Suallarının cavabları. Optikanınəsasqanunları: işığın düz xətli yayılması qanunu. İşıq
Yüklə 1,74 Mb. Pdf görüntüsü
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- Təbii və polyarlaşmış işıq.Malyus qanunu
- Şəkil 61
|
20. Difraksiya qəfəsi. Bir və çox yarıqdan difraksiyanı nəzərdən keçirdik. Praktikada spektros-kopiyada çoxlu sayda yarıqlarda baş verən difraksiya mənzərəsindən daha çox istifadə edilir. A A
B C S S 1 S 2 S 3 D E M
Şəkil 49
d
Bir-birindən eyni məsafədə yerləşmiş çoxlu sayda paralel yarıqlar sistemi difraksiya qəfəsi adlanır. Şəffaf və qeyri-şəffaf hissələrin enlərinin cəmi (d=a+b) qəfəs sabiti adlanır. nd isə qəfəsin eni adlanır, n qəfəsdəki yarıqların sayıdır. Difraksiya qəfəsi aşağıdakı qaydada hazırlanır. Şüşə lövhənin üzərinə nazik alüminium qatı çəkilir və xüsusi maşında mikrometrik vint vasitəsilə fil sümüyündən hazırlanmış kəsici ilə lövhənin səthinə bir-birindən eyni məsafədə yerləşən paralel cizgilər çəkilir. Bu üsulla hər millimetrdəki cizgilərin sayı 3600-dək olan difraksiya qəfəsləri hazırlanır. Hazırda hər mm də 2400-ə qədər cizgilər çəkilmiş difraksiya qəfəsi almaq mümkündür. Lakin şüşədən hazırlanan difraksiya qəfəsində həm keçən, həm də qayıdan şüaların difraksiya mənzərəsi müşahidə olunur. Metaldan hazırlanan difraksiya qəfəsində isə yalnız qayıdan şüaların difraksiya mənzərəsi müşahidə olunur. Difraksiya qəfəsinin əlverişli cəhəti ondan ibarətdir ki, yarıqların sayı çox olduqca həm baş maksimumların intensivliyi artır, həm də maksimumlar kəskinləşir, yəni maksimumdan qonşu minimuma keçir, kəskin olur və onlar arasında yerləşən ikinci maksimumlar çox zəifləyir. Tutaq ki, qəfəs üzərinə monoxromatik paralel şualar düşür, hər bir yarıqın ayrılıqda yaratdigi difraksiya hadisəsi ilə onların birlikdə yaratdıqları hadisə fərqli olar. Bu ekran üzərindəki işıgın zolaqlar arasında işıq enerjisinin paylanmasının dəyşilməsinə səbəb olur. Bu halda yarıqların bir- birinə təsiri nəticəsində baş vermiş interferensiya əsas rol oynayır. Qəfəs üzərinə düşən paralel şüalar difraksiyaya ugrayır. Difraksiya qəfəsindən çıxan şüalar bir-birinə paralel oldugundan onları tonlayıcı linza vasitəsilə görüşdürmək olur. Bu şüalar linzada sınaraq ekran üzərində O nöqtəsində tonlanaraq interferensiya mənzərəsi əmələ gətirir. Müxtəlif bucaqlar altında difraksiya etmiş şüalar ekran üzərində müxtəlif nöqtələrdə işıqlı və qaranlıq zolaqlar yaradır. Bu interferensiya mənzərəsi isə həmin şüaların analitik yollar fərqindən asılı olur. Şəkildə göründüyü kimi AC və BE şüalarının yollar fərqi AD =AB sin və ya AD = , AB =(a+b) qəfəs sabiti olduğuna görə sin ) (
a (4.13) Yollar fərqi yarımdalğaların cüt ədədlər sayına bərabər olduqda O nöqtəsində işıqlanma alınacaq. Deməli, maksimum şərti 2 2
) ( m b a
m b a sin
) ( (4.14) (4.14) tənliyi baş maksimumların vəziyyətini təyin edir. Baş maksimumlardan əlavə köməkçi maksimumlar da vardır ki, onların intensivliyi baş maksimumlarm intensivliyındən çox zəif olur. b)sin (a m 1
2 2 b)sin (a m
3 3 b)sin (a m
Bu maksimumlar simmetrik olaraq O nöqtəsindən hər iki tərəfə düzüləcəkdir. Yarıqların sayı artdıqca interferensiya mənzərəsinin kəskinliyi də artır. Qəfəsdəki yarıqların sayı artdıqca difraksiya mənzərəsinin dəyişməsi göstərilmişdir (şəkil 47, 48).
a
A
B b
D
C
E
L O
O
a
O
Monoxromatik şüalardan istifadə edərək ekran üzərində işıqlı və qaranlıq zolaqlar alınarsa ağ işıqdan istifadə edərkən hər bir dalğa özünə uyğun maksimumlar verdiyindən, ekran üzərində spektral zolaqlar alınacaqdır. Beləliklə, difraksiya qəfəsi spektr verəcəkdir. Bu spektrə də difraksiya spektri deyilir. Difraksiya qəfəsi işıq dalğasının uzunluğunu təyin etməyə imkan verir.(a+b)sin =m
tənliyindən istifadə edərək işıq dalğasının uzunluğunu dəqiq təyin etmək olar. sin m b a . Verilən m tərtibli spektr xəttinə uyğun olan bucağını ölçərək və d qəfəs sabitini bilərək (4.14) düsturundan həmin xəttin dalğa uzunluğunu tapmaq olar. Tutaq ki, m-cı spektrdəki 1
2 dalğalarının difraksiya bucaqları 1 və 2 olmuşdur. Bu halda 1 1 1 sin
m b a , 2 2 2 sin
m b a
2 1 2 -yə difraksiya qəfəsinin ayırdetmə qabiliyyəti deyilir. Burada 1 – 2 qəfəsdə hələ seçilə bilən bir-birinə ən yaxın spektral xətlərin dalğa uzunluqlarının fərqidir. Difraksiya qəfəsinin ayırdetmə qabiliyyəti
2 1 2 (4.15) düsturu ilə ifadə olunur. Burada N – qəfəsdəki yarıqların sayıdır. Difraksiya qəfəsinin verdiyi spektrin sıra nömrəsi artdıqca spektrin eni də artır. Difraksiya qəfəsində yüksək tərtibli spektr üzərində müşahidə aparmaq mümkün olmur. Böyük ayırdetmə qabiliyyəti əldə etmək üçün Maygelson eşelonundan istifadə edilir.
21. Təbii və polyarlaşmış işıq.Malyus qanunu Maksvelin elektromaqnit nəzəriyyəsindən göründü ki, işıq dalğaları eninə dalğalardır. Elektrik vektorları şüanın yayılma istiqamətinə perpendikulyar olub ixtiyari istiqamətdə yönəlirlər. Əgər şüanın yayılma istiqamətinə perpendikulyar yerləşmiş müstəvilər üzərində elektrik vektorlarının sıxlığı eyni ehtimalla paylanarsa belə işıq təbii işıq adlanır. Tədricən çoxlu sayda təcrübələrdən sonra işıq dalğalarının eninə dalğa olması qəbul olundu. Belə ki, işıq mənbəyindən gələn işıq dalğası yayılma istiqamətinə nəzərən tam simmetrikdir. İşıq dalğaları müəyyən uzunluqda olan elektromaqnit dalğaları olduğundan demək olar ki, işıq dalğaları da eninə dalgalardır. İşıgın eninə dalğa olduğunu əyani surətdə subut edən hadisə işığın
Şəkil 57 polyarlaşması hadisəsidir. İşıq dalğalarının rəqslərindən danışarkən elektrik vektorunun dəyişməsini nəzərə almaq lazımdır. Ona görə ki, işığın kimyəvi, bioloji, fizioloji və s. təsirləri əsas etibarilə elektrik vektoru vasitəsilə baş verir. Buna görə də polyarlaşma hadisəsində və onun izahında həmişə elektrik vektorundan (E) danışılır. Rəqsi bir müstəvidə olan işıq şüası, müstəvi polyarlaşmış şüa, rəqsi bir neçə müstəvidə olan şüa isə təbii şüa adlanır. Bu və ya digər səbəbdən elektrik vektorlarının paylanma sıxlığı bütün istiqamətlərdə eyni olmazsa belə işıq qis- mən polyarlaşmış işıq adlanır. Əgər elektrik vektorları yalnız bir müstəvidə rəqs edərsə belə işıq müstəvi (xətti) polyarlaşmış işıq, həmin müstəvi rəqs müstəvisi, ona perpendikulyar müstəvi isə polyarlaşma müstəvisi adlanır. Şəkil 57-də müstəvi polyarlaşmış işığı qırıq xətlərlə, rəqs müstəvisi (P r ) bütöv xətlərlə göstərilmişdir. Rəqs müstəvisi vərəq müst-əvisidir və elektrik vektor-ları bu müstəvidə rəqs edirlər. Elektrik vektorunun ucu çevrə cızırsa, belə polyarlaşma dairəvi, ellips cızırsa elliptik polyarlaşma olur. Təbii şüa ilə polyarlaşmış şüanın insan gözünə təsiri eynidir. Ona görə də həmin şüaları gözlə ayırmaq qeyri-mümkündür. Təbii işiqdan fərqli olaraq xətti polyarlaşmış işıqda onun yayılma istiqamətinə nəzərən ox simmetrikliyi olmur. İşığı polyarlaşdıran cisim polyarlaşdırıcı adlanır. İşığı polyarlaşdıran maddələrə misal olaraq turmalin islandiya şpatı (kalitin CaCo 3 müxtəlif növlərindən olan kristaldır) və s. gös- tərmək olar. İşıq dalğasında elektrik və maqnit sahə intensivlikləri vektoru kəsilməz, sürətli ( ~10
14 hs)
rəqslər edir. Təcrübələr göstərir ki, işığın gözə və digər qəbuledicilərə təsiri E vektorunun rəqsləri ilə bağlıdır. Buna görə də onu işıq vektoru adlandırırlar. Müstəvi dalğa üçün yaza bilərik:
E r t E E m m cos
cos (5.1) – faza sürəti, və
– xətti və dövri tezlikdir. Müəyyən tezliyə malik işıq monoxromatik işıq adlanır. Təbiətdə tam monoxromatik işıq yoxdur. Real mənbəyin işığı – onu təşkil edən atomların şüalanmalarının birgə təsirinin nə- ticəsidir və sərbəst olaraq çox kiçik zaman müddətində ( = 10 -8 san) şüalanır. Praktikada işıq o zaman monoxromatik hesab olunur ki, onu xarakterizə edən v intervalı kiçik olsun. Hər bir şüalanma aktında atom E vektoru müəyyən müstəvidə rəqs edən dalğa buraxır. Əgər işıq vektorunun rəqsləri şüa keçən bir müstəvidə baş verərsə, işıq müstəvisi polyarlaşmış adlanır (şəkil 58).
Şəkil 58 H E E Q Y Y E vektorunun Q mustəvisində rəqsləri yeganə yy istiqamətilə xarakterizə olunur. Təbii işıq polyarlaşmış işıqdır: bu işıq ayrı-ayrı atomlar çoxluğunun şüalandırdığı işıq dalğalarının toplusu olur E və H vektorlarının şüaya perpendikulyar bütün istiqamətlərdə rəqsləri ilə xarakterizə olu- nur.Təbii işıqda E-nin rəqslərinin baş verə biləcəyi bütün istiqamətlər eyni, E vektorunun rəqslərinin üstün olduğu istiqamət varsa, bu cür işıq qismən polyarlaşmış işıq adlanır. Şəkil 59- də şüa olan müstəvidə E-nin rəqslərinin mümkün halları göstərilmişdir.
a) təbii işıq b) müstəvi polyarlaşmış işıq c) qismən polyarlaşmış işıq Şəkil 59 Təbii kristalda elə istiqamət vardır ki, həmin istiqamət ətrafında firlanmaya nəzərən kristalın xassələrində simmetriklik olur. Bu istiqamət kristalın optik oxu adlanır. Bəzi kristallarda iki optik ox olur. Buna uyğun olaraq kristallar bir optik oxlu (turmalin, islandiya şpatı, kvars və s.) və iki oxlu (slüda, gips və s.) olurlar. Kristalın optik oxu duz xətt deyil, müəyyən müstəvi üzrə fəza istiqamətlidir. Optik oxdan keçən müstəvi, kristalın baş kəsiyi və ya baş müstəvisi adlanır. Kristalı elə kəsmək olar ki, alınan kəsik müstəvi onun baş kəsiyi ilə üst-üstə düşər. Kristalın belə kəsik müstəvisi üzərinə işıq saldıqda, ondan işıq rəqslərinin (və ya amplitudlarının) optik ox istiqamətində olan toplananları keçəcəkdir. Buna görə də rəqsləri optik oxa perpendikulyar olan işıq kristalından keçmir. Turmalin kristalında polyarlaşmış işığın necə alındığını öyrənək. Tutaq ki, səthi baş kəsiyə paralel olan iki turmalin lövhə həm də bir-birınə paralel qoyulmuşdur (şəkil 61).
Şəkil 61
X Y Y Y X X Y Şəkil 60
S C 1 E=
E təbii S E C optik
ox
E 0 E 11 E C 1 1 sin
cos 11
E E E
Birinci lövhə üzərinə təbii işıq düşdükdə, o özündən yalnız optik ox istiqamətində olan rəqsləri və ya rəqslərin optik ox istiqamətindəki komponentlərini buraxacaqdır. Əgər ikinci lövhənin optik oxu birinci lövhənin optik oxuna paraleldirsə, birinci lövhədən keçən rəqslər dəyişmədən ikincidən də keçəcəkdir (şəkil 61). İkinci lövhəni işığın yayılma istiqaməti ətrafında fırlatmaqla lövhənin optik oxu ilə işığın yayılma istiqaməti arasındakı bucağı tədricən kiçiltdikdə, ikinci lövhədən keçən işığın intensivliyi də tədricən zəifləyəcəkdir və nəhayət bu lövhələrin optik oxları bir-birinə perpendikulyar vəziyyət aldıqda, ikinci lövhədən işıq keçməyəcəkdir. Hər iki turmalin lövhə eyni olsa da, birinci lövhə polyarlaşdırıcı rolunu oynadığı halda, ikinci lövhə işığın polyarlaşma dərəcəsini və həm də onun amplitudunun istiqamətini müəyyən edir. Ona görə də ikinci lövhə analizator adlanır. Polyarlaşdırıcıdan keçən işığın intensivliyini təyin edək. Şəkildən göründüyü kimi, təbii işıq rəqslərindən hər birinin amplitudunun birinci turmalin kristalından keçən toplananı E 0 =E təbii ·cos
-yə bərabərdir. Polyarlaşdırıcıdan çıxan işığın inten- sivliyi, onun üzərinə düşən təbii işığın intensivliyinin yarısına bərabərdir.
0 =1/2I təbii Birinci və ikinci turmalin kristallarından çıxan işığın intensivliklərini uyğun olaraq I 0 və I ilə işarə etsək, təcrübə I =I 0 cos 2 olduğunu göstərir. Deməli, analizatordan keçən işığın intensivliyi analizatorla polyarizatorun bas kəsik müstəviləri arasında əmələ gələn bucağın kosinusunun kvadratı ilə düz mütənasib olaraq dəyişir. Bu Malyus qanunudur. Sonuncu düsturdan göründüyü kimi, kristalın oxları paralel olduqda ( =0°) ekranda intensivlik maksimum, perpendikulyar olduqda ( = 90°) isə sıfır olur. Bu halda analizatordan işıq keçməyəcəkdir. Göründüyü kimi, analizatordan çıxan işığın intensivliyi təbii işığın intensivliyinin yarısından çox olmur. İndi iki turmalin kristalı ilə aparılan təcrübənin nəticəsini izah edək. Turmalin kristalı təbii işığı xətti polyarlaşmış işığa çevirir. Xətti polyarlaşmış işıqda elektrik vektorunun yerləşdiyi müstəvi rəqs
turmalin kristalı onun üzərinə düşən təbii işıqdan yalnız elektrik vektoru onun özü istiqamətində rəqs edən hissəni buraxır ki, buna uyğun amplitudunu E 0 ilə işarə etsək, birinci kristaldan çıxan işığın intensivliyi I 0 = 2 0
vektorunun birinci kristalın oxu ilə bucağı təşkil etdiyindən, ikinci kristaldan çıxan işıq rəqsinin amplitudu E=E 0 cos və ona uyğun intensivlik:
2 0 2 2 0 2 cos cos I cE cE I . olar. İntensivliyin bucaqdan bu cür asılılığı 1810-cu ildə Malyus tərəfindən müəyyən olunmuşdur. Bu səbəbdən həmin düstur Malyus düsturu adlanır. Malyus düsturu Apaqo tərə- findən aparılan dəqiq fotometrik ölçülərlə təsdiq olunmusdur. 22. İşığın polyarlaşma üsulları Təbii işıq iki dielektrik mühitlərin sərhədinə düşdükdə qayıdan (əksolan) və sınan şüalar qismən polyarlaşmış olur. Əgər düşmə bucağı (i) 1 2 n n n tgi=n (5.1) şərtini ödəyirsə, onda qayıdan şüa düşmə müstəvisinə perpendi- kulyar olan müstəvidə rəqslər tam polyarlaşır. Qismən polyar- laşmış sınan şüada İsə düşmə müstəvisinə paralel olan müstəvidə
b
b 90
n 2 n 1 rəqslər üstünlük təşkil edir (5.1) münasibəti Bruster qanunu, i b – bucağı isə tam polyarlaşma bucağı olub, Bruster bucaq adlanır. Qayıdan şüanın polyarlaşması effekti kosmosdan dəniz səthi üzərində neft təbəqəsini aşkar etmək üçün istifadə olunur. Optik anizatrop mühitdən keçdikdə işığın polyarlaşması böyük praktiki əhəmiyyətə malikdir. Optik anizatropluq dedikdə mühitin optik xassələrinin istiqamətindən asılılığı nəzərdə tutulur. Şəffaf kristalın çoxu (island şpatı, turmalin, kvars və s.) optik analizatordur. Bu cür mühitlərdə işıq sürəti və deməli, sındırma əmsalı müxtəlif istiqamətlərdə eyni olmadığından, onlarda qoşa şüasınma hadisəsi bas verir. İşıq iki şüaya ayrılmış olur. Sınan şüalardan birinin (O şüası) istiqaməti sınma qanunlarına uyğundur. Bu şüa adi şüa adlanır, e şüasının istiqaməti məlum sınma qanunlarına uyğun gəlmir və bu şüa qeyri-adi şüa adlanır. e-Şüası üçün sındırma əmsalı kristalda istiqamətindən asılı olduğu halda (n e ), o-şüası üçün n 0 asılı deyil. O və e şüalarının sürətlərinin üst-üstə düşdüyü istiqamət kristalın optik oxu adlanır, bu ox boyunca şüanın ayrılması baş vermir. n 0 >n e olduqda kristal mənfi, n 0
e
olduqda isə musbət kristal adlanır. Polyarlaşma müstəvisinin firlanma istiqamətindən asılı olaraq optik aktiv maddələr sağa və sola fırladan olmaqla iki yerə ayrılır. Şüaya qarşı baxdıqda sağa fırladan maddelərdə polyarlaşma müstəvisi saat əqrəbi istiqamətində, sola firladanlarda isə saat əqrəbinin hərəkətinin əksi istiqamətdə dönəcəkdir. Beləliklə, şüan yayılma istiqaməti və firlanma istiqaməti sağa fırladan maddələrdə sol vint, sola fırladan maddələrdə isə sağ vint sistemi əmələ gətirir. Fırlanma istiqaməti (şüaya nisbətən) optik mühitdə şüanın istiqa- mətindən asılı deyil, buna görə də məsələn, kvars kristalının optik oxu boyunca ondan keçmiş şüanın, güzgü ilə əks etdirib, onu yenidən kristaldan əks istiqamətə köçürməyə məcbur etsək onda, polyarlaşma müstəvisinin ilkin vəziyyəti bərpa olunacaqdır. Polyarlaşma müstəvisinin firlanmasını izah etmək üçün Frenel optik aktiv mühitlərdə çevrə boyunca sağa və sola polyarlaşmış işığın eyni sürətlə yayılmaması fərziyyəsini irəli sürür. Hər iki şüa (o və e) qarşılıqlı perpendikulyar müstəvilərdə polyarlaşmış olur. Əgər kristal şüa udmursa, onun intensivliyi bu iki şüa arasında bərabər bölünmüş olur. İkiqat (qoşa) sındıran kristallar o- və e-şüalarını müxtəlif cür udurlar. Bu hadisə dixroizm adlanır (kristallar–dixroik). Bu kristallar işıq polyarizatorları kimi istifadə oluna bilərlər (məsələn, turmalin). Geniş yayılmış və ucuz təbəqəli polyarizatorların (polyaroid) təsiri herapatit maddəsinin dixroizminə əsaslan- mışdır və artıq 0.1 mm qalınlığında həmin təbəqə o-şüanı udur. Yüklə 1,74 Mb. Dostları ilə paylaş:
|