық денелердің хим. құрамы мен ғарышта өтіп жатқан физ. процестер туралы деректер алынады (қ. Рентгендік астрономия). Рентген сәулесі, сондай-ақ тамақ өнеркәсібінде, криминалистикада, археологияда т.б. жерлерде қолданылады.
30.Жарықтың корпускулалық теориясы.Шредингер теңдеуінің қолдануы.
Жарық табиғатына деген адамдардың көзқарасы ерте заманнан ақ қалыптаса бастаған. Осыдан екi жарым мың жыл бұрын Пифагор «әрбiр зат өзiнен аса ұсақ бөлшектер шығарады, ол бөлшектер адам көзiне жетiп, адам заттарды көредi» деп түсiндiрген. Көптеген ғасырлар бойы үстемдiк құрған осы пiкiрдi И.Ньютон одан әрi дамытты. Ол жарық бөлшектерiн корпускулалар деп атап, бұл бөлшектер инерция заңын қанағаттандырады деп есептедi. Бұлай деу тәжiрибеден байқалатын жарықтың түзу сызық бойымен таралу, шағылу заңдарын түсiндiруге мүмкiндiк беретiн. Одан әрi жарық жөнiнде жаңа тәжiрибелiк деректердiң жинақталу барысында интерференция және дифракция тәрiздi құбылыстар ашылды. Бұл құбылыстарды жарықтың корпускулалық қасиетi арқылы түсiндiру мүмкiн емес едi.
Шредингер теңдеуін физиканың кейбір белгілі
теңдеулерінен шығарудың жолын көрсетуге болады. Соның бірі ретінде