Дифракция мен дисперсия.

Жарық дифракциясы. Дифракциялық тор Жарық дифракциясы деп жарық толқындарының өзiнiң алдында кездескен кедергiлердi орап өту қабiлетiн айтады. Дифракция құбылысы жарықтың толқындық қасиетiнiң айқын дәлелi болып табылады. Бұл құбылыс геометриялық оптика заңдылықтарының қай кезде бұзылатындығына нұсқайды.

Дифракцияның сандық теориясы, яғни бұл құбылыстың әсерiнен экрандағы жарық интенсивтiлiгiнiң өзгерiп таралуын түсiндiру Гюйгенс-Френель принципiне негiзделген. Бұл принцип былай дейдi :

1. Жарық толқындары келiп жеткен беттiң әрбiр нүктесi өз кезегiнде жаңа толқын көздерi болып табылады

2. Бұл жаңа толқын көздерi бiр-бiрiне когеренттi. Ал кеңiстiктiң кез-келген нүктесiндегi жарықтың интенсивтiлiгi осы когеренттi жаңа көздерден тараған толқындардың интерференциясының салдары болып табылады.

1–сурет. Дифракциялықтор.

Гюйгенс-Френельпринципi дифракциялықбейнелерменқатаржарықтыңтүзусызықбойыментаралусебебiндетүсiндiредi.

Жарықдифракциясыныңбiржарқынмысалыоныңтаржолақсаңлауарқылыөткенкездегi дифракциясы. Бiрақ, бұлжағдайдағыдифракциялықсуреттiңсолғындауболуыонынақтылымақсаттардақолданудақиындықтартуғызады. Мұндайкемшiлiктердифракциялықтордепаталатынқондырғыдажоқ.

Дифракциялықтордепбiр-бiрiнежақын, әрi параллельорналасқантаржолақсаңлауларжүйесiнентұратынспектральдыққұралдыайтады(1 – сурет ). Мұндағы a - күңгiртжолақтыңенi, b – саңлаудыңенi, ал d=a+b – дифракциялықтордыңтұрақтысыдепаталады.

2–сурет. Дифракциялық максимум.

Қазiргi кезде қолданылатын дифракциялық торлардың бiр миллиметрiне 2000–ғадейiнсаңлауларсалынады. Гюйгенс-Френель принципiне сәйкес мұндайәрбiр саңлау өз кезегiнде жаңа когеренттi толқынкөздерi болып табыладыда бұл көзден туындылаған толқындар бiр-бiрiмен интерференцияланады. Егерд ифракциялық торға перпендикуляр бағытта параллель жарық сәулелерi түсетiн болса, онда линзаның фокальдық жазықтығын да орналасқан экранда қандай дабiрφ бұрышымен дифракциялық максимум дарбайқалады. 2-суреттен көрiнiп тұрғанындай бұл максимумдар мын адай шарттардық анағат тандырады

d sinφ = n λ

(1)

3– сурет.

мұндағы n=0, 1, 2, … - бас максимумдар ретi деп аталады.

Дифракциялық торлар жарықты спектрлерге жiктеу үшiн, сонымен қатар жарықтың белгiсiз толқын ұзындығын анықтау үшiн де қолдаылады. Нақтылы зерттеулерде бiр өлшемдi торлармен қатар екi өлшемдi торлар да жиi қолданылады. Екi өлшемдi торлар деп жолақтарын бiр-бiрiне перпендикуляр орналастырып, беттестiрген екi жәй тордан тұратын жүйенi айтады. Мұндай жүйеден өткен жарық 3 – суреттегiдей болып дифракцияланады.

Ақ жарық шыны призмадан өткен кезде бiрнеше түске жiктелетiнiн алғаш рет И.Ньютон бақылап, зерттеген болатын. Мұндай монохроматты ( бiр түстi, мысалы, қызыл, көк, күлгiн т.с.с. ) жарық одан әрi басқа түстерге жiктелмейдi. Ал ендi осылай ақ жарықтың монохроматты жарықтарға жiктелуiнiң себебi неде ? Ол мынада. Жарық дегенiмiз – электромагниттiк толқындар. Әртүрлi түстегi жарықтар бiр-бiрiнен толқын ұзындығының, немесе онымен байланысты жиiлiгiнiң әртүрлi болуымен өзгешеленедi. Ал жарықтың шыны призмадан өткенде әртүрлi түске жiктелуiнiң себебi қандай да бiр ортадағы жарық жылдамдығының ( немесе онымен байланысқан сыну көрсеткiшiнiң ) жарық жиiлiгiнен тәуелдiлiгiмен байланысты. Сыну көрсеткiшiнiң жарық жиiлiгiнен осындай тәуелдiлiгiн дисперсия құбылысы деп атайды (4 - сурет). Бұл құбылысты түсiндiруге Максвеллдiң электромагниттiк теориясын қолдану оң нәтиже бермедi.

4- сурет. Дисперсия.

Себебi бұлжердегi мәселе тек электромагниттiк толқынның қасиетiнде ғана емес, сонымен қатар ол толқындардың затпен әсерлесу сипаты мен дебайланысты болатын.

Дисперсия құбылысын ХIХ ғасырдың аяғында қалыптасқан Г.Лоренцтiң классикалық электрондық теориясы ғана түсiндiрiп береалды. Бұл теорияның түсiндiруi бойыншажарықтың дисперсиясы зат атомдарындағы электрондардың электромагниттiк өрiспен әсерлесуiнiң нәтижесiнде туындылайтын ерiксiз тербелiсiнiң нәтижесi болып табылады. Осытеорияның негiзiнде табылған дисперсия заңы (сыну көрсеткiшiнiң жиiлiктен тәуелдiлiгi) мынадай:

(2)

5–сурет. Тәуелділік сызбасы.

мұндағы N – молекулалар концентрациясы, e – элементар заряд, m – электронның массасы, ε₀ – электр тұрақтысы, ω₀ – электронның өзiндiк жиiлiгi, ω – сыртқы электромагниттiк өрiстiң жиiлiгi. Бұл тәуелдiлiк тiңсызбасы 5 – сурет текелтiрiлген. Мұндағы үзiк сызық ( 2 ) өрнегi мен есептелген дисперсияның теориялық тәуелдiлiгiне, алтұтассызық тәжiрибенiң нәтижесi несәйкес келедi. Бұлсуреттегi жиiлiкартқан кездегiсыну көрсеткiшi деартатын, өзiндiк жиiлiктiң мәнiнентыс қарыжатқан ab және cd аймағыдұрыс дисперсия депаталады. Ал өзiндiк жиiлiктiң маңында жатқан bc аймағында, керiсiнше, жиiлiк артқан кезде сыну көрсеткiшi кемидi. Бұланомальдi дисперсияаймағы. Тәжiрибе бұл аймақ тажарықзатқа қатты жұтылатындығын көрсетедi. Бұл оның резонанстық ұбылыстармен терең байланыста екендiгiнiң дәлелi.

Шығару және жұтылу спектрлерi. Спектр түрлерi. Спектр аппараты.

Интерференция, дифракция және дисперсия тәрiздi құбылыстар кезiнде ақжарықтың бiрнеше түскежiктелетiнi тәжiрибеден белгiлi. Дисперсия құбылысын пайдалана отырып, Ньютонның ақжарық тыжiктегенiн бiлемiз. Тәжiрибе жалпы спектрлердi мынадай бiрнеше топқа бөлуге болатынын көреттi : тұтасспектр, сызықтық сектржiнежолақты спектрлер.

Тұтасспектрдi қаттыдене, сұйық және сығылғангазды жоғарғы температураға дейiн қыздырған кезде бередi. Тұтас спектр шартты түрдежетi түскебөлiнедi : қызыл, оранж, сары, жасыл, көгiлдiр, көкжәнекүлгiн. Бұл түстердi ңарасында айқынше каражоқ. Бiр түсекiншi түскебiрте-бiртеөтедi. Спектрдiң тұтас болуы оның құрамында барлық толқын ұзындығында ғыжарықтың барекенiн көрсетедi. Бұл ай болуының басты себебi жарықшығарып тұрғанатомдар бiр бiрiмен күштi байланыста. Осыкүштi байланыстың салдарынан әрбiр атом шығарған монохромат тыжарықтарұйытқып, бiр-бiрiмен тұтасыпкетедi.

Сиретiлгенгазды жоғарғы температураға дейiн қыздырып, спектроскоп арқылық арасақ жiңiшке сызықтардан тұратын спектрдi байқаймыз. Мұндай сызықтық спектрдiң байқалуы жарық шығарып тұрған затосысызықтарға сәйке скелетiн жиiлiктегi ғана жарықты шығарып тұрғанының дәлелi. Бұл спектрлердi газдың же келеген атомдары шығарады. Газ жақсы сиретiлген болғандық таноаның атомдары бiр-бiрiмен әсерлеспейдi деседе болады. Ал мұндай сызықтық спектрдiң болуы және бұл сызықтарға сәйкескелетiн жиiлiктiң мәнi Бордың теориясынан анықталады.

Егер жарықшығарып тұрған газдың тығыздығын бiрте-бiртеарт тыратын болсақ, онда спектр сызықтарыныңенi бiрте-бiртеартып, тұтасыпкетедi.

Тағы бiр бай қалатын спектрдiң түрi жолақ спектрлер. Олар аралары бiр бiрiнен бөлiнгененiе дәуiр үлкен жолақтардан тұрады. Ажыратқыштыққабiлетi жоғары спектроскоптың көмегiмен жеке жолақтарды бажайлап қарайтын болсақ, олардың өте тығыз орналасқан жеке сызықтардың жиынтығы екенiне көзжеткiзуге болады. Сызықтық спектрлердi жеке атомдар беретiн болса, жолақ спектрлердi бiр-бiрiмен байланыспаған немесе әлсiз байланысқан молекулалар туғызады.

Сызықтық спектр оны шығарып тұрған атомның құрлысымен тiкелей байланысты. Ал әрбiр заттың атомы бiр-бiрiнен ерекше, ол ай болса әрбiр заттың беретiн спектрiде ерекше. Бұл белгiсiз заттың спектрiн зерттей отырып, оның химиялық құрамын анықтауға мүмкiндiк бередi. Бұләдiстi пектрлiксараптау деп атайды