§28.  Эллипсше жэне дөңгелекше  поляризация

Егер 

фаза  айырымы 

Ô  = к п

  болса，онда  эллипсше  п о л я ­

ризацияланган сәуленің орнына, сызықша поляризация сэуле алынады.

Ая  ô  = (271 + 1 )п /2

  болып  келген  жағдайда,  сэулелер  эллипсше

поляризацияланады.

Е нді  осы  фаза  айырымын  есептейік.  Егер  ж а ры қты ң   элек- 

тромагниттік теориясын еске алсақ

77* 

77- 

• 

2 7 Г   /  

\  

J-1

 

2 т г  

E = E0 sm

 

sm  —

t

—  

V

2л

En

 sin

t

-------

v 

Яу.

En

  sm

l n  

27td \

t -

K T

A   нүктесіндегі  тербелісті 

E 0

  sin 

2jtt/T

  деп,  ал 

d

 

қ а ш ы қ - 

тығындағы,  яғни  В  нүктесіндегі тербелісті 

Е0

  sin 

2n(t ~ т )/Т

  деп  ал- 

сақ, 

27ldj?і

  бастапқы фаза болады.  М үндағы 

又

- кристалдағы толқын 

үзындығы.  Кәдімгі сәуле үш ін  ол  Я0 

= v 0/ v  , 

V 0 

-

 оның кристалдағы 

ж ы лдам ды ғы , 

V — ж и іл іг і.  Д ем е к, 

і)0  =

 с /

п0

 

б о л ға н д ы қт а н  

Я 0  =  

( с /п 0

 )\/  , мұндағы 

п0

  — кәдімгі сәуленің сыну коэффициент! Осы 

сияқты  өзгеше  сәуле  үш ін де  кристалдағы толқын үзындығын жазуға 

болады 

Х е

  =   (с

/ n е у

，мұндағы 

пе ~

 өзгеше сәуленің сыну коэффи­

циент!.  Осыдан 

S

  фаза айырымы былай ѳрнеістеледі

^ 

l7id 

l7id 

Іт и іѵ  (

 

ч

д  = —,

----------г -  = ---------

\по  1

е )•

мүндағы 

с / ѵ

  -бос  кеңістіктегі толқын үзындығы болғандықтан

卜

 

丁

(《о  - 〜 ) •  

(28.1)

Бүл өрнек фаза айырымының сыну коэффициенті  арқылы жазыл- 

ған  түрі.

Егер поляризатордан өткен сәуленің тербеліс бағьггы кристалл өсімен 

45°  бүрыш жасаса,  онда эллипс дөңгелекшеге айналады.

Ж азы қ  поляризацияланган  сәулені  дөңгелекшеге  айналдыратын 

(5 

= п  12)

 пластинканың ең к іш і қалындығы, мына теңціктен табьша- 

ды

бүдан

М үндай  пластинка  кәдімгі  және  өзгеше  сәулелердің  жол  айырымын 

Я / 4   тең жағдайға жеткізеді.  Сондықтан  ондай пластиналарды ширек 

толқынды  пластинка дейді.

Ш и р ек  толқынды  пластинка  арқылы  ж азық  поляризацияланган 

сәуле  өткенде оның фаза айырымы 

ô  = 

7t 

/2

  болса, онда эллипсше не 

дөңгелекше  поляризацияланган  сэуле  алуға  болады,  керісінше  Я /4  

пластинкасы  кѳмегімен  сәулелердің  фаза  айырымы  5 = 0   болганда, 

дөңгелекше не эллипсше поляризацияланган сәуледен, жазық поляри­

зацияланган сэуле алуға болады.

Ш и р ек толқынды пластинкалардьщ осындай қасиеттеріне байла­

нысты,  оны кѳбінесе компенсатор деп те  атайды.

§29.  Кристалл пластинкалардағы поляризацияланган сәулелердің 

интерференциясы-хроматикалық поляризация

Бір  ж азы қты ққа  келтірілген  екі  поляризацияланган  сәулелердің 

интерференциясын қарастырайық.  М үндай жағдайды жалпақ  парал­

лель кристалл пластинканы 

(AB)

  е кі 

N x

  және 

N 1

  николь пластинка- 

лары арасына қойы п жүзеге асыруға болады.

29.1

Пластинка оптикалық ѳсіне параллель бір өсті кристалдан кесілген 

болсын.  Николь  жазықтықтары  бір-бірімен  айқасқан  және  жүйе  ар­

кы лы  параллель сэулелер шоғы өтеді дейік (29.1-сурет).  Е кі никольдің 

бас  қималарын 

және 

N

，сызығымен белгілейік (29.2-сурет).  С он­

да,  бірінш і  николь арқылы  өткен  сәуленің  электр векторы 

N'

  бағы-

155

I

о1

-ル

29.2

тында тербеледі; бұл тербелістің

—

>

амплитудасы  A i  арқьшы  бей­

неленген  ОО'  бағы ты 

AB 

пластинкасының  бас  қимасы- 

ны ң жағдайына сәйкес  келсін. 

AB

 

пластинкасына  түскен 

сәуле, кәдімгі жэне өзгеше сэу­

ле болып бөлініп, пластинкадан 

әрі қарай бір бағытта таралады. 

Бірақ сәулелердің жылдамдық- 

тары әр түрлі,  өзгеше сәуленің 

электр  ве ктор ы   ОО'  б ағы - 

тында,  ал  к ә д ім гі  сәуленікі

00/ -ке перпендикуляр бағытта тербеледі.  Олардың амплитудалары 

Ае

—

және 

Ао •

  00,  және оған перпендикуляр бағыттарға 

Ах

  векторын проек-

— 

—

 

• 

i • 

циялап, 

Ае

 

және 

Ао

 

векторларының мәндерін аламыз.  Егер пластин-

каның бас қимасы бірінш і никольдің бас қимасымен 

(р

  бүрыш жасаса, 

онда

Ае  = Al

 cos 

(р,

 

Дэ  =   Д  sin 

. 

(29.1)

Бүл екі тербелістің фазалар айырымы

S   = 2 n d   (п0  - п е )/Л. 

(29.2)

Ал е кін ш і николь 

А

20, 

Л2е

  амплитудалары 

N 2

  бағытына проек-

цияланған 

^

  және  д 0  векторларының  тербелістерін  ғана  өткізеді.

29.2-суретінен және  (29.1) тендеулерінен

Л2е  = Aesm (р = Al sin  (р ■

 cos 

(р,

А2

о

  = А0

 cos 

(p = 

sin  (p-

 cos 

(р

.

Сонымен 

Л

2о, 

Л2е

  сан жағынан бірдей,  бірақ олардың бағыттары

қарама-қарсы.  Сондықтан бүл 

А?0

  және 

パ

つ

 

екі вектордың арасын- 

156

дағы 

S

  фаза  айырымына,  қосымша 

фаза айырмасы 

п

 болу керек, демек,

A   ^ - ү

( п

0 ~ п е ) + п   .

 

( 2 9 . 3 )

Мұндағы 

= 

2кп

  ( 

к -

 б үтін   сан)

болғанда,  е к і  тербеліс  б ір ін - б ір і 

күшейтеді. Айқасқан никольдер аркы­

лы  қарағанда,  ол  аш ы қ  болады.  Ал

ô

  = 

{2к

 + 

\)п

  болганда, тербеліс бірін- 

бірі  өшіреді,  айқасқан  никольдер  ар­

кылы қарағанда,  олар жабық болады.

Жүйеге  ақ  ж ары қ  түсірсек,  мак- 

сималдық күшею  не минималдық на- 

шарлау  әр  түрлі  түсті  сэулелер  үш ін 

бірдей уақытта болмайды.  Сондықтан  арасына берілген  қалыңдықты 

жазық параллель пластинка орналасқан екі никольдің өрісі бір қалып- 

ты түске боялған болады.  Боялудың түсі пластинканың қалыңцығына 

және 

nQ

  — 

пе

  сыну коэффициенттерінің айырымдарының мәніне бай­

ланысты.

Егер никольдардың бас қималарын бір-біріне параллель орналас- 

тырсақ (29.3-сурет),  онда

Л2е  = Ае

 cos 

(р = Al

 cos2 

(р,

Л2о  = Л0 sm ç  = А1 sin  2 (р.

—

>

Аіо, Aie

 

е кі  векторы  бір  бағытқа  бағытталған,  оларға  тиісті 

тербелістер арасындағы фаза айырымы мынаған тең болады  былайша 

<5

っ

=<5  = 

27Îd  (ті0  —n e

 )/Я,  айтқанда 

S

  дан  фаза  айырымы  лг-ге 

ѳзгеше.  Сонымен 

(р —

 дьщ 

土

т т /4   мәнінен  басқа  мәндерінің бәрінде 

де, 

Л2е Л2о

  оір-біріне тең  емес, демек,  пластинканың қандай қалың- 

дығында болса да, олар бірін-бірі өшіре алмайды.

Ж үйені  ақ  жарықпен  жарықтандырғанда,  айқасқан  жэне  парал­

лель никольдардан ш ы ққан сәулелердің ажары әр түрлі болады. Сәуленің 

ажарының өзгеруі тек никольдің бірін бұраған жағдайда да байқалады. 

Бұл  айтылған  құбылысты  хроматикалық поляризация дейді.  Хромати- 

калы қ  поляризация  күбылысы  арқылы  заттың  кристалдық  құры лы -

29.3

157

сын зерттеуге болады.  Ол үш ін зерттелетін зат анализатор мен поляри­

затор  арасына  қойылады  да,  олардьщ  бірі  ѳз  ѳсінен  айналдырылады, 

сонда  одан  жары қ  өтіп,  оның түсі  ѳзгеріп  отырса,  онда  заттың  крис­

талдык қасиеті болғаны.  М ұн ы  техникада да пайдаланады.  Изотропты 

заттарды,  (шыны,  целилоид т.с.с)  қы сқан,  не созған кезде анизотроп- 

ты, яғни кристалдық қасиет алады. М үны  жасанды анизотропия  дейді. 

Кейбір бұйымдардың мысалы, рельстің бойында күш  қалай таралаты­

нын  есептеу  қиы н.  Осы  жағдайда  хроматикалық  поляризация  қүбы - 

лысы  қолданьшады.  Ол  үш ін   әлгі  бүйымның  кішірейтілген  үлгісін 

жасап,  сол  үлгіге  бүйымға түсетін  күштей  күш  түсіреді де, 

А

  мен 

p  

арасына  қояды.  Қы сы м   түскен  кезде  үлгі  кристалдық  қасиет  алады. 

Одан өткен сэулелер интерференцияланады. Анализаторды бұраған кезде 

поляризация құбылысына сәйкесті сәуле өзгереді.  К ү ш  түсуіне байла­

нысты  интерференция  суретінің  түсі  де,  эр  жерде  әр  түрлі  болады. 

Соған қарап куш тің  қай жерге көп,  қай жерде аз түсетінін анықтайды.

Жасанды оптикалық анизотропия.1875жылы Дж.Керр  [Джон  Керр 

(1824-1907)-шотланд физигі]  сұйы қ заттарға (сол сияқты қатты аморф 

денелерде де) электр өрісімен эсер еткенде, сәулелердің қосарлана сы­

нуы болатынын байқады.  Бүл қүбылысты Керр қүбылысы немесе Керр 

эффектісі деп атайды.  1930 жылы Керр күбылысы газдарда да байқал- 

ды.  М ына  тѳмендегі  29.4-суретте,  Корр  қүбьшысын  байқауға  арнал­

ган  қондырғы  келтірілген.  Қондырғы  Керр  үяшығынан  тұрады.  Ол 

ұяш ы қ бір-бірімен айқасқан екі 

р

  және 

p f

  поляризаторлары арасына 

қойылған.  Ал  үяш ы қты ң  өзі  сүй ы қ  қүйылған  кювет,  оған  конденса­

тор пластиналары ендірілген.  Пластиналарға кернеу бергенде олардың 

арасында бір  текті электр өрісі пайда болады.  Соның әсерінен сүйы қ 

бір өсті кристалдың қасиетіндей қасиет алады. Ал оның өсі өріс бойы­

мен  бағытталады.  Сыну  көрсеткіш терінің  айырымы  электр  өрісінің 

кернеулігінің квадратына тура пропорционал

Жарық 

I

 

ж о л ы н  

жүргенде кәдімгі және өзге- 

ше сәулелердің жол айыры­

мы мынаған тең

немесе  фаза  айырымы 

былай анықталады

29.4

158

Бүл соңғы өрнекті былай жазу қабылданған:

мүндағы 

в  -

 Керр  түрақтысы.  Керр  тұрақтысы  заттың  температура- 

сынан  және  ж а р ы қ  то л қы н ы н ы ң   үзы нды ғы  

又

。 -ден  тәуелді,

I 

— ұяш ы қты ң ұзындығы.

Керр  қүбы лы сы   с ү й ы қ  молекулаларының  оптикалы қ  анизо- 

троптығымен түсіндіріледі, яғни молекулалар әр түрлі бағытта әр түрлі 

поляризацияланады.  Электр өрісі ж о қ кезде, молекулалар хаосты түрде 

орналасады, сондықтан сүйықта анизотропия байқалмайды. Электр өрісі 

әсерінен сүйы қ анизотропиялық қасиетке ие болады.

Өрістің әсерінен молекулалар бүрылып, өрістің бағытына не олар- 

дың дипольдық электр моменті (полярлық молекулаларда), не ең үлкен 

поляризациялану (полярлық емес молекулалар) бағытына бағытталған 

болады.  Соның нәтижесінде,  суйы қ анизотроптық қасиетке ие болады. 

Өрістің бағыттаушылық қасиетіне молекулалардың жылулық қозғалы- 

сы қарсылық жасайды.  Сондықтан, осының негізінде, температура өскен 

сайын Керр тұрақтысының азаюуын түсіндіруге болады.

Керр қүбылысы инерциясыз жүреді.  Заттың электр өрісінде изот- 

роптық күйден анизотроптық күйге өту және өріс жоғалғаңца, керісінше 

өту  процестерінің  ұзақтығы  10  9  —10  10  с.  аралығында  болады.  Де­

мек,  практика  жүзінде  айқасқан  поляризаторлар  арасындағы  Керр 

ұяшығы инерциясыз ж ары қ қақпағы  қызметін атқарады.  Конденсатор 

пластинкалары арасындағы кернеу ж о қ кезде, қа қп а қ жабық.  Кернеуді 

қосқанда  қ а қ п а қ   бірінш і  поляризаторға  түсірілген  жарықтың  едәуір 

бөлігін  өткізеді.

Керр  ұяшығы  тез  жүретін  фото-және  кино  түсіруде,  оптикалық 

телефонда, қаш ы қты қты  өлшейтін геодезиялық қондырғыларда, квант 

генераторларын (лазерлерді) басқару сызбаларыңда, сол сияқты гылы­

ми зерттеулерде қолданылады.

Поляризация жазықтығының бүрылуы.  Поляризация жазықтығын 

бүратын заттар қатарына кварц және кейбір сүйықтар:  қант ерітіндісі, 

скипидар т.б жатады.  Поляризация жазықтығын бұратын заттар активті 

заттар деп аталады.

Егер  оптикалық  ѳсіне  перпендикуляр  кесілген  жазық  параллель 

кварц  пластинкасын  айқасқан  поляризатор  мен  анализатор  арасына 

орналастырса,  анализатордың көру ѳрісі жарық болады.  Кѳру ѳрісі то-

0  =  2 л В І Е \  

(29.5)

159

л ы қ  қараңғы  болу  үш ін  анализаторды  сәуленің  түсу  бағыты  айнала­

сында 

(р

  бүрышына  бүру  керек.  Оптикалық  активті  кристалдар  мен 

таза сүйықтар үш ін поляризация жазықтығының бұрылу бұрышы,  сол 

ж ары қ өтетін заттың қалыңдығы  / -  ге тура пропорционал

(p = a l ,

 

(29.6)

мүндағы 

a  —

 коэффициент,  / ~ бір өлшемге тең болганда, 

(p =ОС.

  Онда 

ОС —

 ны  меншікті  бүрылу  деп  атайды.  Бұрыш 

(р> 0

  кездегі  моди- 

фикацияны оңға бүрылу немесе оң,  ал  ф  < 0  кездегіні солға бүрылу не 

теріс деп атайды.

Сұйықтар  үшін  поляризация  жазықтығының  бұрылуы 

(р

  ертінді 

қалыңдығы / - ге, активтізаттыңконцентрациясы 

С

пропорционал

(р =  [а ]С І

，

 

(29.7)

мұндағы 

[a ]  бүрылу

 тұрақтысы деп  аталады

；

  / 

—

 ертінді  қалындығы.

(29.7)  өрнегін Био заңы деп  атайды.

Өндірісте ертінді концентрациясын осындай тәсілмен анықтайтын 

қүралды  сахариметр  деп  атайды  (29.5-сурет).  Био  заңына  қарағанда 

бүрылу  бүрышы 

(р

 

заттың  қалындығына  байланысты.  Зат  қалың 

болса,  сәуле жолындағы молекула көп.  Ендеше тербелісті бүратын зат 

молекулалары. Бұратын зат молекулалары ассиметриялы болып келеді.

Белгілі бір монохроматтық жары қ сәулесі үш ін  бүрылу түрақтысы 

[ a ]   мәлім болса,  оның поляризация жазықтығының бұрылу бүрышы 

(р

 -ді өлшеп,  (29.7) өрнегі бойынша, сол затгың концентрациясын анық- 

тауға  болады.  Әдетге 

[а ]

  шамасы  градуспен,  / -м е тр м е н ,

こ

'1-к г / м 3- 

пен ѳлшенеді.  Мысалы, температура  2 0 °С , жарык толқынының үзын- 

дығы  589 нм болса,  қант ертіндісінің бүрылу түрақтысы [ а ]   = 66,46° • 

Онда  (29.7)  өрнегін  былай жазуға болады

(p  = 66,46  C l . 

(29.8)

Егер 

I

  белгілі  болса  онда,  осы ѳрнекті пайдаланып, 

(р

 -ді ѳлшеп,  қант 

ертіндісінің концентрациясын табады.

160

Қ о с ы м ш а

Жарықтың  поляризациясы  тарауындагы  негізгі  ѳрнектер

Табиғи  жарык  диэлектриктен  шағыяғанда  Френель  ѳрнегі  орындалады

0

，

5 /с

sm

( і -

sm

(г_ +

0 ,5 / 0

\

—

/

 

\

~

/

 

г

 

г

 

一

 

+ 

л

и

ѵ

л

и

ѵ

oö

 

Po

(D

мүндағы  / 0 

一

 түскен  табиғи  жарықтың  интенсивтілігі;  /  

丄

一

шағылган  сәуленің

'интенсивтіліп，бұл  жағдайда  жарық  толқынының 

^

  кернеулік  векторының  тер- 

белісі  түсу  жазықтығына  перпендикуляр;  / п -  шағылған  сәуленің  интенсивтілігі,

—>

оның  жарық  толкынының 

五

  кернеулік  векторының  тербелісі  түсу  жазықтығына 

параллель;  /  — түсу  б ү р ы ш ы ,

厂

— сыну

  бүрышы.

2.  Берілген  беттің  шағылу  коэффициент^

R

ニ

 

{ n - n j

(2)

мүндағы 

n Q

  — жарық  таралатын  ортаның  сыну  кѳрсеткіші, 

п

 

一

 бетінен  жарық  ша_

ғылатын  ортаның  сыну  көрсеткіші.

3.  Брюстер  заңы

(

3

)

мұндағы 

і

 — диэлектрик бетіне түскен соуленің түсу бүрышы, 

£ 2丨£ '

 

一

диэлектриктің 

салыстырмалы  диэлектрлік  өтімділігі, 

П 2,\

  — екінші  ортаның  бірінші  ортамен  салыс- 

тырғандағы  сыну  көрсеткіші.

4.  Поляризатор  жоне  анализатор  арқылы  өткен  жарықтың  интенсивтілігі  (Ма­

люс  заңы)

/   =   / 0 

COS2  (р ,

 

(4)

мұндағы  /   — поляризатор  жоне  анализатор  арқылы  өткен  жарықтын  интенсивтілігі,

1 0  —

 поляризатордан  ш ы ққан  сәуленің  интенсивтілігі, 

(р

 

一

 анализатор  мен  поля-

ризатордың  бас  жазықтықтарының  арасындағы  бүрыш.

5.  Егер  түскен  жарық  шоғы  кристалдың  өсіне  перпендикуляр  болса,  онда  крис­

талдан  шыққан  кодімгі  және  өзгеше  соулелердің  фаза  айырымы  былай  анықталады

2nd

{n0- n e),

(5)

11-27

161

мүндағы  Я  

一

 жарық  толқынының  вакуумдегі  ұзындығы, 

П 0

  және 

п е

 -кәдімгі  және 

өзгеше  сәулелердің  сыну  көрсеткіштері, 

d

 — кристалдың  қалыңдығы.

6.  Керр  құбылысында  байқалатын  кәдімгі  және  өзгеше  сәулелердің  арасындағы 

фаза  ығысуы

Ô  = 2пВІЕ2

  , 

(6)

мүндағы  В   Керр  түрақтысы,  I 

一

 үяш ы қты ң  ұзындығы,  Е  —  электр  өрісінің  

кернеулігі.

7.  Оптикалық  активті  кристалдардағы  жарықтың  поляризация  жазықтығының 

бүрылу  бүрышы

( p = a l ,

 

(7)

мүндағы 

ОС

 — меншікті  бүрылу,  ол  заттын  табиғатына,  температурасына  және  жарық 

толқынының  вакуумдегі  ұзындығына  байланысты;  / — жарықтың  кристалдағы  жолы.

8.  Ертіндідегі  жарықтың  поляризация  жазықтығының  бүрылу  бүрышы

(p = [ а ] с  I ,

 

(8)

мүндағы  [G ] -меншікті  бүрылу,  / 

一  

ертінді  қабатының  қалындығы, 

Q

 -оптикалық 

активті  заттың  концентрациясы.

Бақылау  сүрақтары

1 . Табиғи  жарық  дегеніміз  не?

2.  Поляризацияланган  жарық  дегеніміз  не?

3.  Поляризацияланган  жарықтың  табиғи  жарықтан  айырмашылығы  қандай?

4.  Сызықша  поляризацияланган  жарықты  қалай  тусінесіз?  Оның  теңдеуін  жа- 

зыңыз.

5.  Дөңгелекше  поляризацияланган  жарық  деген  не?  Оның  тендеуі  қалай  жа­

зылады?

6.  Эллипсше  поляризацияланган  жарық  туралы  не  білесіз?  Оның  тендеуі  қалай 

өрнектеледі?

7.  Брюстер  бүрышының  анықтамасын  беріңіз.

8.  Поляризатор  жэне  анализатор  дегеніміз  не?

9.  Табиғи  жарықтың  жолында  поляризатор  орналасқан.  Сәуленің  бағыты  айна­

ласында  поляризаторды  айналдырғанда,  экранға  түсетін  жарықтың  интен- 

сивтілігі калай өзгереді?  Егер экран алдына анализатор  қойып,  оның сәуленің 

бағыты  айналасында  айналдырсақ,  ал  поляризаторды  қозғамасақ,  онда  жа- 

рықтың  интенсивтілігі  қалай  өзгереді?

10.  Малюс  заңының  анықтамасын  беріңіз.

1 1 .Жарықтың  қосарлана  сынуы.  Кодімгі  жэне  өзгеше  сэулелер.  Олардың  бір- 

бірінен  айырмашылықтары.

12.  Николь  призмасы  туралы  түсініктеме  беріңіз.

13.  Кристалдардағы  толқын  беті  қалай  өтеді?

14.  Ширек  толқынды  пластинка  деген  не?  Оны  нендей  мақсаттар  үшін  қолда- 

нады?

15.  Хроматикалық  поляризация  дегеніміз  не?

16.  Жасанды  анизатропия  қүбылысы  деп  нені  айтады?

17.  Поляризация  жазықтығының  бүрылуын  түсіндіріңіз.

162

Есеп  шыгару  үлгілері

1-есеп. Табиги жарык жазық параллель шыны плас- 

тинкаға  түседі.  Түсу  бүрышы  толық  поляризациялану 

бұрыш ына  тең.  Бүл  жағдайда  шағылған  сәуленің 

интенсивтілігі  түскен  соуленің  интенсивтілігінің  қандай 

бөлігін  қүрайды?  Шынының  сыну  көрсеткіші  1.52.

Берілгені:

і = һ

п   = 1,52

1-сурет

Шешуі.

Френель  өрнегіне  сәйкесті  шағылған

sm

сәуленщ  интенсивтілігі

r ) ^ t g 2( i - r

(

1

)

s in 2(/ 

+  

r )  

t g 2( i + r

табиғи  ж ары қты ң  интенсивтілігі.  Т олы қ  поляризация  кезінде

мүндағы 

і Б  -

  Брюстер  бүрышы.  Демек,  толық  поляризациялану 

кезінде  ( 1 ) өрнек  мына  түрге  келеді

I  

=  0 ,5 /0 sin

мұндағы 

G + r   =

70  -  

я/2

人

1Б _

(

2

)

(2)  өрнектен

/ / / ◎   = 0 ,5 s in 2(i5 - r ) .

Брюстер  заңы  бойынша

t g   І Б

  —  " 2j   немесе 

t g   ІБ

  =

1,52,

осьщан  і Б  =   5 6 ° 4 0

/ .

ら

  + Г = 9 0 °   болгандықтан  r   =   3 3 ° 2 0 /

еңцеше  ІБ  —  Г  =   5 6 4 0 ' — 3 3

。

2 ( / =   2 3

。

2 ( / .

(20  өрнегіне  монін  қойып  есептейміз

— =0,5 sin 2 23

。

20, = 0,5 .0,3962 -  0,078

(

2

_)

2-есеп.  Екі  беттің  жарықтану  жарықтылығын  немесе  интенсивтілігін  анықтау 

үшін,  оның  біреуін  тікелей  қараса,  екіншісін  екі  николь  призмалары  арқылы  қарай- 

ды.  Егер  никольдердің  арасындағы  бүрыш 

/0° 

болғанда,  осы  беттердің жарықтануы

163

бірдей  болса,  онда  олардьщ  жарықтылығының  қатынастары  қандай  болады?  Әрбір

николь  өзінен  өткен  жарық  энергиясының  1 0 % - ы н   жүтады 

Берілгені:

ф  = 7 0

。

 

んニ

 1 0 % (0 Д )

Шешуі.

Интенсивтілігі

болатын  табиғи  жарық

николь  призмасы  арқылы  өткенде  (2-сурет)，ол 

екі  жарық  толқынына,  кәдімгі  және  өзгеше  сәу- 

лелерге  жіктеледі.  Кәдімгі  сэуле  николь  призма- 

сында  жүтылады  да,  өзгеше  сэуле  одан  өзінің 

интенсивтілігін азайтып өтеді.  Сондықтан бірінші 

призмадан  өткен  сәуленің  интенсивтілігі

/

】

= 0 , 5 / 0( 1 -

た ） ，

 

⑴

мүндағы 

k  

—

  ОД  (10

% ) - H P  измада  жарық  интенсиқтілігің  салыстырмалы  жоға- 

луы,  / q  

一

 бірінші  призмаға  түскен  табиғи  жарықтың  интенсивтілігі.  Демек,

へ

= 0 , 5 .

0

，

9 / 0  = 0

，

4 5 /0 

(2)

Малюс  заңы  бойынша,  екінш і  николь  (анализатор)  арқылы  өткен  сәуленің 

интенсивтілігі,  оған  түскен  поляризацияланган  жарық  сәулесінің  интенсивтілігіне 

жоне  анализатор  арқылы  өткен  тербеліс  бағыттарының  арасындағы  бүрыштың  коси- 

нусының  квадратына  тең.  Демек,  екінші  никольде  жарықтың  жүтылуын  ескертіп, 

онан  өткен  сәуленің  интенсивтілігін  анықтаймыз

/ 2  =  / j ( l - ^ ) c o s 2 

(p  = 0,9ІХ

  cos2 

(р

(3)  және  (2)  өрнектерді  салыстырып,  / 7  — н і  анықтаймыз

/ 2  =  0 ,9 .0 ,4 5

/。

cos2 

炉

Осыдан  /q   /  

1 1

  қатынасын  табамыз 

/ 。" 2  

Һ  

1

1

(

3

)

(4)

0,9 ■ 0 ,4 5 /0 . cos2 70° 

0 ，

405  0,117 

0,047

21

164

Екі  николь  арқылы  жарық  өткевде  оның  интенсивтілігі  21  есе  азаяды.

Демек,  екі  николь  арқылы  бақыланатын  беттің  жарықтануы  21  есе  көп  болады.

3-есеп.  Жартылай  поляризацияланган  жарық  николь  арқылы  өтеді.  Никольді 

өзінің  бастапқы  қалпынан  6 0 °   — 

бүрғанда,  сәуле  шоғының  жарықтылығы  өзіне

тиісті  жарықтылықтан  екі  есе  азаяды.  Никольдағы  жүтылуды  еске  алмай:  а)  табиғи 

және жазық поляризацияланган соулелердің интенсивтіліктерінің катынастарын;  б)жа- 

рық  шоғының  поляризациялану  дорежесін  анықтаңыз.

Берілгені: 

(р  = 60° 

Г

 =  

2 Г

таб

Р - 1

Шешуі.

а)  Никольдің  алғашкы  жағдайына  максимал

жарыктылық сойкес  келеді.  Николь  арқылы  оған 

I п 

поляризацияланган  сәуле  және  табиғи  сәуленің

интенсивтілігі 

I таб

 -дың  жартысы  өтеді.  Олай  бол­

са,  никольдан  өткен  сәуленің  интенсивтілігі  мына­

дай  болады

I  

ニ

 

+ 0 , 5 / “

. 

⑴

Никольдің  екінші  жағдайында,  яғни  оны  5 0 °  

一

 

бүрғандағы  интенсивтілік

\

  cos 2  60

。

+ 0 ,5 /

таб

таб

(

2

)

Есептің  шарты  бойынша 

I   二 つ 飞 ，

( 1 ) жэне  (2)  тендіктерді  салыстырып,  мынаны  анықтаймыз

/ „   + 0 , 5 /

/ 1

таб

I

  + - /

таб

осыдан

таб

б) 

Жарық  шоғының  поляризациялану  дәрежесін  анықтау  үш ін  мына  өрнекті 

пайдаланамыз

p

  —  

^  гтх 

了

 піп 

^ітх  + / тп

165

мүндағы 

I т х

  , 

I

— екі  өзара  перпендикуляр  бағыттардағы  максималдық  және

минималдық  интенсивтіліктер.

Николь  арқылы  өткен  жарыктың  максимал  интенсивтілігі

/ „ + 0 , 5 /

таб

I,

(4)

Бүл  жағдайда  түскен  сәуленің  жоне  никольдің  поляризация  жазыктығының

жағдайлары  параллель  болады.  Ник ольді  

90° 

一

  к а  бүрганда,  бүдан  п о ­

ляризацияланган  соуле  өтпей,  экранга  интенсивтілігі  минимал  жарық  түседі

(5)

(3)

，

(4)  және  (5)  теңдіктерді  пайдаланып,  жарық  шоғының  поляризациялану 

дәрежесін  анықтаймыз.

Р = 0

，

5.

4-есеп. 

Күрделі  объектив  екі  линзадан  тұрады.  Оның  бірі  сыну  көрсеткіші 

Пх

  = 1

，

Z)Z  болатын  шыныдан,  ал  екіншісі  сыну  көрсеткіші 

щ

  = 1，

6  — басқа  шы­

ныдан  жасалған.  Егер  линзаларды  сыну  кѳрсеткіші 

По

  =   і, б   болатын  канада  баль-

замымен  желімдесе,  онда  объективте  шағылу  кезінде  жоғалатын  жарықты  қанша  есе 

азайтуға  болар  еді?

Желімденген  объективте  жарықтың  жоғалуын  анықтаңыз.  Линза  бетіне  түсетін 

жарықтың  түсу  бүрышы  өте  аз  деп  есептелінсін.

Берілгені:

i\   —

1,52 

п2  -

1,6 

72 

3 

=1,6

,4

  一

Һ

 

一

Шешуі.  Сыну  көрсеткіші 

п

  екі  орта- 

ның  шекарасына жарық түскенде,  сәуле  түсу 

жазықтығына  параллель,  не  перпендикуляр 

поляризацияланган 

болса  да, 

оны ң 

и н т е н с и в т іл іг ін ің  

тү с к е н  

сәуленің

интенсивтілігіне  қатынасы 

(Э

  шағылдыру 

коэффициентін  береді

- 1

 ү

п

 + 

1

(

1

)

Есептің  шарты  бойынша  объективке  түскен  сәуленің  түсу  бүрышы  өте  аз  шама

，

 

ендеше  шағылу  бүрышы  да  өте  аз，олай  болса

- I ) 2 

(0,52)2

° Ш

2

0,043/0

( /

q

  — объективке  түскен  жарықтың  интенсивтілігі).

166

Бірінші  бет  арқылы  өтетін  жарық  интенсивтілігі 

12  =

 0,957

/ 0 .  Бұл  екі  ор- 

таның  шекарасына  түсетін  жарықтың  интенсивтілігі.  Осы  шекарадан  шағылатын  жа­

рык  интенсивтілігі

0 ,9 5 7 /0р 2  = 0

，

9 5 7 /0 

~ і )

“  / % + 1

ア

демек,  шыны-канада  бальзамы  шекарасында  іс  жүзінде  шағылу  ж оқ.  Олай  болса, 

канада  бальзамымен  желімдеу  объективтен  жарықтың  шағылуын  екі  есе  азайтады, 

ендеше  интенсивтіліктің  нашарлауы  да  екі  есе  азаяды.

Интенсивтілігі 

/つ

  жарық  шыны-  ауа  шекарасына  түсіп，жартылай  шашырай- 

ды.  Шашырағандағы  интенсивтілік

j   (П2 

—び

і  4  =   12

 7 

\2  = 0

，

053/

フ

•

> 2 + 1 )

Объектив  арқылы  өтетін  жарықтың  интенсивтілігі

І 5  =

 

0,947

/ 2  = 0,947-0,95/0  = 0,906/0 _

Осыдан  объективте  ж ары қты ң  шашырауы  кезінде  жоғалған  интенсивтілік 

( / 0 

一

 0 , 9 0 6 / 。=   0 , 0 9 4 /

。 ）

0 , 0 9 4 / 0  болады.  Бүл  объективке  алғашқы  түскен 

жарық  интенсивтілігінің  9 ,4  

%

 ~  ьін  қүрайды.

5 -есеп. 

Жазық  поляризацияланган  сары  жарық  сәулесі 

=  

0 , 5 8 9 м к м )

пластинка  арқылы  өтіп,  дөңгелекше  поляризацияланатын  болу  үшін,  кварцтан  крис- 

талдың  оптикалық  өсіне  параллель  болатындай,  қалындығы  0,6  мм  пластинка  кесу 

қажет.  Егер  кварцтағы  кә д ім гі  және  өзгеше  сәулелердің  сыну  көрсеткіш тері

n Q  =

1,544, 

п е  =

1,553 

болса,  онда 

кварц 

пластинкасының  қалыңдығы 

қандай

болатынын  есептеңіз.

Берілгені:

Я 

=

 0,589

別 腹

= 0 ,5 8 9  •10—

6 

別 

d  = 0,6мм 

d - 1

Шешуі.

Есепті  шығару  үш ін  кітаптың 

28-ші  параграфын  қараңыз.  Кәдімгі 

және  өзгеше  сәулелердің  жылдам- 

дыктары  әр  түрлі   болғандықтан

(ü 0 

= с / п 0), 

(Ve  = с / п е), 

пайда  болады.  Оң

олар  кварцтан  кесілген  пластинкадан  өткенде,  фаза  айырымы 

кристалл  үшін 

{ п е  >

 

)  фаза  айырымы  былай  жазылады

ô

  =  

2тиі{пе- п 0) і? і.

 

⑴

167

Фаза айырымы 

8 

=   71  丨

  2

  болғанда，эллипсше  поляризацияланган сэуле дөңге- 

лекшеге  айналатыны  28-ші  параграфтан  белгілі.  Олай  болса,  біз  фаза  айырымын

Ö  =

 я /2  +  

2кп

 ,

(

た

=  0Д

，

2 ，

3 

… ）

 

（

2)

деп  те  алуымызга  болады.

( 1 ) жоне  (2)  теңдеулерден  пластинканың  қажетті  қалыңдығы  алынады

ゴ

_   (

た

+ 1 / 4

) 又

 

з

пе  - п 0

(3) 

тендеуден 

た

 

一  

нің  монін  табамыз.  Ол  үшін  осы  тендеуге 

d ,

  Л

，

П0

，

п "  

шамаларының  сан  мондері  қойылады,  біз  мүнда 

d   —

  0 ,6 0  

М М

  деп  аламыз.  Сонда 

к

  =   8 ,9   болып  шығады,  шындығында 

k

 

一

 бүтін  сан  болу  керек.  Ендеше  алынған 

санды  дөңгелектегенде 

た

= 9   болады.  Осы  монді  қайтадан  (3)  тендікке  коямыз  да, 

пластинканың  нақтылы  бізге  қажет  деген  қалыңдығын  есептейміз.  Оның  шамасы 

d   =   0 ,6 0 5   ММ болып  шығады.

Өз  бетімен  шығаруға  арналган  есептер

1 . Заттың  толық  іпггей  шағылатын  шекті  бүрышы  4 2 °   — қа  тең  болса，онда 

оның  толық  поляризация  бүрышы  неге  тең  болады?

ж -  

5 6 ° 1 2 ' .

2.  Су  қүйылған 

[ f i x

  = 1

，

3 3 )   шыны  ( "

つ

=

1

，

5 )   ыдыстың  түбінен  шағылған

сэуле поляризацияланган болу үшін жарық сәулесі ауадан сұйықтың бетіне 

қандай 

бұрышпен  түсуі  керек?

ж.  84°.

3.  Тас  түзының  кристалынан  жарықтың  шағылғандағы  максимал  поляризация­

лану бұрышы 

57° 

— ка тең.  Осы  кристалдағы жарықтың таралу жылдамдығын  анық- 

таңыз.

ж. 

1,95  108 м / с .

4.  Анализатор  өзіне  түскен  поляризацияланган  жарықтың  интенсивтілігін  екі 

есе  азайтады.  Анализатор  мен  поляризаторлардың  бас  жазықтықтарының  арасын- 

дағы  бүрыш  кандай?  Жарықтың  шағылуы  кезіндегі  шығынды  еске  алмаңыз.

ж.  45。

.

5.  Табиғи  жарық  шыны 

[ п

  = 1 , 6 )   бетіне  Брюстер  бүрышымен  түседі.  Шағы- 

лу  коэффициенты  анықтаңыз

Ж.  р   =   0 Д 0   немесе 

10% 

.

6.  Френель  өрнегін  пайдаланып,  жарық  шыны 

( j i   =

1

，

5 )   бетіне  нормаль  ба­

гытта  түскенде,  оның  шағылу  коэффициентін  анықтаңыз.

168

7.  Бас  жазықтықтарының  арасындағы  бүрыш  5 3  ° б°латын  екі  николь  аркылы 

табиғи  жарық  өткенде，оның  интенсивтілігі  қанша  есе  азаяды?  Әрбір  никольден 

жарық  өткенде,  оның  1 0 %   жоғалады  деп  есептеңіз.

ж . 12 

есе

 .

8.  Ш ирек  (1/4)  толқынды  пластинка  кварцтан  кесілген.  Оның  қалындығы  16 

мкм.  Пластинкаға  толқын  үзындығы  589 

НМ

  монохроматтық  сәуле  түседі.  Егер 

кодімгі  соуленің  сыну  көрсеткіші  П0  = 1 ,544 

болса,  онда  өзгеше  сәуленің  сыну 

көрсеткіші  қандай  болады?

ж . 1,55.

9.  Ш ыны  түтікшеге  қүйылған  кант  ертіндісінің  концентрациясы  0,3 

3

 /  

CM

 3 • 

Бүл  ертінді  монохроматтық  сәуленің поляризация жазыктығын  2 5 ° -Қа  бұрады.  Егер 

бүдан  басқа  түтікше  поляризация  жазықтығын  2 0   -қа  бүратын  болса,  онда  сол 

түтікшедегі  қант  ертіндісінің  концентрациясы  қандай  болғаны?

Ж_  З75я-г/.и3.

Ғылыми  баяндамалардың  тақырыптары

1-такырып. 

Эллипсше  поляризацияланган  жарыкты  металдардың  оптикалык 

түрақтылығын  анықтауға  қолдану

Жүмыста  эллипсше  поляризацияланган  жарыктың  негізгі  мәліметтеріне:  эл­

липсше  поляризацияланган  жарықты  толық  іштей  шағылдыру  арқылы  алу，немесе 

1/4  қалындықты  пластинка  арқылы  алу  жолдарына;  эллипсше  поляризацияланган 

жарықтың  түрақтылығын  өлшеу  тәсіліне,металдардың  оптикалык  сипатамаларына 

және  Друде  өрнегіне  тоқталу  қажет.

Ә д е б и е т т е р :

1

. Ландсберг  Г.С.

 

Оптика.М.:  “ Наука” ，1976

2. 

Ринне  Ф.，Берен  М,

  Оптические  исследования  при  помощи  поляризованного 

микроскопа.  М.:  Мектеп,  1981

з. 

Сивухин  Д.В.

  Общий  курс  физики.  Оптика.  М.:  “ Наука，

，

， 1980

4. 

Корсунский  М.И.

  Оптика,  строение  атома,  атомное  ядро.  М.:  “ Н аука，

，

，1964

2-тақырып.  Эллипсше  поляризацияланган  жарык  ж эне  оның  параметрлерінің 

көмегімен  өте  кішкене  қалыңдықты  өлшеу

Жүмыста  эллипсше  поляризацияланган  жарык  туралы  негізгі  мәліметтер

，

эл­

липсше  поляризацияланган  жарықты  алу  жэне  оны  талдау  тәсілдерді,  жүқа  пленка- 

ның  қалыңдығын  анықтаудың  математикалық  теориясын  жасаған  А. Г.  Власов  пен 

Б.В.  Дерягиннің  жүмыстары,  Власов  пен  Дерягиннің  өрнектерінің  Друде  жоне 

Гроссмюллердің  өрнектерінен  ѳзгешелігін  кѳрсету  мэселелері,  Б.В  Дерягиннің,  В. 

Карасевтің,  М .А  Смолянскийдің  жэне  басқалардын  еңбектерінде  келтірілген  өте 

жүқа  қалыңдықты  өлшеуге  арналған  нақтылы  қондырғылардан  мысалдар  қарасты- 

рылуы  керек.

ж.  p   =

  4 ,0  -1 0   2  немесе  4 ,0  % •

169

1

. Гребенщиков  И.В.  и  др.

  Просветление  оптики.  Уменьшение  отражения  света 

поверхностью  стекла.  М.-Л.:  Гостехиздат,  1946

2. Новые  методы  и  приборы  для  коррозинных  испытаний.  Труды  института 

физхимии.  Вып.3.Т.2.  М.:  1951

3

. Ландсберг  Г.С.

  Оптика.  М.:  “ Наука” ，1976

Өз  бетімен  орындауға  арналган  тәжірибелер

Ә д е б и е т т е р :

1-тапсырма.  Диэлектрик  (қара  айна)  бетінен  жарык  шагылғанда  байкалатын 

поляризация

Бүл  жұмысты  орындау  үшін  оның  теориясын  оқып, 

аударыңыз.  Сонымен қатар тиісті әдебиеттердегі  [2 , 2 0 7 ],

негізгі  мәселелерге  көңіл 

[3 ,5 9 1 ] тәжірибелермен

танысыңыз.  Соның  қайсысы  орындауға  қолайлы  болса,  соны  тожірибе  жасап  бақы- 

лаңыз.

2-тапсырма.  Жарықтың  сынуы  кезіндегі  поляризациялануы

Мүны орындауға  қажетті  құралдар:1 ) проекциялық  аппарат,  2)  оправалы  шыны

бума  (стопа),  3)  поляроид,  4)  проекциялайтын  экран  [ 2 , 2 0 9 ] ,   [3 ,5 9 3 ].

3-тапсырма.  Лазер  сәулесімен  электр  өрісінің  әсерінен  байқалатын  Керр  қүбылы- 

сын  бақылау.

Тәжірибенің  сызбасы  төмендегідей  3-суретте  көрсетілген.

来

3-сурет

Ә д е б и е т т е р :

1

. Б утиков  Е.И.

  Оптика.  М .:” Высшая  школа” ，1986

2. Демонстрационный  эксперимент  по  физике  в  средней 

A.A.  Покровского.

М .:55Просвещение^,1 979

3.  Лекционные  демонстрации  по  физике.  Под  ред. 

В.И. 

ка ，

，

，1972

школе.  4.2. 

Ивероновой.

Под  ред. 

М .:“ Нау-

170

К В А Н Т Т Ы Қ  О П Т И К А

2 Б Ө Л І М

V I  T   a  p  а у

К В А Н Т Г Ы Қ  О П Т И К А Н Ы Ң  Н Е ГІЗД Е Р І

§30.  Фотоэлектрлік қүбылыс және оның зандары

Келесі тарауда біз абсолют қара дененің жылулық сәуле шығаруын 

дүрыс түсіндіруде,  Планктың заттан электромагниттік толқын үздіксіз 

шығады деген классикалық түсініктен бас тартып,  одан басқа ұғымға 

келуінің  өте  зор  маңызы  болғанына тоқталамыз.  П ланктің болжамы 

бойынша, ж ары қты ң заттан шығарьшуы және жүтылуы үздіксіз емес, 

ол жеке порциямен — квантгарымен жүреді екен.  Бүл болжам одан әрі 

дамып, көптеген басқа қүбылыстарды, мысалы фотоэлектрлік, ж ары қ- 

тың химиялық әсері, Комптон қүбылыстарды және т.б. жақсы түсіндірді.

1887  ж .  Г.  Герц  ү ш қ ы н д ы қ   р азр яд никтің   теріс  электродын 

ультракүлгін  сәулемен  жарықтандырса,  мүндай  сәулелендіру  ж о қ  

кездегімен салыстырғанда, разрядталу элекгродтар арасында кернеу аз 

болғанда да жүре беретіндігін байқады.  1887 ж.  В.  Гальвакенің жасаған 

тәжірибелеріне және  1888-1890 ж.ж.  А.Г. Столетов тәжірибесінің қоры - 

тындыларына қараганда，

бүл қүбьшыс жарықтың металл разрядниктің 

катодынан  теріс  зарядтарды  үш ы рып  шығаруы  екен.  30.1-суретінде 

Столетов тәжірибесінің сызбасы келтірілген.

Ж азы қ конденсатордың бір астары ретінде мыстан жасалған С тор 

пластинкасы, ал екінш і астары ретінде 

d

  мырыш пластинкасы алына­

ды. 

С

  жэне 

D

  пластинкалары 

G

  гальванометр арқьшы 

ß

  аккумуля­

тор батареясына қосылды. Теріс зарядталған 

D

  пластинкасын 

S

  жа- 

ры қпен сәулелендірілгенде, тізбекте то к пайда болды,  оны фототок деп 

атайды.

171

Ф ототокты ң   к ү ш і 

d

  пластинкасы ны ң  ж ары қтануы на  п ро­

порционал.  Конденсатордың  оң  зарядталған 

С

  қапталына  ж ары қ 

түсіргеннен  фототок пайда  болмайтындығы  анықталды.  Демек,  осы 

тәжірибелерден, металға ж ары қ түскенде ол теріс зарядтарын жоғалта- 

ты ны  белгілі  болады.  Бұл  бөлшектердің  магнит  өрісінде  бүралуына 

қарап,  м енш ікті зарядын өлшегенде 

{ е /т

  =1,759 . IO 11 

Кл/к

2

  )

，

олар­

дьщ электрондар екені анықталды.  М ұн ы ң  толы қ дәлелі металдарды 

қыздырғанда, одан шығатын бөлшектердің де электрондар екені анық- 

талғаннан ке й ін тү с ін ікті болады.

30.1

Сөйтіп,  фотоқүбылыс жөніндегі  көптеген тәжірибелер  металдан 

ұшырыльш шығарылатьш бөлшектер — электрондар болатынын көрсетгі. 

Фототок 

d

  пластинкасьшың жарықтануына байланысты.  Егер 

d

  пла­

стинкасын  батареяның  оң  полюсына  қосы п,  оған  қайтадан  ж ары қ 

түсірсек, фототок пайда болмайды.

С үй ы қ және қатты заттардан жары қты ң әсерімен электрондарды 

ұшырып шығару құбьш ысын сыртқы фотоэлектрлік қүбылыс деп атай-

172

Металдардың  сы ртқы   фотоэлектрлік  қүбы лы сы н  тәжірибелік 

зерттеулердің нәтижесі металдың химиялық табиғатына ғана емес, сол 

металдың бетінің қанш алы қты  тазалығына да байланысты болғанын 

көрсетті.  Металл  бетінің  шамалы  кір   болуының  өзі  ж ары қ  әсерінен 

үшырылатын электрондар санын азайтады. Сондықтан фотоқүбьшыс- 

ты зерттеу үш ін вакуумдық тү тік пайдаланылады. 

к

  кат0Д зерттелетін 

металмен қапталады, ол 

d

  терезе арқьшы енетін монохроматгық сәу- 

лемен жарықтандырьшады. Анод пен катод арасындағы кернеу потен­

циометр 

R

  арқылы реттеліп, 

y

  вольтметрмен өлшенеді.  Фототокты 

Q

  гальванометр  арқылы  анықтайды.  Енді  қонды рғы ны ң   вольт- 

амперлік сипаттамасын қарастырайық.

Кернеу нөлге тең болғанда,  электронның белгілі бір бөлігі анодқа 

жетіп, шамалы ғана фототок тудырады.  Егер кернеуді одан әрі үлкейте 

берсек, онда фототок көбейеді(30.3-сурет).  Керенудің белгілі бір шама­

сында,  фототоктың  өсуі  тоқтап,  сол  қалпында  қалады.  Оны  қанығу 

тогы  дейді.  Енді  электрондардың  полярлы ғы н  өзгертейік,  я ғн и 

сәулеленетін пластинка оң, тор пластинка теріс заряд ал сын,  сонда бүл 

жағдайда фототоктың азаятындығы байқалады. Теріс кернеуді үлкейт- 

сек,  фототок азайып,  ол кернеудің белгілі бір 

U теж

  шамасында нөлге 

тең болады.  Оны жабық потенциал деп  атайды.  М үндай  потенциалда 

бірде-бір электрон тор пластинкаға жетпейді.

30.3

Демек,  фотоэлектроның  максималдық  жылдамдығы 

Vтах

  мен 

тежеуші 

U теж

  потенциалдың арасында, мына қатынас орындалады

m V  

тах

/2  = e U  теж,

 

(30.1)

мүндағы 

е

  мен 

m  -

 электрон зарядының абсолют шамасы мен масса­

сы.

Егер жарықтанудың шамасын 

Е

、-ге көбейтсек, (30.3-суретті қара- 

ңыз),  онда қаны ғу фототогы да артады. 

JJ

  кернеуінің белгілі бір ша­

масына сәйкес келетін  /  к қаны ғу тогы  кезінде,  катодтан ұшырьшып

173

шығарьшған электрондар түгелімен дерлік анодқа жетеді, яғни мына­

дай заңдылық орындалады

/  к =  

en

  5 

(30.2)

мұндағы 

п

 -бір секунд ішінде үш ы п ш ы ққа н  электрондар саны.

Сонымен тәжірибеден сыртқы фотоқұбылыстың мынадай заңца- 

рын түжырымдауға болады:

1 .Фотоэлектрондардың максимал бастапқы жьшдамдығы ж ары қ 

ж и іл ігі арқьшы анықталады да, оның интенсивтілігінен тәуелсіз.

2.  Қандай зат болмасын оған тиісті фотоқүбылыстың қызыл шека- 

расы болады, яғни сыртқы фотокүбылыс болатындай минимал ѵ 0  жа- 

рьщ ж и іл ігі болу керек.  Бүл ѵ 0  шамасы металдың хим иялы қ табиға- 

тына және оның бетінің тазалығына байланысты болады.

3. Бір өлшем уақыт ішінде, катодтан үшырылып шығарьшған фо- 

тоэлектрондар саны 

п

，

ж ары қ интенсивтілігіне пропорционал (қанығу 

фототогы катодтың энергиялық жарықтануы 

J7

 -ге пропорционал).

Тәжірибе көрсетуіне қарағанда, сыртқы фотоқүбьшыс инерциясыз 

өтеді.

Кезінде  бірінш і және  е кін ш і  занды  түсіндіруде  өте  үлкен қ и ы н - 

дықтар  туды.  Ш ы н   мағынасында,  металдардан  бос  электрондардың 

үшырылып шығарьшуы электромагниттік теория  бойы нш а,  ж ары қ 

толқындарының электр өрісінің  кернеулігінің әсерінен болуы керек. 

Алайда, бұл жағдайда үшырьшып шығарьшған элекгронның максимал 

бастапқы  жылдамдығы  және  кинетикалы қ  эңергиясы,  толқы нны ң 

тербеліс амплитудасының векторы, 

ß

  электр өрісі кернеулігінен және 

онымен байланысты толқын интенсивтілігінен тәуелді болмай, жарық- 

тың жиілігінен тәуелді болуы түсініксіз болды. Фотоқүбылыстың бірінші 

және екінш і зандарын түсіндірудегі қиынш ылықтар толқы н теориясы- 

ны ң универсалдығына ш ек келтіреді.  М іне, соған байланысты  1905 ж. 

A.  Эйнштейнге ж ары қты ң квантты қ теориясын негіздеуге м үм кін д ік 

туды.

Фотон. Фотошіьщ массасы жэне импульсі. Эйнштейн Планкгің атом- 

осциллятордың сәуле  шығару сипаты квантты қ деген  идеясын,  одан 

әрі жалғастырып, дамытты.  О ның айтуы бойынша, ж ары қты ң шыға- 

рылуы,  кеңістікте  таралуы  және  жүтьшуы  үздіксіз  емес,  белгілі  бір 

порция 

一

  ж а р ы қ  кванттары   түр ін д е   ж ү р е д і  деді.  С о н д ы қта н  

электромагниттік  сәуле  шығаруды  үздіксіз  толқы нд ы қ  процесс  деп 

қарамау  керек,  оны  вакуумдегі 

с

  ж ары к жылдамдыгымен тарайтын 

кеңістікте жайьшмаған дискретті кванттар деп қарау керек деп түсін- 

дірді.  Бүл кванттар фотондар1  деп аталады.  Фотонный, энергиясы

“ ‘Фотон，

，термині  1926  ж.  енгізілген.

174

e  = h v  ,

 

(30.3)

мүндағы 

Һ

 -П л а н к  түрақты сы , 

Һ =

 6 ,6 2 -10"34 

Д ж - с  ,

  V -ж а р ы қ 

ж иілігі.

Салыстырмалық теория бойынша 

£

  энергиялы бөлшектің масса­

сы  w  

ニ

 е / с 2  өрнегі арқьшы анықталады, ендеше фотонның массасы

m = hv f  с 2

  . 

(30.4)

Ф отонны ң  ты ны ш ты қ  массасы  ж о қ,  яғни  ол  ты ны ш ты қ  күйде 

өмір  сүрмейді,  ол  пайда  болысымен-ақ 

с

  ж ары қ  жылдамдығымен 

қозғалады.

Фотонны ң импульсі бар,  ол бьшай анықталады

p = т с  = h v / c  -

  /г /Я . 

(30.5)

(30.4) 

теңдеуінен шығатын қорытынды: фотонның массасы ж и іл ік 

өзгерген сайын өзгере береді.  Олай болса, ж ары қ дискреті бөлшектер- 

ден - фотондардан түрады. Ол бөлшектердің энергиясы, массасы үздіксіз 

өзгереді.

Қаш ан да ж ары қ шығару процесі массасының азаюына әкеліп со- 

гады, демек, денедегі материяның саны азаяды. М іне, осындай ғаламат 

кө п  массаны жоғалту тір ш іл іктің  кө зі Күнде де ж ү р іп  жатады.

Неғүрлым ж и іл ік кө п  болса, соғүрлым фотонның энергиясы және 

импульсі де көп, бұл жағдайда жары қтың т ү й ір ш ікт ік қасиеті білінеді. 

Демек, жары қтың табиғаты екі жақты.

Ж арық металға түскенде одан электрондарды үшы рып шығарады, 

яғни д   шығу жүмысы жасалады. Заттьщ жарықты жүтуы нәтижесінде, 

электрон 

hv

  энергия  алады.  Егер 

}гу  > А

  болса,  онда электронньщ 

шығу  жүмы сы  іске  асырылады.  Электрон  металдан  үш ы п  шығады. 

Энергияньщ сақтаяу заңьша сәйкес фотоэлектронньщ максимал энергия­

сы мынаған тең болады 

，

mUirax / 2  =  /іѵ  — A   . 

(30.6)

Бүл теңцеуді сыртқы фотоэлектрлік қүбылыс үшін Эйнштейн тендеуі 

деп атайды.  (30.6) өрнегі металдар үш ін сыртқы фотоқүбылыстың бар- 

лы к негізгі зандарын оңай түсіндіреді. Сыртқы фотоқүбьшысты байқау 

ү ш ін  

hv  > А

  болуы қажет, ендешеқызыл шекараға,  (немесефотоқүбы- 

лыс табалдырығына) сәйкесті ж и іл ік  мынаған тең

v 0 

= А /һ ,

 

(30.7)

мүндағы ѵ 0  ж и іл ігі электронньщ шы ғу жүмы сы  д  -дан тәуелді, яғни 

металдың химиялық табиғатына және оның бетінің тазалығына байла­

нысты. Фотоқүбылыс кезінде босаған электрондардьщ саны, бетке түскен 

жары қ квантына тура пропорционал болуы керек.  Сонымен қатар жа­

р ы к  ағыны 

ф

  уақы т бірлігі  ішінде  бетке  түскен,  ж ары қ  кванттары- 

ны ң санымен анықталады.  Осыған байланысты/  қаны ғу тогы түскен 

жары қ ағынына пропорционал болу керек

175

Ьүл тоуелділікте  төжірибе арқьшы дәлелденді.  М үнан байқайты- 

нымыз кванттардың азғантай бөлігі өзінің энергиясын фотоэлектрон- 

дарға беретіндігі. Кванттардың қалған энергиясы жарықты жүтқан затты 

қоздыруға кетеді.

Жоғарьща қарастырылған фотокүбылыста электрон энергияны тек 

фотоннан ғана алады.  С онды қтан мүндай  процесті:  бірфотондық деп 

атайды. Лазерлердің өмірге келуіне байланысты,  осыған дейін м үм кін  

болмаған қуатты ж ары қ ш оғы  алынады.  М үн ы ң  нәтижесінде көпфо- 

тондық процестерді жүзеге асыруға м үм кін д ік болды.  Осының бір мы­

салы,  көпфотондық  фотоқүбылыс  кезінде,  металдан  ұш ы п  ш ы қ қ а н  

электрондар  э н е р ги я н ы   б ір ф о то н н а н   емес, 

]\/

  ф отондардан 

(N   =

 2,3,4,5,..)  алады.

Бүл жағдайда Эйнштейн өрнегі көпфотондық фотоқүбылыс үш ін  

былай жазылады

Nhv  = (mvmaa2)/2  

+ 

A .

 

(30.9)

Демек, фотоқүбылыстың қызьш шекарасы үзын толқындарға (тол­

кы н   Я0  үзындығы 

N

  есе  өседі)  ығысады.  (30.8)  өрнегі 

N

  фотон 

болған жағдайда былай жазылады

1N 

〜 ぜ

•

 

(30.10)

Төмендеп 30•

丄

—кестеде фотонньщ негізгі сииаттамалаоы келтірілген.

な 〜

ф .  

(30.8)

30.1-кесте

Массасы Импульсі

Энер

гиясы

Спині

(қозға-

лыс

мөл-

шерінің

моменті)

Электрлік

диполь

моменті

-------------

Магниттік

моменті

Электр.

заряды

Өмір

сүру

уа­

кыты

Вакуум

дағы

жылдам-

дығы

h v

w = T7

hv 

Р  = —

с

e = hv

/ =

丄

Ме= 0

/и  =  0

е=0

て

= о о

с = 3 1 0 8 

м / с

жүктеу/скачать 13,36 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: