Физика және техникалық пәндер кафедрасы
жүктеу/скачать 1,74 Mb.
|
УМК ОПТИКА иСПЕКТР каз
| 21 ,22 Дәрістер тақырыбы:
Жарықтың дисперсия, жұтылуы және шашырауы. Жарық дисперсия, оны бақылау әдістері. Жарықтың фазалық және топтық жылдамдықтары. Қалыпты және аномальды дисперсия. Жарықтың жұтылуы және шашырауы Заттың жарық сындыру көрсеткішінің жарық толқыны ұзындығына тәуелділігі жарық дисперсиясы деп аталады. Заттың абсолют сыну көрсеткіші болса, оның толқын ұзындығына тәуелділігі былай өрнектеледі: . Көрінетін жарық спектр аймағында толқын ұзындығы азайған сайын заттың сыну көрсеткіші ұлғая береді. Осылай жарық толқындары ұзарғанда, яғни тербеліс жиілігі азайғанда сыну көрсеткішінің кемуі қалыпты дисперсия деп аталады. Қалыпты дисперсияны тәжірибе жасап бақылауға болады. Егер саңылаудан өткен ақ жарық шоғы жолында тігінен қойылған шыны призма тұрған болса, онда экран бетінде тұтас спектр пайда болады. Оның қызыл шеті призманың қыры жаққа, күлгін шеті табаны жаққа қарай орналасады. Егер жарық жолында бірінші призмаға перпендикуляр етіліп орнатылған екінші призма тұрған болса, одан өткен жарық сәулелері сынып жоғары қарай бұрылады, сонда күлгін сәулелер қызыл сәулелерден гөрі күштірек бұрылады да, спектр майысып орналасады. Спектрдің күлгін шеті қызыл шетінен гөрі күштірек майысады. Бұл – қалыпты дисперсия. Егер екінші призма қуыс болып, оның ішіне бір ерітінді құйылған болса, онда түскен ақ жарық құрамындағы жасыл түсті сәулелерді ерітінді жұтады да, экранға түскен спектрдің жасыл бөлігінде қоңыр жолақ – жұтылу жолағы пайда болады. Сонда экранда жұтылу жолағының сол жағындағы спектр бөлігінің оған таяу ұшы төмен қарай, оң жағындағы спектр бөлігінің таяу ұшы жоғары қарай иіледі. Басқаша айтқанда жұтылу жолағына таяу спектрдің ұзын толқынды бөлігінің ұшы, қысқа толқынды бөлігінің ұшынан гөрі күштірек майысады, демек оған сәйкес сыну көрсеткіші үлкен болады. Осылай жарық толқыны қысқарғанда, яғни тербеліс жиілігі артқанда сыну көрсеткішінің кемуі аномаль дисперсия деп аталады. Аномаль дисперсия жарық жұтылу жолақтары айқын білінетін газдар мен булардан өткенде де байқалады. Америка физигі Роберт Вуд 1901 жылы айқас призмалар методын қолданып ақ жарық натрий буынан өткенде байқалатын аномаль дисперсия құбылысын зерттеді. Сонда бір призма ретінде труба ішінде түзілген натрий буы пайдаланылады, екіншісі шыны призма. Сонда ақ жарық түсірілгенде бу тығыздығы едәуір болған жағдайда спектрдің сары бөлігінде қоңыр жолақ пайда болды, ол – натрий буының маңындағы сары сәулелерді жұту жолағы. Осы жұту жолағына ұзын толқындар жағынан таяу келген спектр бөлігінің ұшы натрий буы призмасы табанына (төмен) қарай күштірек майысқан, демек оған сәйкес сыну көрсеткіші үлкен; ал қысқа толқындар жағындағы спектр бөлігінің оған таяу ұшы призманың қырына жоғары қарай майысқан, демек сыну көрсеткіші бірден кем . Дұрысында спектрдің сары бөлігінде натрий буының өте жақын жатқан екі жұтылу сызығы бар. Егер натрий буының тығыздығы үлкен болса, онда бұл екі сызық тұтасып кетеді де, бір жұтылу жолағы байқалады. Ал натрий буының тығыздығы аз болса, онда осы екі сызыққа тән екі жұтылу жолағы байқалады да, спектр бөліктерінің ұштары майысады. Жұтылу сызықтарының ұзын толқын жақтарындағы спектрдің таяу ұшы төмен қарай күштірек иіледі (демек мәні үлкен болады), ал қысқа толқын жақтарындағы спектрдің ұшы жоғары қарай иілген, демек . 1912 жылы академик Рождественский жарықтың аномаль дисперсиясын өте дәл метод қолданып зерттеді. Дисперися құбылысын электрондық теория тұрғысынан қарастырып түсіндіруге болады. Жарық таралған орта атомдарының құрамындағы электрондар жарық толқындары айнымалы электр өрісі әсерінен еріксіз тербрле бастайды. Осы күштің әсерінен электрон өзінің тепе-теңдік қалпынан ауытқиды. Тербелген электронның энергиясы уақытқа байланысты кемиді, яғни тербеліс амплитудасы кішірейеді, барған сайын тербеліс өше береді. Өйткені тербеліп тұрған электроннан элетромагниттік толқын таралады, оған қосымша тербелген электронның энергиясы жылуға және энергияның басқа түрлеріне де айналады. Электрон энгергиясының осылай шығын болуы оның тербелісін бөгеуші күштерді жеңуге жұмсалады. Мұндай бөгеуші күш шамасы электронның жылдамдығына пропоционал болады х – электронның жылдамдығы, g – атомның табиғатына байланысты пропорционалдық коэффициент. Және қарастырылып отырған атомға оны қоршаған басқа атомдар да әсер етеді, жарық сиретілген газда таралған жағдайда оны есепке алмауға болады. Классикалық электродинамика электрондар үдей қозғалғанда ғана электромагниттік толқындар, демек жарық толқындары пайда болады, электрондар бір қалыпты қозғалғанда ондай толқындар пайда болмайды. Алайда бұл қағида орындала бермейді. Совет физигі Черенковтың (1934) академик Вавилов жетегімен жүргізген бақылауынша электрондар жарықтың фазалық жылдамдығынан үлкен тұрақты жылдамдықпен қозғалған жағдайда жарық толқындары пайда болады. Осылай электрондар жарық жылдамдығынан үлкен жылдамдықпен қозғалғанда шыққан жарық Черенков жарығы, бұл құбылыс Вавилов – Черенков эффектісі деп аталады. Черенков радийдан шыққан - сәулелер өткенде ерітінділердің жарық шығаруын зерттей жүріп, - сәулелері өткенде еріткіштердің өздері де өте әлсіз жарық шығаратындығын байқады. Зерттей келгенде - сәулелер өткенде барлық таза сұйықтар (су, бензол ....) әлгіндей әлсіз жарық шығаратындығы тағайындалды. Арнап жасалған тәжірибелер бұл жарықтың люминесценцияға жатпайтындығын көрсетті. Сұйықтан - сәулелер өткенде байқалатын бұл жарықты - сәулелер әсерінен сұйықтың атомдарынан бөлініп шыққан шапшаң электрондар шығаратындығы дәлелденді. Осылайша табылған Черенков жарығының бір ерекшелігі сол, бұл жарық тек алға қарай бір бағытта таралады. Черенков жарығының осы қасиеті бұл құбылысты дұрыс ұғынуға негіз болды. Совет физиктері 1937 жылы Франк пен Тамм бұл құбылысты теория жүзінде толық түсіндірді.Вавилов – Черенков эффектісі тек электрондар ғана емес, зарядталған басқа шапшаң бөлшектер қозғалғанда ғана байқалады. Бұл құбылысты бақылап ондай бөлшектердің жылдамдығын, зарядын анықтауға болады. Жарық бір ортадан өткенде оның интенсивтігі кемиді, өйткені жарық толқындары электр өрісі ықпалынан заттың атомдарының құрамындағы электрондар еріксіз тербеледі, олардың тербелуін сүйемелдеу үшін жарық толқыны энергиясы жұмсалады. Ол энергия кейін энергияның басқа түрлеріне айналады. Заттың бөлшектерінің бір-бірісмен соғылысу нәтижесінде электрондардың тербеліс энергиясының едәуір үлесі молекулалық тәртіпсіз қозғалыс энергиясына айналады. Соның нәтижесінде дене қызады. Сөйтіп біраз жарық энергиясы жұтылады. Осылай жарық толқыны энергиясының сол тоқынның затқа енуіне байланыстя кемуі жарықтың жұтылуы деп аталады. Тәжірибеге қарағанда жарық интенсивтігінің кему дәрежесі жарық өткен заттың табиғатына және оның қалыңдығына байланысты. Жарық заттан өткенде толқын ұзындығы әр түрлі сәулелер түрліше жұтылады, яғни жарық жұту құбылысының талғама (селективтік) сипаты болады. Мысалы қызыл түсті шыны жасыл, көк, күлгін сәулелерді өте көп жұтады, қызыл және қызғылт-сары сәулелерді болымсыз аз жұтады. Сондықтан қызыл шыныға ақ жарық түсірілсе, одан тек қызыл түс туғызатын ұзын толқынды сәулелер ғана өтеді. Егер сол шыныға жасыл немесе көк жарық түсірілсе, онда ол шыны қоңыр болып корінеді. Сөйтіп көрінетін сәулелерді талғап жұтатын денелер мөлдір денелер болып табылады, ал көрінетін сәулелерді болымсыз аз жұтатын денелер түссіз мөлдір денелер болады (шыны, кварц, ауа т.б.). Нақтылы орта оптикаша біртекті орта болмайды, оның сыну көрсеткіші бір нүктеден екінші нүктеге көшкенде өзгеріп отырады, себебі ортада қоспа бөгде бөлшектер болады. Мысалы, газдың ішінде қатты зат бөлшектері (түтін), су тамшылары (тұман), сұйық ішінде ұсақ қатты бөлшектер (суспензия), бір сұйық ішінде екінші сұйық тамшылары (эмульсия) болулары мүмкін. Мұндай жағдайларда орта оптикаша біртекті бола алмайды. Ондай орта «лайқа» орта деп аталады. Жарық лайқа ортада таралғанда орта ішіндегі бөгде бөлшектер жарықтың бастапқы таралу бағытын өзгертеді, біраз жарық басқа бағытта таралады, яғни жарық шашырайды. Осы себептен лайқа ортада таралған жарық шоғы бүйірден қарағанда айқын көрінеді. Мысалы түнде прожектор жарығының көрінетіні осыдан. Мысалы стаканды таза сұйық және одеколон тамшысын құйған сұйық . Жарық лайқа ортадан өткенде шашырау нәтижесінде жарық интенсивтігі бастапқыдан гөрі кемиді.Сонымен қатар лайқа ортада жарық жұтылады. Сөйтіп жарық лайқа ортадан өткенде оның интенсивтігі шашырау және жұтылу нәтижесінде, тек жұтылғандағыдан гөрі көбірек кемиді. Жарықтың лайқа ортада шашырауын алғаш ағылшын физигі Тиндаль бақылап зерттеген. Сондықтан бұл құбылыс кейде Тиндаль эффекті деп аталады. жүктеу/скачать 1,74 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|