Çalışmanın amacı: kırınım olgusunun incelenmesi ve ışığın dalga boyunun belirlenmesi.
Teorik bilgiler.
Dalga kırınımı, dalgalar oldukça homojen olmayan bir ortamda yayıldığında dalga cephesinin bozulması olgusudur. Özellikle kırınım, dalgaların geometrik bir gölge bölgesine girmesi, engellerin etrafında bükülmesi ve dalgaların atomlar tarafından saçılmasıdır. kristal kafes, Ve bütün bir seri diğer fenomenler. Kırınım sırasında, saçılmış dalgaların bir üst üste binmesi zorunlu olarak meydana gelir ve kural olarak, dalga enerjisinin uzayda yeniden dağıtılması meydana gelir, yani. kırınım girişimden ayrılamaz.
Kırınım deseni kullanılarak hesaplanabilir Huygens-Fresnel ilkesi: Dalga cephesinin her noktası, ikincil dalgaların kaynağıdır; bu dalgaların zarfı, daha sonraki herhangi bir zamanda dalga cephesinin konumunu verir ve sonuçta ortaya çıkan salınım Dalga cephesinin önündeki herhangi bir noktada, dalga cephesinin tüm noktalarından gelen salınımların bir üst üste binmesi vardır.
Örneğin, bir düzlem dalganın bir yarıktan kırınımı sırasında (Şekil 1), dalga her yöne farklı yoğunluklarda saçılır; mercek, paralel ikincil dalgaları, merceğin odak düzleminde bulunan ekran üzerinde müdahale ettikleri bir noktaya toplar. Fresnel bölgesi yöntemini kullanarak, koşulu sağlayan yönlerde gösterilebilir. 
(1)
m = 1, 2, 3,.... olduğunda ışık yoğunluğu minimum olacaktır.
Eğer tek bir yarık değil de N varsa, o zaman her yarıkta dalga benzer şekilde kırılır ve kırınım modeli N adet tutarlı ışının girişiminin sonucudur.
Her biri a genişliğinde N paralel yarıkların kesildiği bir ekrana normal olarak bir düzlem dalganın geldiğini varsayalım. Yuvalar arasındaki mesafe B. Büyüklük 
yapı dönemi denir.
Şekil 2'den görülebileceği gibi, iki bitişik ışın arasındaki yol farkı 
(2)
burada kırınım açısıdır. Ekranın tüm N ışınlarının aynı fazda geldiği noktalarda karşılıklı olarak yoğunlaşacaklar ve bu yerlerde ana aydınlatma maksimumları olarak adlandırılan değerler gözlemlenecektir. Bu nedenle, ana maksimum, yol farkının tam sayıda dalga boyuna eşit olduğu kırınım açılarına karşılık gelecektir;
, (3)
Nerede M = 0, 1, 2, 3,....
Ana maksimumdaki salınımların genliği N kat olacak ve yoğunluk (aydınlatma) N, bir yarıktan 2 kat daha büyük olacaktır.
Şekil 2'de gösterilen küçük yan maksimumlar, ana olanlardan 20 kat daha düşük bir yoğunluğa sahiptir ve bu nedenle ilgi çekici değildir. Unutulmamalıdır ki formül (1) ile belirlenen yönlerde tek bir yarık bile ışık göndermez ve dolayısıyla yarıklar sistemi de göndermez. Ancak bu kırınım minimumlarına ek olarak, yan maksimumlara göre ayrılmış birçok başkaları da gözlemlenecektir, ancak bunlar da önemli bir öneme sahip değildir. N>100'de kırınım deseni aslında karanlık boşluklarla ayrılmış ana maksimumlar olan dar ışık bantlarından oluşur. Monokromatik ışığın bir sistemi aydınlatırken yoğunluk dağılımı büyük miktar Boşluklar niteliksel olarak Şekil 3'te gösterilmektedir.
Üzerine çizgiler basılmış cam veya metal plakadan oluşan ve yukarıda açıklanan prensibe göre çalışan spektral cihaza denir. kırınım ızgarası.
Formül (3)'e kırınım ızgarası formülü denir. Izgara beyaz veya monokromatik olmayan herhangi bir ışıkla aydınlatıldığında bir spektruma ayrışır çünkü Her dalga boyu ekrandaki maksimumun belirli bir konumuna karşılık gelir. Örneğin ızgara beyaz ışıkla aydınlatıldığında gözlenen kırınım deseni Şekil 4'te gösterilen forma sahiptir.
En iyi modern ızgaralar milimetre başına 1200 çizgiye sahiptir; 
µm, en toplam sayı yuvalar (konturlar) N=200000. Böyle bir kafesin uzunluğu 20 cm'dir ve uzunluğu görünür spektrum yaklaşık 70 cm ve sadece birinci derece gözleniyor.
Kırınım ızgaraları spektrumları incelemek için kullanılır.
Kurulum şeması
sen 
Kırınım desenini gözlemlemek için kullanılan düzenek, üzerine bir kırınım ızgarasının monte edildiği ahşap bir çubuktan oluşur. Dar yuvalı bir kalkan ve milimetre ölçekli bir cetvel ray boyunca hareket eder. Lensin rolü göz XP'nin lensi tarafından gerçekleştirilir. Boşluğun görüntüsü SG gözünün retinasında oluşur ve milimetrik ölçekte arka planda gözlenir. Göz küresinin boyutları ve gözlerden ızgaraya olan mesafe, yarıktan ızgaraya olan mesafe L ile karşılaştırıldığında ihmal edilebilir. Yarık, bir elektrik ampulü L tarafından aydınlatılır. kırınım ızgarası, ardından beyaz ışıktaki yarığın merkezi C görüntüsüne ek olarak her iki tarafta da simetrik gökkuşağı RI görüntüleri (spektrumları) görülebilir. Kırınım açısı, kırınım maksimumunun milimetre ölçeğindeki konumuyla belirlenir.
İtibaren geometrik yapılar bu açık 
,
Nerede
ben –
yarığın merkezi görüntüsünden (m = 0) yan görüntülerden birine olan mesafe; L, ızgaradan yuvaya olan mesafedir. Bunu göz önünde bulundurarak 
küçük kırınım açıları için şunu elde ederiz:
(4)
Formül (3) ve (4)'ü kullanarak, tüm miktarların kurulumda kolayca ölçüldüğü λ dalga boyunu hesaplamak için bir ifade elde ederiz: 
(5)
İş emri
1. Üniteyi ağa bağlayın.
2. Gözünüz kırınım ızgarasına yakın olacak şekilde, kalkandaki yarığın her iki tarafını da görebilmeniz için cihazı ışık kaynağına doğrultun. kırınım spektrumları 1. ve 2. siparişler.
3. Kalkandan kırınım ızgarasına kadar L mesafesini ölçün.
4. Mesafeyi ölçün ben– merkezi maksimumun ortasından birinci derece maksimumun ortasına kadar mavi.
5. Formül (5)'i kullanarak mavi ışığın dalga boyunu hesaplayın.
6. Mavinin ikinci sırası için deneyi gerçekleştirin. Elde edilen verileri tabloya girin.
7. Öğretmenin talimatına göre sarı, yeşil ve kırmızı renkler için benzer ölçümler yapın.
8. Ortalamadan sapmayı hesaplayın 
ve masaya koy.
l cM | <>, nm | ||||
Test soruları.
1. Kırınım nedir? hangisinde spesifik fenomenler ortaya çıkıyor mu?
2. Huygens-Fresnel ilkesi nasıl formüle edilmiştir?
3. Ana maksimumlar nelerdir? Nasıl ortaya çıkıyorlar?
4. Kırınım minimumları nelerdir? Onların doğası nedir?
5. N yarık sayısı arttıkça kırınım desenine ne olur? (Grafiksel olarak açıklayınız).
6. Kırınım ızgarası nedir? Nasıl yapılır?
7. Ana maksimumların formülü (kırınım ızgarası formülü) nasıl yazılır ve açıklanır?
8. Izgara beyaz ışıkla, yani cıvalı lambanın ışığıyla aydınlatıldığında ekranda nasıl bir resim görülüyor?
9. Kırınım spektrumları hangi m mertebesinden başlayarak örtüşmektedir? görünür ışık?
10. Kırınım deseninin oluşumunda teleskop merceğinin rolü nedir? Lens göz ile değiştirilebilir mi?
11. Kırınım desenini gözlemlemek için ekran teleskop merceğinden ne kadar uzağa kurulmalıdır?
12. Kırınım bilim ve teknolojide ne işe yarar?
13. Beyaz ışıkla aydınlatıldığında kırınım deseninin merkezinde beyaz bir şerit görünümünü açıklayın.
14. Kırınım spektrumundaki renklerin sırası nasıldır?
Edebiyat.
1. Savelyev I.V. Fizik dersi. T.2 - M., Nauka, 1989. Par. 90,91,93,94.
2.Butikov E.I. Optik. -M.5 Yüksek Lisans, 1986. Par. 6.1, 6.3,6.5.
33 numaralı laboratuvar çalışması
1. Huygens-Fresnel ilkesi nedir?
2. Hangi dalgalara tutarlı denir?
3. Işığın kırınımına ne denir? Bu olgu nasıl açıklanıyor?
4. Kırınım spektrumundaki renklerin sırası nedir? Sıfır maksimumun rengi nedir?
5. Aynı sayıda yarığa sahip ancak farklı sabitlere sahip ızgaralar ile aynı sabitlere sahip ancak farklı sabitlere sahip ızgaralar tarafından üretilen kırınım spektrumları arasındaki fark nedir? değişen miktarlarçatlaklar?
6. Kırınım ızgarasının etkisi suya konursa nasıl değişir?
7. Yarıktan geçen ışınlardan ekrandaki bir yarıktan kırınım spektrumunun oluşması nasıl açıklanır? Ekranın ortasındaki yoğunluk dağılımını ne belirler?
8. Tek boyutlu kırınım ızgarası. Ekranda kırınım deseninin oluşumu nasıl açıklanır? Yoğunluk maksimumları hangi noktalarda, hangi minimumlarda gözlenir ve neden?
9. Bir ızgara tek renkli ışık ve beyaz ışıkla aydınlatıldığında kırınım desenleri nasıl farklılık gösterir? Bu fenomenleri nasıl açıklayabiliriz?
10. Işık girişimi nedir? Bu olay bir yarık veya ızgara üzerindeki kırınım spektrumunun oluşumunda rol oynuyor mu?
11. Beyaz ışık normalde 1 mm'de 100 yarık içeren tek boyutlu bir kırınım ızgarasına düşer. Işık yoğunluğu ekrana nasıl dağıtılacak? Ekranda iki ana yüksek seviye arasında kaç tane ek düşük seviye daha var? Büyük maksimumların ve büyük minimumların oluşmasının koşulları nelerdir?
12. Beyaz ışık normal olarak bir kırınım ızgarasının üzerine düşer. ince mercek daha büyük çap. Işık bir mercekten ve kırınım ızgarasından geçtiğinde ekranda oluşan desenler nasıl açıklanır?
13. Görünür ışığın dalga boyları nelerdir? Dağılmaya maruz kalıyorlar mı?
14. Kırınım spektrumu bantlarının genişliği neye bağlıdır? Yarık genişliği dalga boyu l'den çok daha büyükse ekranda ne gözlenir? Bu olgu nasıl açıklanıyor?
15. Bir kırınım ızgarasının doğrusal ve açısal dağılımı nedir?
16. Kırınım ızgarasının çözme gücü nedir?
17. İki tane için elde edilen kırınım desenlerine bir örnek verin spektral çizgilerçözünürlük ve doğrusal dağılım açısından farklılık gösteren ızgaralar kullanarak.
4 numaralı laboratuvar çalışması
Bir fotoselin akım-gerilim özelliklerinin incelenmesi
4.1. Çalışmanın amaç ve hedefleri
İşin hedefleri:
– Öğrencileri hukuk eğitimiyle tanıştırmak harici fotoelektrik etki.
İşin hedefleri:
– Bir fotoselin akım-gerilim özelliklerinin incelenmesi.
– Ölçüm hatasının belirlenmesi.
4.2. Teorik kısım
4.2.1. Fotoğraf efekti
Çeşitli fiziksel ve fiziksel özelliklerin ölçülmesi, izlenmesi ve düzenlenmesi için çok sayıda modern endüstriyel ve laboratuvar kurulumu teknolojik süreçlerışığa duyarlı elemanların - fotosellerin kullanımına dayanmaktadır.
Fotosellerde kullanılır elektriksel olaylar yüzeylerine düşen ışığın etkisi altında metallerde ve yarı iletkenlerde ortaya çıkar. Bu fenomene fotoelektrik etki denir ve iletkenin içinde bulunan elektronların ek enerji alması gerçeğinden oluşur. ışık akısı.
Şu anda üç tür fotoelektrik etki bilinmektedir:
1. Dış fotoelektrik etki, metallerin yüzeyinden fotoelektron emisyonudur.
2. Değiştirmeyi içeren dahili fotoğraf efekti elektrik direnciışığın etkisi altındaki bazı yarı iletkenler.
3. Valf fotoelektrik etkisi, bunun sonucunda farklı elektriksel iletkenlik özelliklerine sahip iki maddenin katmanları arasında potansiyel bir fark ortaya çıkar.
Yukarıda belirtilen üç foto efekt tipine göre, üç tip fotosel ayırt edilir: harici foto efektli fotoseller, dahili foto efektli foto dirençler ve valf fotoselleri.
1890'da dış fotoelektrik etki için üç yasa formüle edildi:
1. Gelen ışığın sabit bir frekansında, birim zaman başına fotokatot tarafından yayılan fotoelektronların sayısı ışık yoğunluğuyla orantılıdır (doygunluk fotoakımının gücü, katodun ışınımıyla orantılıdır).
2. Maksimum başlangıç hızı(maksimum başlangıç kinetik enerji) fotoelektronlar gelen ışığın yoğunluğuna bağlı değildir, yalnızca frekansı n ile belirlenir.
3. Her madde için fotoelektrik etkinin kırmızı bir sınırı vardır (bağlı olarak) kimyasal doğa madde ve yüzeyinin durumu), altında fotoelektrik etkinin mümkün olmadığı minimum ışık frekansıdır.
Fotoelektrik etkinin mekanizmasını açıklamak için Einstein, n frekansına sahip ışığın yalnızca bireysel kuantumlar tarafından yayılmadığını (Planck'ın hipotezine göre), aynı zamanda uzayda yayıldığını ve bireysel kısımlardaki (kuantum) madde tarafından emildiğini öne sürdü. hangisi.
Kuantum elektromanyetik radyasyonışık hızında hareket eden İle boşlukta bulunanlara foton denir.
Gelen fotonun enerjisi, metalden ayrılma işini yapan elektrona ve yayılan elektrona kinetik enerji kazandırmaya harcanır.
Einstein'ın dış fotoelektrik etki denklemi:
.
Bu denklem fotoelektronların kinetik enerjisinin gelen ışığın frekansına bağımlılığını açıklar. Fotoelektronların kinetik enerjisinin sıfır olduğu sınırlayıcı frekans (veya dalga boyu), fotoelektrik etkinin kırmızı sınırıdır.
Fotoelektrik etki için Einstein denklemini yazmanın başka bir biçimi daha vardır:
.
4.2.2. Harici foto efektli fotoseller
Harici fotoelektrik etkiye sahip bir fotosel, üzerine gelen ışık akısının etkisi altında katottan elektron emisyonunun meydana geldiği bir diyottur.
Fotosel yapısı Şekil 2'de gösterilmektedir. 10. Hermetik olarak kapatılmış bir cam kapta iki elektrot vardır - katot 1 ve anot 2. Fotokatot, ışığa duyarlı bir malzemenin uygulanmasıyla yapılır. iç yüzey fotoselin cam ampulü, ışığa duyarlı katman ampulün iç kısmına bakacak şekilde. Sezyum çoğunlukla ışığa duyarlı bir malzeme olarak kullanılır. Fotoselin anodu, tabandaki bir ayağa monte edilen küçük bir halka (veya ızgara) şeklinde yapılır. Bu şekliyle anot, ışık ışınlarının katoda ulaşmasını engellemez.
Harici fotoelektrik efektli fotoseller vakumlu ve gazlı olmak üzere iki tipte üretilmektedir. Vakumlu fotosellerde hava derin bir vakuma pompalanır. Gazla doldurulmuş olanlar için, hava dışarı pompalandıktan sonra şişe doldurulur. inert gaz(argon, helyum) 0,01 - 1 mm civarında bir basınca kadar. rt. Sanat.
Fotoakım gücünün aydınlatmaya ve elektrotlardaki voltaja bağımlılığını incelemek için, Şekil 2'de gösterilen bir devre monte edilmiştir. 11. Fotosel sunuma uygun bir biçimde gösterilmektedir. Katotun aydınlatması fotosel ile arasındaki mesafenin değişmesiyle değişir. Işık kaynağının mesafesi arttıkça aydınlatma kanuna göre değişir:
Nerede J– kaynağın ışık şiddeti, R– ışık kaynağı ile fotosel arasındaki mesafe.
Kaynağa yaklaştıkça aydınlatma kanuna göre artar:
nerede farklı anlamlar aydınlatmanın çokluğu e, 2e, 3e, ... ışık kaynağı ile fotosel arasındaki mesafe şuna eşit olacaktır: 
….
|
Pirinç. 11. Kurulum şeması |
4.3. Cihazlar veaksesuarlar:
– Laboratuvar cihazı – 1 adet.
– Teller – 2 adet.
– Güç kaynağı – 1 adet.
4.4. İş emri
1. Güç kaynağını cihaza bağlayın. Anahtarları kullanarak güç kaynağını, cihazı ve fotoseli açın.
2. Işık kaynağını belli bir mesafeye yerleştirin R bir fotoselden.
3. Gerilimi 1 V aralıklarla 0 V'tan 7 V'a değiştirerek fotoakım gücünü ölçün.
4. Işık kaynağından fotosele kadar olan mesafeler için 3. adımı tekrarlayın, https://pandia.ru/text/78/242/images/image069_4.gif" width="17" height="53 src="> Sonuç ölçümleri tablo 7'ye girilmelidir.
5. Tablodaki sayısal verileri kullanarak, farklı aydınlatma seviyelerinde fotoakım gücünün voltaja bağımlılığını bir grafik üzerine çizin.
Tablo 7. Fotoselin akım-gerilim özellikleri
BEN, µA | ||||||||||
4.5. Güvenlik soruları
1. Harici foto efektli fotosel nasıl çalışır?
2. Fotoelektrik etkinin yasalarını formüle edin.
3. Fotoselin doyum akımına ne denir?
4. Fotoelektrik etki gelen ışığın hangi frekansında gözlemlenir? Fotoelektrik etkinin kırmızı sınırı nedir?
5. Fotoselin kontaklarında aynı voltajda fotoaydınlatma arttıkça fotoakım neden artıyor?
6. Işık kaynağına yaklaştıkça fotoselin aydınlığı hangi yasaya göre artar?
7. Fotoselin kontaklarındaki voltaj sabit aydınlatmayla arttığında fotoakımın artması nasıl açıklanır?
8. Dış fotoelektrik etkiye sahip bir fotoselin taslağını çizin, elemanlarını adlandırın ve çalışma prensibini açıklayın
9. Fotoselin oluşturulan akım-gerilim karakteristiğine dayanarak doyum bölgesi kavramını açıklayınız.
10. Çıkış akımı fotoselin aydınlatmasına nasıl bağlıdır? Bu bağımlılığı açıklayın.
11. Dış fotoelektrik etkinin yasaları nasıl formüle edilmiştir?
12. Bu çalışmada fotoelektrik etkinin yasaları doğrulandı mı?
13. Einstein'ın dış fotoelektrik etki formülünü yazın ve analiz edin. Einstein'ın formülünün hangi bileşenleri yapılan laboratuvar çalışmaları ile doğrulanmıştır?
14. Hangi voltaja ateşleme voltajı denir, neye bağlıdır?
5 numaralı laboratuvar çalışması
Işığın polarizasyonunun incelenmesi
5.1. Çalışmanın amaç ve hedefleri
İşin hedefleri:
– Öğrencileri ışığın kutuplaşması olgusuyla tanıştırmak.
İşin hedefleri:
– Brewster açısını kullanarak camın kırılma indisini belirleyin.
– Malus yasasının geçerliliğini deneysel olarak doğrulayın.
– Bir İzlanda spar kristalinde çift kırılmayı gözlemlerken desenleri belirleyin.
5.2. Teorik kısım
5.2.1. Işığın polarizasyonu
Bilindiği gibi düz elektromanyetik ışık dalgası eninedir ve karşılıklı dik salınımların yayılımını temsil eder: gerilim vektörü elektrik alanı ve gerilim vektörü manyetik alan(Şekil 12, a)..gif" width="24" height="25 src="> ima edilir.
Dalga yayılma yönüne çapraz bir düzlemde farklı vektör yönlerinin eşit derecede muhtemel olduğu bir ışık ışınına doğal denir. İÇİNDE doğal ışık dalgalanmalar çeşitli yönler hızlı ve rastgele birbirlerini değiştirirler (Şekil 12, b).
Vektör salınımlarının yönlerinin bir şekilde sıralandığı ve belirli bir desene uyduğu ışığa polarize denir..gif" width="20" height="25"> eğer ucu bir daireyi veya elipsi tanımlıyorsa, o zaman ışığa ışık denir buna göre dairesel veya eliptik olarak polarize edilmiştir (Şekil 13, B, V). Doğrusal polarizasyonda, ışın ve vektörü içeren düzleme salınım düzlemi veya dalganın polarizasyon düzlemi denir.
Doğrusal polarize ışık elde etmek için özel optik cihazlar kullanılır - polarizörler. Salınım düzlemi elektrik vektör Polarizörden geçen dalganın içindeki düzleme polarizörün düzlemi denir.
Polarize ışığı incelemek için herhangi bir polarizör, yani bir analizör olarak kullanılabilir. Bu durumda iletilen ışığın titreşim düzlemi analizörün düzlemiyle çakışacaktır. Yoğunluk BEN analizörden geçtikten sonra doğrusal polarize ışık a açısına bağlıdır, bir uçağın oluşturduğu Malus yasasına göre analizör düzlemi ile analizör üzerine gelen ışının salınımları
,
burada https://pandia.ru/text/78/242/images/image070_2.gif" width = "20" height = "25">, geliş düzlemine dik olan çizgiler, geliş düzlemindeki titreşimlerdir. Yansıyan ışının polarizasyon derecesi bağıl kırılma indeksine bağlıdır ve geliş açısından Ben. Bir ışın uçağa düştüğünde MN Brewster açısında yansıyan ışın tamamen polarizedir. Kırılan ışın kısmen polarizedir. Oran
Brewster yasası denir. Yansıyan ışıkta elektrik vektörünün salınım düzlemi, geliş düzlemine diktir (Şekil 14).
Dielektrik plakadan yansıyan ışık kısmen (veya hatta tamamen) polarize olduğundan, iletilen ışık da kısmen polarize olur ve karışık ışık haline gelir. İletilen ışıktaki elektrik vektörünün baskın salınımları, geliş düzleminde meydana gelecektir. İletilen ışığın maksimum fakat tam olmayan polarizasyonu Brewster açısına geldiğinde elde edilir. İletilen ışığın polarizasyon derecesini arttırmak için, gelen ışığa Brewster açısıyla yerleştirilmiş bir cam plaka yığını kullanılır. Bu durumda, her yansıma iletilen titreşimleri zayıflattığı için neredeyse tamamen polarize iletilen ışık elde etmek mümkündür. dik düzlemler bazı açılardan düşüyor.
5.2.3. Bikonveks kristallerde ışığın kırılması
Bazı kristaller çift kırılma özelliğine sahiptir. Böyle bir kristalde kırılan ışık demeti, karşılıklı olarak dik salınım yönlerine sahip iki doğrusal polarize ışına bölünür. Işınlardan birine sıradan denir ve harfle gösterilir. O ikincisi olağanüstüdür ve harfle gösterilir e.
Sıradan bir ışın, olağan kırılma yasasını karşılar ve gelen ışın ve normal ile aynı düzlemde yer alır. Olağanüstü bir ışın için, gelme açısı ve kırılma açısının sinüslerinin oranı, gelme açısı değiştikçe sabit kalmaz. Ek olarak, olağanüstü ışın, kural olarak, geliş düzleminde bulunmaz ve ışından sapar. O normal ışık oluşumunda bile.
Işınlardan birini yana saptırarak düzlem polarize bir ışın elde edebilirsiniz. Örneğin Nicolas polarizasyon prizması bu şekilde oluşturulmuştur (Şekil 15). İzlanda spar kristalinin iki doğal yüzü, yüzler arasındaki açıyı 68°'ye düşürmek için kesildi. Daha sonra kristal düzlem boyunca iki parçaya kesilir. BD yeni yüzlere 90° açıyla. Parlatıldıktan sonra kesilen yüzeyler, koşulu karşılayan kırılma indisine sahip Kanada balzamı ile birbirine yapıştırılır. 
İzlanda'nın kırılma indeksleri sıradan ve olağanüstü ışınlar için yarışıyor.
Sınırlayıcı olandan daha büyük bir açıyla bir düzleme düşmek BD sıradan bir ışın tam olarak geçer iç yansıma spar-balsam sınırında..gif" width = "77 height = 32" height = "32">.gif" width = "76" height = "32 src = ">, aydınlatma miktarını ölçün. Grafik oluşturma 
ve bir sonuç çıkaralım.
https://pandia.ru/text/78/242/images/image089.jpg" width = "406" height = "223 src = ">
Artık kristal plakalı bir slayt yerine 1 No'lu (kiriş) ve 2 No'lu (plaka) modeller takıldı. Modelleri ışık ışınlarının yoluna kurmadan önce, polarizör ve analizör ışık sönmesini tamamlayacak şekilde ayarlanmalıdır (iletim düzlemleri P-P ve A-A diktir). Model 1'i tutucuya sabitleyin (önceden gevşetilmiş sıkıştırma vidasıyla) ve ekranda görüntüsünü alın. Daha sonra modeli bir vidayla sıkın ve ekrandaki görüntüdeki değişiklikleri izleyin. Model No. 2 (tutucuya sabitlenmeyecektir) benzer şekilde bükülme açısından test edilmiştir. Ödev için gerekli çizimleri ve sonuçları çizin.
Görev 3. Çift kırılma olgusunun incelenmesi.
https://pandia.ru/text/78/242/images/image091_0.jpg" width = "414" height = "139 src = ">
Düzlem paralel cam plakayı döner tablanın üzerine yerleştirin. Tablo ölçeğini sıfıra ayarlayın. Tutuculardan birine çıkarılabilir bir yuva takın ve buzlu camı takmak için yuvadaki yayı kullanın.
Şimdi cam plakanın yüzeyinin ışık ışınına dik olmasını sağlamak gerekir (bu durumda ışınların geliş açısı şu şekilde olacaktır: sıfıra eşit). Bunu yapmak için, yarığın yanından yukarıdan bakıp sahneyi (ölçeği değil!) çevirerek yarığın, masanın merkezinin ve yarığın görüntüsünün aynı düz çizgide olmasını sağlamanız gerekir. Daha sonra plakayı (masa değil!) saat yönünde çevirerek, çıkarılabilir bir polaroid kullanarak yansıyan ışığı doğrusal polarizasyon açısından inceleyin (bu durumda göz, masanın merkezi ve yarıktaki görüntü aynı düz çizgi üzerinde olmalıdır) !). Belli bir noktaya gelindiğinde sınır açısı X'ten yansıyan ışık Polaroid tarafından neredeyse tamamen söndürülecektir. Bu açı değerini yazınız. Cam plakayı döner tabladan çıkardıktan sonra kırılma indeksi n'yi belirleyin. Bundan sonra bunu kırılma indisi n ile karşılaştırmanız ve sonuç çıkarmanız gerekir.
Güvenlik soruları
Ne tür ışığa polarize denir?
Malus yasasını türetin ve açıklayın.
Çift kırılma olayı nedir?
Yarım dalga ve çeyrek dalga kayıtları.
Nicolas prizmasının çalışma prensibi.
Doğrusal polarize ışınların girişimi.
Fresnel formüllerini edinin ve analiz edin.
Nasıl gözlemledin iç gerilim gerginlik ve sıkıştırmada katılar? Kendini nasıl gösterdi?
Çift kırılma olgusu nedir, hangi maddelerde vardır, iş yerinde çift kırılmayı nasıl gözlemlediniz?
Polaroidlerin arasına monte edilmiş çok katmanlı film çemberlerinden oluşan bir örneği döndürdüğünüzde ne gözlemlediniz? Gözlemlerinizi açıklayın.
Ayrıca okuyun:
|
Çalışma No. 3. DİFRAKSİYON
Çalışmanın amacı: kırınım desenlerini elde etmeyi öğrenin çeşitli nesneler Uzaklaşan ışınlarda, kırınım deseninden ışığın dalga boyunu belirleyin.
Bilmeniz gereken sorular
iş yapma izni için:
1. Işık kırınımı olgusu nedir?
2. Huygens-Fresnel prensibi.
3. Fresnel bölgesi yöntemi.
4. Yuvarlak bir delikten elde edilen kırınım modelinin türüne göre Fresnel bölgelerinin sayısı nasıl belirlenebilir?
5. Fraunhofer kırınımı ile Fresnel kırınımı arasındaki fark nedir?
6. Dairesel bir ekran ve dairesel bir delikten gelen ıraksak ve paralel ışınların kırınımı.
7. Kırınım spektrumundaki renklerin sırası nedir? Sıfır maksimumun rengi nedir?
8. Bölge plakasına ne denir?
GİRİİŞ
Kırınım, sapma olgusudur ışık huzmesiışığın opak nesnelerin etrafında doğrusal yayılmasından veya bükülmesinden. Kırınımdan sonra, düz yayılımdan sapan ışınlar karşılaşabilir ve birbirleriyle örtüşebilir ve aynı dalgadan elde edildikleri için tutarlıdırlar (ışığın girişimiyle ilgili çalışmaya bakınız) ve bu nedenle bir girişim deseni oluştururlar (alternatif maksimumlar ve radyasyon) minimum). Bu desene "kırınım deseni" denir. Böyle bir resmi analiz etmek için karşılaşılan dalgaların genliklerini ve fazlarını bilmek gerekir.
Iraksak ışınlardaki kırınımı (Fresnel kırınımı) ve paralel ışınlardaki kırınımı (Fraunhofer kırınımı) ele alalım.
Yuvarlak bir delikten ayrılan ışınların kırınımı (Fresnel kırınımı)
Bir noktaya gelen salınımların genlikleri A dalga yüzeyinin farklı kısımlarından (Şekil 1), mesafeye bağlıdır ( B) bu bölümlerin noktasına kadar A, büyüklükleri ve açıları A normal ile arası dalga cephesi ve noktaya doğru yön A. Tüm bölümlerden elde edilen salınım genliğini bulurken, bireysel salınımların aşamalarının, noktaya giden yolları farklı olduğundan çakışmayabileceği gerçeğini de hesaba katmak gerekir. A. Salınımların genliğini bulma genel durum yeterli zor görev. Fresnel, kullanımı bazı basit durumlarda niteliksel olarak doğru bir kırınım modeli sağlayan basit bir yöntem önerdi.
Dalga yolları farklı olduğunda (-dalga boyu), salınımlar antifazda meydana gelir ve birbirini iptal eder. Fresnel dalga cephesini bölgelere ayırmayı önerdi. uç noktalar Antifazda salınımlar üreten bu bölge, dalga cephesindeki küresel yüzeyin bir parçasıdır.
Fresnel bölgeleri inşa ediliyor aşağıdaki gibi. Merkezi bölge(Şekil 1), o noktada salınımların faz farkı olan tüm noktaları içerir. A aşmaz P(noktaya olan mesafe A daha fazla yok B 1 = , burada B– dalga cephesinden noktaya kadar olan en kısa mesafe A). Bitişik ikinci bölge (strok farkıyla) temsil eder halka alanı bir yandan noktalar arasına alınmış bir küre üzerinde ve 
, diğer tarafta. Açıkçası, aşağıdaki bölgeler de dairesel olacak ve dışarıdan aşağıdaki noktalarla sınırlandırılacaktır: k– bölge numarası. Tüm bölgelerin alanlarının yaklaşık olarak eşit olduğu ve yarıçapın k bölge eşittir
. (1)
Bir noktada tüm Fresnel bölgelerinden elde edilen salınım genliğinin hesaplanması A bir vektör diyagramı üzerinde üretilmesi uygundur. Bunu yapmak için her Fresnel bölgesini zihinsel olarak büyük sayı eşit alana sahip eşmerkezli alt bölgeler. Daha sonra tüm alt bölgenin salınımlarının genliği, aralarında küçük bir faz kayması olan temel vektörlerin toplamı olarak temsil edilebilir; DJ ve aşırı temel vektörler faz olarak bir açıyla kaydırılacaktır P, yani yönlendirilmiş zıt taraflar. Bölgenin tüm temel vektörleri birlikte bir yarım daire oluşturur ve sonuçta ortaya çıkan salınım genliği e Bir bölgeden 1, tüm vektörlerin toplanmasıyla bulunabilir, yani. temel vektörler zincirinin başlangıcını ve sonunu bağlayan bir vektör oluşturur (Şekil 2, a).
Benzer şekilde ikinci bölge de dahil olmak üzere bir yapı yapabilirsiniz (Şekil 2, b). Ortaya çıkan vektör e 2 karşı yönlendiriliyor e 1 ve üzeri mutlak değer biraz daha az e 1. Son durum ise bölgelerin alanları aynı olmasına rağmen ikinci bölgenin gözlemciye göre hafif eğimli olmasından kaynaklanmaktadır. A. Ancak salınımların toplam genliği e 1 + e 2 küçüktür (Şekil 2, b).
Grafiksel olarak titreşim genliği, vektör zincirlerinin dairenin karşılık gelen kısımlarıyla değiştirilmesiyle hesaplanabilir. Şekil 2 (c ve d), üç ve üç kişilik bu tür yapıları göstermektedir. Daha küresel dalga ön bölgeleri. a ve d durumlarını karşılaştırdığımızda, 1. Fresnel bölgesinden gelen salınımların genliğinin iki kat olduğunu (ve ışık yoğunluğunun) iki kat olduğunu görüyoruz. BEN 4 kere çünkü BEN » A 2) karşılık gelen genlikten daha büyük sonsuz sayı bölgeler
Olsun nokta kaynağı S ve opak bir plaka M yuvarlak bir delik ile (Şekil 3, a). Bir noktadaki aydınlatmanın belirlenmesi gerekmektedir. A kaynaktan geçen düz bir çizgi üzerinde uzanıyor S deliğin ortasından geçerek. Açıkçası, delik küresel dalganın yalnızca bir kısmının geçmesine izin verecektir. Bir noktada aydınlatma A yalnızca ön tarafın bu kısmının hareketi ile, yani yalnızca açık Fresnel bölgeleri tarafından belirlenecektir; bunların sayısı deliğin çapına, dalga boyuna ve deneyin geometrisine bağlıdır.
Açık bölge sayısı ise İLE hatta yoğunluğun grafik hesaplaması (Şekil 2,b) yok denecek kadar düşük bir yoğunluğa yol açar; A karanlık olacak ve garip bir şekilde İLE(Şekil 2, a, c) noktasında A maksimum aydınlatma olacaktır.
Açıkçası, noktaya göre simetrik olmalı A(çünkü merkezden aynı uzaklıkta bulunan noktalarda kırınım koşulları aynı olacaktır). Dahası, eksen üzerindeki bir noktada bir ışık noktası gözlemlersek, çevresinde bir ışık halkası fark edeceğimiz karanlık bir halka bulacağız, yani. kırınım deseni alternatif koyu ve açık halkalardan (daireler) oluşur (Şek. .3b).
Köşe A Herhangi bir kırınım maksimumuna doğru yönü karakterize eden kırınım açısı olarak adlandırılır (Şekil 3a). İlk halkanın yönünün bir açıyla (daha kesin olarak 1,22) karakterize edildiğini göstermek mümkündür (her ne kadar kolay olmasa da), burada D– delik çapı.
1 | | |
1. Cihazın çerçevesine noktalı bir kırınım ızgarası yerleştirin ve stand üzerine sabitleyin.
2. Işık kaynağını açın. Kırınım ızgarasından baktığınızda, siyah bir arka plan üzerinde kalkanın her iki yanında çeşitli düzeylerde fark edilebilir kırınım spektrumlarını görebilirsiniz. Spektrumlar eğimliyse, ızgarayı eğim ortadan kalkana kadar belirli bir açıyla döndürün.
3. Ölçeği mesafeye ayarlayın R kırınım ızgarasından.
4. Kırmızıdan başlayarak çerçeveye bir ışık filtresi yerleştirin ve ızgaradan görünen kalkanın ölçeğini kullanarak mesafeyi belirleyin. S yarıktan 1. ve 2. dereceden gözlemlenen çizgilere kadar. Ölçüm sonuçlarını Tablo 6'ya girin.
5. Farklı renkteki ışınlar için kalan filtreleri çerçeveye yerleştirerek 4. adımı uygulayın.
6. s.'yi yapın. Ölçeği bir mesafe hareket ettirerek 4 – 5 üç kez R 10 – 15cm.
7. Tüm ışın renkleri için formül (1)'i kullanarak ışık dalga boyunu belirleyin ve tablo 6'ya girin. Her ışık dalgasının aritmetik ortalama uzunluğunu hesaplayın.
Tablo 6. Işık dalga boyu çeşitli renkler
| k | R, mm | S, mm | ben, nm | ||||||||||||
| İLE | HAKKINDA | VE | Z | G | İLE | F | İLE | HAKKINDA | VE | Z | G | İLE | F | ||
| Ortalama dalga boyu |
Güvenlik soruları
1. Huygens-Fresnel ilkesi nedir?
2. Hangi dalgalara tutarlı denir?
3. Işığın kırınımına ne denir? Bu olgu nasıl açıklanıyor?
4. Kırınım spektrumundaki renklerin sırası nedir? Sıfır maksimumun rengi nedir?
5. Aynı sayıda yarığa sahip ancak farklı sabitlere sahip ızgaralar ile aynı sabitlere sahip ancak farklı sayıda yarıklara sahip ızgaralar tarafından üretilen kırınım spektrumları arasındaki fark nedir?
6. Kırınım ızgarasının etkisi suya konursa nasıl değişir?
7. Yarıktan geçen ışınlardan ekrandaki bir yarıktan kırınım spektrumunun oluşması nasıl açıklanır? Ekranın ortasındaki yoğunluk dağılımını ne belirler?
8. Tek boyutlu kırınım ızgarası. Ekranda kırınım deseninin oluşumu nasıl açıklanır? Yoğunluk maksimumları hangi noktalarda, hangi minimumlarda gözlenir ve neden?
9. Bir ızgara tek renkli ışık ve beyaz ışıkla aydınlatıldığında kırınım desenleri nasıl farklılık gösterir? Bu fenomenleri nasıl açıklayabiliriz?
10. Işık girişimi nedir? Bu olay bir yarık veya ızgara üzerindeki kırınım spektrumunun oluşumunda rol oynuyor mu?
11. Beyaz ışık normalde 1 mm'de 100 yarık içeren tek boyutlu bir kırınım ızgarasına düşer. Işık yoğunluğu ekrana nasıl dağıtılacak? Ekranda iki ana yüksek seviye arasında kaç tane ek düşük seviye daha var? Büyük maksimumların ve büyük minimumların oluşmasının koşulları nelerdir?
12. Beyaz ışık normal olarak bir kırınım ızgarasına ve daha büyük çaplı ince bir merceğe düşer. Işık bir mercekten ve kırınım ızgarasından geçtiğinde ekranda oluşan desenler nasıl açıklanır?
13. Görünür ışığın dalga boyları nelerdir? Farklılaşmaya maruz kalıyorlar mı?
14. Kırınım spektrumu bantlarının genişliği neye bağlıdır? Yarık genişliği dalga boyu l'den çok daha büyükse ekranda ne gözlenir? Bu olgu nasıl açıklanıyor?
15. Bir kırınım ızgarasının doğrusal ve açısal dağılımı nedir?
16. Kırınım ızgarasının çözme gücü nedir?
17. Çözünürlük gücü ve doğrusal dağılım açısından farklılık gösteren ızgaralar kullanılarak iki spektral çizgi için elde edilen kırınım desenlerine bir örnek verin.
dışbükey tarafı olan düz bir cam plaka üzerine yerleştirilir. Aralarında kalınlığı merkezden kenarlara doğru artan bir hava boşluğu oluşur (Şekil 1).
Eğer merceğe tek renkli bir ışık düşerse |
||||
ışık, daha sonra üstten yansıyan dalgalar ve |
||||
bu hava boşluğunun alt sınırı, |
||||
birbirine müdahale edecek ve fark |
||||
aralarındaki vuruş kalınlığa bağlı olacaktır |
||||
bu yerde hava boşluğu var. | ||||
Yansıtılan | ||||
şu resim görülüyor: ortada – |
||||
dönüşümlü olarak çevrelenen karanlık nokta |
||||
eşmerkezli ışık ve | ||||
parazit yapmak | yüzükler | azalan |
||
kalınlık. İletilen ışıkta resim tam tersi olacaktır: merkezdeki nokta açık olacak ve tüm açık halkaların yerini koyu halkalar alacaktır ve bunun tersi de geçerlidir. Akkor lambalar gibi geleneksel ışık kaynakları kullanıldığında girişim deseni genellikle küçük boyutlar(R< 10-3 м), поскольку с увеличением толщины воздушной прослойки ее контрастность падает. Поэтому для обычных источников света при наблюдении используют микроскоп. Это связано с низкой когерентностью обычных источников. Использование лазера позволяет проецировать интерференционную картину на стену и измерять радиусы колец обычной линейкой.
Bu çalışmada yansıyan ışıkta gözlemler yapılmıştır. Merkezi nokta sıfır olarak kabul edilir ve koyu ve açık halkalar ayrı ayrı numaralandırılır. Böylece 1., 2., ... m'inci koyu halkalara ve 1., 2., ... m'inci açık halkalara sahibiz.
Hava boşluğunun üst ve alt yüzeylerinden yansıyan dalgalar arasında, yani I ve II ışınları arasında girişim meydana gelir (Şekil 1).
Bu ışınların hava boşluğundan kaynaklanan optik yol farkı δ m
Nerede mutlak gösterge hava kırılması benimsendi bire eşit ve λ/2 terimi, optik olarak daha yoğun bir ortamdan (Şekil 1'de L noktasındaki ışın I) yansıma üzerine π kadar bir faz kaymasından kaynaklanmaktadır. Işık ışınlarının merceğin yüzeyine gelme açısının küçük olduğunu ve karşılık gelen üçgenlerin benzerliğinden şu sonucu çıkarabiliriz: r m /R =δ m /r m. Bundan r m = R δ m olduğunu görüyoruz.
Son eşitlik, ilişki (3) ve koşullar (1), (2)'den, yansıyan ışıktaki m'inci ışık (rm ışık) ve m'inci karanlık (rm) Newton halkalarının yarıçaplarının eşit olduğu sonucu çıkar:
(m - k) λ
- r k 2
burada m zil numarasıdır.
M'inci ve k'inci koyu halkalar için formül (5)'i art arda yazarak, plano-dışbükey bir merceğin eğrilik yarıçapı için bir ifade bulabiliriz:
R = m , (m− k)λ
burada λ monokromatik ışığın dalga boyudur.
Hesaplamayı formül (6)'ya aşağıdaki formu vererek yapmak daha uygundur:
R = (rm + rk) (rm - rk).
3) Üzerine optik elemanlı değerlendiricilerin takıldığı optik ray.
Gözlem ekranı | Optik | oluşan | ||||||
plano-dışbükey | ||||||||
bardak | kayıtları. | |||||||
sistem 2 rakamıyla gösterilir. Lens ve plaka, boşluğun boyutunu ve lens ile plaka arasındaki temas noktasının konumunu değiştirmenize olanak tanıyan bir ayar çerçevesine monte edilmiştir. Ayar çerçevesi değerlendirici tutucusuna sabitlenmiştir.
DİKKAT
1) Kurulum şunları içerir: helyum-neon lazer Güç kaynağı 1000 Volt'un üzerinde bir voltaj üreten LG-128, bu nedenle çalışma sırasında elektriksel güvenlik kurallarına uymak gerekir.
2) Lazer radyasyon yoğunluğu 5 miliwatt'ı geçmez, bu nedenle bu lazerin eğitim tesislerinde kullanılması onaylanmıştır. Ancak lazer ışınının gözle doğrudan temas etmemesi gerekmektedir.
3) Doğru ayarlarla halkaların yüksek kaliteli görüntüsü elde edilir optik sistem(ayar). Optik sistemin hizalanması bir uzman tarafından gerçekleştirilebilecek karmaşık bir işlemdir. Bu nedenle görüntü yoksa kendiniz almaya çalışmamalısınız. En ufak bir değişiklik
optik elemanlar yanlış hizalamaya neden olur, bu nedenle iş yaparken optik elemanların bulunduğu masanın üzerine yabancı nesneler koymayın.
4) Sonrasında laboratuvar çalışması ve öğretmenin deneysel verileri kontrol etmesi durumunda, kurulumu orijinal haliyle görevli laboratuvar asistanına teslim etmek gerekir.
İŞİN YAPILMASI İÇİN PROSEDÜR
1) Masa lambasının ve lazerin kablolarını elektrik şebekesine bağlayın. Ardından cihaz gövdesindeki geçiş anahtarını kullanarak açın LG-128.
2) Işın genişleticiden gelen lazer ışını, uygun şekilde yapılandırıldığında, mercek ve düz plaka sistemine çarpar ve ondan yansıdıktan sonra karşı duvardaki halkaların görüntüsünü verir. Işınların yolunu, mercekten önce ve sonra ışınların yoluna art arda bir sayfa yerleştirerek, ardından ortaya çıkan görüntüyü düşünün.
3) Bir parça kağıt yapıştırın ve halkaların resmini çizin (tercihen bir kalemle). Ortaya çıkan görüntü yeterli sayıda zil içermeli, zil sayısı ve sayısı öğretmen tarafından belirtilir.
4) Formül (3)'ten görülebileceği gibi, girişim halkalarının deseni çok hassastır.
– ışık dalga boyunun kesirleriyle hava boşluğundaki değişiklikle belirlenir
(λ = 0,6328 µm). Yöntemin yüksek hassasiyeti ve plakanın aslında her zaman meydana gelen küçük deformasyonları nedeniyle halkalar bir miktar eliptik yapıya sahiptir. Bu nedenle, yarıçapın belirlenmesindeki hatayı azaltmak için halkanın çapı, Şekil 2'de gösterildiği gibi karşılıklı olarak iki dik yönde ölçülmelidir. 3. Daha sonra basit aritmetik ortalama gerçekleştirilir:
DM ortalaması= | D yatay + D dikey | |||
D ufuk D.
5) İki Newton halkasının ortalama yarıçapı belirlendikten sonra ortalama eğrilik yarıçapı R hesaplanır. ortalama formül (7)'ye göre lensler.
6) Bu yöntemin hatası, formüllerin (4)– ne kadar uygulanabilir olduğuna göre belirlenir.
(7). Bu yöntem Plakanın tamamen düz olduğunu varsayarız. Plaka tamamen düz değilse, bu durum halkaların eliptik olmasına yol açar. Göreceli hata Bu yöntemin eliptiklik değeri olarak tahmin edilebilir
Dhorm .− Dvertm . | |||
Ortalama. |
|||
o zaman eğrilik yarıçapının belirlenmesinde mutlak hata R = ε R. Son giriş şöyle görünmelidir:
R = Ravg ± R.
TEST SORULARI
R şu şekilde tahmin edilebilir:
1) Işığın girişimine ne denir?
2) Hangi dalgalara tutarlı denir?
3) Işınların optik yol farkına ne denir?
4) Hangi ortama optik olarak daha yoğun denir?
5) Optik olarak daha yoğun bir ortamdan yansıtıldığında faz kayması nedir?
6) Dielektrik filmlerin kalınlığını belirlemek için girişim yöntemi neye dayanmaktadır?
7) Savunmak yüksek hassasiyet girişim ölçüm yöntemleri.
46 No'lu LABORATUVAR ÇALIŞMASI
Kırınım ızgarası kullanarak ışığın dalga boyunun ölçülmesi
Çalışmanın amacı: kırınım yasalarını incelemek.
TEORİK BİLGİLER
Kırınım ızgarası genellikle üzerine bir bölme makinesi kullanılarak tam olarak eşit aralıklarla paralel çizgilerin uygulandığı bir cam plakadır. Hasar görmemiş alanlar, ışığa karşı şeffaf olan çok dar kırınım yarıklarıdır. Bunlar, ışığa engel olan aynı opak boşluklarla ayrılırlar. Şu anda üretilen en iyi kırınım ızgaraları 1 mm başına 1700'e kadar çizgiye sahiptir.
Kırınım, ışığın doğrusal yayılımdan geçerken bükülmesi olgusudur. dar çatlaklar veya delikler. Dalga boyu λ olan ışığın kırınım ızgarasının üzerine normal şekilde düşmesine izin verin (Şekil 1). Kırınım, yarık genişliği λ ile karşılaştırılabilir olduğunda meydana gelir. Izgara yuvası için bu koşul sağlandığı için her birinde
Izgara yarıklarından ışık ışınları düz çizgi yayılımından sapacaktır. Kırınım olgusu, bir dalganın ulaştığı her noktanın ikincil dalgaların kaynağı olarak hizmet ettiğini ve bu dalgaların zarfının, dalga cephesinin zamanın belirli bir noktasındaki konumunu verdiği Huygens ilkesi kullanılarak açıklanmaktadır. Normal olarak ekrandaki bir deliğe gelen bir düzlem dalga olayını ele alalım (Şekil 2). A ve B noktaları gibi deliğin veya deliğin kenarındaki herhangi bir nokta, ikincil dalgaların kaynağı olarak hizmet eder. Belirli bir an için ikincil dalgaların zarfını oluşturduktan sonra (yay CD), dalga cephesinin deliğin kenarlarının ötesine uzandığını görüyoruz. Kırınım karakteristiktir dalga süreçleri ve ışığın dalga doğasını doğruluyor. Ancak Huygens ilkesi kırınım maksimumunun varlığını açıklayamaz. Fresnel, Huygens ilkesini ikincil dalgaların girişimi fikriyle tamamladı. Huygens-Fresnel ilkesine göre, her yarık ikincil ışık dalgalarının kaynağıdır; bunların genlikleri uzayın bir noktasında (ekranda) toplanacak ve ışınların yollarındaki farklılığa bağlı olarak güçlenecek veya birbirini zayıflatır. Işık dalgalarının girişimi meydana gelir. Girişim genellikle gözlem noktası sonsuzda olduğunda veya ızgara boyutuna kıyasla yeterince uzak bir mesafede olduğunda gözlemlenir. Bu durumda, her yarık için gözlemin yapıldığı yön, ızgaranın normali ile ışınların yönü arasındaki φ açısı ile belirlenir. Girişim desenini daha yakından gözlemlemek için yakın mesafe tüm paralel ışınlar bir mercek kullanılarak ekrana odaklanır (Şekil 1).
Normalde ızgaraya gelen bir ışık dalgası, aynı fazdaki her yarık için salınımları harekete geçirir. Her yarıktan yayılan ikincil ışınlar belirli bir φ açısına yönlendirilirse, o zaman farklı yarıklar için bu tür ışınların her biri ekrana farklı bir mesafe kat edecek, yani ışınlar farklı yol farklılıklarına sahip olacak ve girişimde bulunacaktır.
φ = 0 olsun, bu durumda tüm ışınlar gözlem noktasına aynı fazda varacak ve ışınların genlikleri toplanacaktır. Bu doğrultuda ekranda maksimum ışık var. φ açısı arttıkça ışınlar arasında bir yol farkı ortaya çıkar, ışınlar ekrandaki bir noktaya farklı bir fazda ulaşır ve ışınların genlikleri toplanarak önemli ölçüde daha düşük veya hatta sıfır ışık yoğunluğu yaratacaktır. verilen nokta. Fakat
tüm ışınların ulaşacağı φ açısının birkaç değeri daha vardır karşılık gelen nokta Ekran aynı fazda olacak ve maksimum ışık yoğunluğunu verecektir. Bunu yapmak için, komşu yarıkların ışınlarının yollarındaki farkın n·λ'ya (girişim için maksimum koşul) eşit olması gerekir; burada n = 0, ±1, ±2, ...
Şek. Şekil 1'de bitişik kirişler 1 ve 2 arasındaki yol farkının olduğu görülebilir.
δ = d sinφ, (1)
burada d yuvaların merkezleri arasındaki mesafedir. Daha sonra duruma göre belirlenen yönler için ekrandaki maksimum ışık yoğunluğu gözlemlenecektir.
Koşulu (1) karşılayan maksimumlara temel denir (Şekil 2). Ana maksimumlara ek olarak, çeşitli yarıklardan gönderilen ışığın söndürüldüğü (karşılıklı olarak yok edildiği) olası yönler de vardır.
Duruma göre belirlenen yönler için ekrandaki minimum ışık yoğunluğu gözlemlenecektir.
burada n = 1, 2, …, N – 1, N + 1, …, 2 N – 1, 2 N + 1, …, N – kırınım ızgarasının çizgi sayısı.
(2)'den, iki ana maksimum arasında, ikincil maksimumlarla ayrılmış (N-1) ek minimumların olduğu sonucu çıkar (Şekil 3). Bu maksimumların yoğunluğu ana maksimumların yoğunluğundan çok daha azdır, dolayısıyla genellikle gözlemlenmezler.
Ekranda kırınım deseni en parlaklardan oluşur. merkez çizgisi(n=0) ve birinci dereceden (n=1), ikinci dereceden (n=2) vb. simetrik olarak yerleştirilmiş iki maksimum (Şekil 3). Bu maksimumlar yalnızca belirli bir λ değerine sahip monokromatik ışık için elde edilir. Kırınım ızgarasını beyaz ışıkla aydınlatırsanız, formül (1)'e göre karşılık gelen her dalga boyu λ karşılık gelecektir. belirli değer açı φ. Bu yüzden ekran hafif
bantlar karanlık boşluklarla ayrılmış spektrumlara gerilir. Bunun istisnası, formül (1)'e göre n= 0'da herhangi bir renkteki ışınların φ= 0 açısal yönüne sahip olduğu ve bu nedenle bir spektruma ayrıştırılmayacağı maksimum sıfır olacaktır.
KURULUM AÇIKLAMASI
Kırınım ızgarası 1 özel bir tutucuya monte edilmiştir (Şek. 4). Işık kaynağı (ampul), genişliği sorunsuz bir şekilde değiştirilebilen yarığı (3) aydınlatır. Aydınlatılmış yarığa bir kırınım ızgarasından bakarsanız, kırınım spektrumları yarık görüntüsünün sağında ve solunda görülebilir. Spektrumun bazı çizgileri S miktarı kadar kaydırılsın ve aralarındaki mesafe ölçüm ölçeği 4 ve kırınım ızgarası l'ye eşittir.
ten rengi ϕ =S | |||||||
φ açısı küçük olduğundan, tanφ yeterli bir doğruluk derecesi ile sin φ'ye eşittir. Karşılaştırma |
|||||||
formül (2) ile son ifadeyi elde ederiz | |||||||
günahϕ = | |||||||
λ = | |||||||
burada S, ölçeğin merkezi ile belirli bir spektrum çizgisinin merkezi arasındaki mesafedir: d = 10-5 m – kırınım ızgarası sabiti l = 0,55 m; n – spektrum sırası.
İŞİN YAPILMASI İÇİN PROSEDÜR
1) Ampulü açın. Bir kırınım ızgarasından yarığı gözlemleyerek ve ampulün konumunu seçerek birinci ve ikinci derece spektrumların en parlak görüntüsü elde edilir.
2) 4'lü bir ölçekte kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, camgöbeği, lacivertin ortalama konumunu ölçün. mor çiçekler birinci dereceden spektrumlar için sağında ve solunda
yuvaları açın ve her renk için sonucun ortalamasını alın. Aynı işlemi 2. sipariş için de yapın. Ölçüm sonuçlarını tabloya girin.
3) Formül (3)'ü kullanarak, birinci ve ikinci dereceden spektrumdaki her rengin dalga boyunu hesaplayın. Daha sonra her renk için ortalama λ değerini bulun. Hesaplama sonuçlarını tabloya girin.
Çizgiye olan mesafe, cm | Dalga boyu λ, µm |
||||||||||||
Çizgi rengi | 1. sıra | 2. sıra | 1. sıra | 2. sıra | |||||||||
Turuncu | |||||||||||||
Menekşe | |||||||||||||
TEST SORULARI
1) Bir kırınım ızgarasından sonra ışık ışınlarının yoğunluğu açılar arasında nasıl dağılır ve neden?
2) Kırınım olgusu nedir?
3) Işık kırınımı hangi koşullar altında gözlemlenir?
4) Kırınım spektrumundaki renklerin sırası nedir?
5) Beyaz ışık için sıfır maksimumun rengi nedir?
6) Ana maksimum yönünde her yarıktan gelen bitişik ışınlar arasındaki yol farkı nedir?
7) Ana maksimumun yoğunluğu neden ekrandaki diğer noktaların yoğunluğundan çok daha fazla?
8) Kırınım ızgarasının yarıklarından gelen ışınların yolunda neden bir farklılık oluşuyor?
9) Kırınım ızgarası neden beyaz ışığı bir spektruma bölüyor?
48 ve 48a Sayılı LABORATUVAR ÇALIŞMALARI
Volt-amper, lüks-amper ve spektral özellikler fotosel ve elektron iş fonksiyonunun belirlenmesi
Çalışmanın amacı: fotoelektrik etkinin yasalarını ve buna dayalı cihazları incelemek.
TEORİK BİLGİLER
Dış fotoelektrik etki ve yasaları. Dış fotoelektrik etki, elektromanyetik radyasyonun (ışık, ışık) etkisi altındaki bir madde tarafından elektron emisyonu olgusudur. röntgen, gama ışınları). Fotoelektrik etki 1887 yılında G. Hertz tarafından keşfedilmiştir. İlki temel araştırma fotoelektrik etki Rus bilim adamı A.G. tarafından gerçekleştirildi. 1888-1889'da Stoletov. Fotoelektrik etki, Şekil 2'de şematik olarak gösterilen kurulumda gözlemlenebilir. 1, burada hν ışığı, Kv - kuvars pencereyi, V - voltmetreyi, G - mikroampermetreyi, P - potansiyometreyi belirtir
Havanın dışarı pompalandığı bir silindire iki elektrot (katot K ve anot A) yerleştirilir. Elektrotlar güç kaynağına, bir potansiyometre kullanarak yalnızca değeri değil, aynı zamanda onlara sağlanan voltajın işaretini de değiştirebileceğiniz şekilde bağlanır. Işık, Kv kuvars penceresinden katot üzerine düşer. Fotoelektrik etki nedeniyle katot K tarafından yayılan elektronlar, elektrik alanının etkisi altında anot A'ya doğru hareket eder. Sonuç olarak
V devreye bir mikroampermetre ile ölçülen bir fotoakım akacaktır G .
İLE artan voltaj U fotoakım gücü I başlangıçta orantılı olarak artar ve belirli bir gerilime ulaşıldığında U = U hızlanır. akım doygunluğa ulaşır. (Şekil 2).
burada n, katot tarafından saniyede yayılan elektronların sayısıdır.
Fotoakımı daha da arttırmak için katot üzerine gelen ışık akısı F'yi arttırmak gerekir:
Ф = Q | ||
burada Q ışık enerjisidir, t zamandır.
Doygunluk fotoakımının gücü, gelen ışık akısı ile orantılıdır (aydınlatmayla orantılı):
ben biziz. =α ·Ф, (3)
burada α orantılılık katsayısıdır.
Buna karşılık, aydınlatma E, ışık akısı ile orantılıdır, bu nedenle fotoakım I'in değeri, ışık kaynağından katoda olan mesafenin karesiyle ters orantılıdır, yani:
burada E 1, E 2 - katodun aydınlatılması;
ben 1 , ben 2 bu aydınlıklara karşılık gelen doygunluk fotoakım değerleridir; r 1 , r2 ışık kaynağından katoda olan mesafelerdir.
Denklem (4)'ten şunu elde ederiz:
yani doygunluk fotoakımının büyüklüğü, ışık kaynağından fotosele olan mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Akım-gerilim karakteristiğinden U = 0'da foto akımın kaybolmayacağı sonucu çıkar. Sonuç olarak, ışıkla katottan dışarı atılan elektronlar belirli bir başlangıç hızına (V) ve dolayısıyla sıfır olmayan kinetik enerjiye sahiptir ve bir dış alan olmaksızın anoda ulaşabilirler.
Fotoakımın gerçekleşebilmesi için sıfıra eşit, U ayarlı bir gecikme voltajı uygulamak gerekir. . Deneysel veriler incelenerek fotoelektrik etkinin üç yasası oluşturuldu.
1) Gelen ışığın sabit bir frekansında, doygunluk fotoakımının gücü, gelen ışık akısının veya katot aydınlatmasının büyüklüğü ile orantılıdır.
2) Fotoelektronların maksimum hızı (maksimum kinetik enerji) gelen ışığın yoğunluğuna bağlı değildir, yalnızca frekansıyla belirlenir.ν .
3) Her madde için fotoelektrik etkinin bir "kırmızı sınırı" vardır; yani, altında fotoelektrik etkinin imkansız olduğu minimum ışık frekansı (veya üzerinde fotoelektrik etkinin imkansız olduğu maksimum dalga boyu).
Planck hipotezi ve Einstein denklemi. Aydınlık cisimlerden gelen radyasyonun sürekli enerji spektrumu hakkındaki konumuna dayanarak, dalga teorisi Fırlatılan elektronların hızının gelen ışığın yoğunluğundan bağımsızlığını açıklayamadı. Alman fizikçi Max Planck, elektromanyetik enerjinin sürekli bir akış halinde değil, ayrı enerji bölümleri (kuanta) halinde yayıldığı hipotezini öne sürdü.
Her kuantum ε'nun enerjisi ışığın frekansıyla doğru orantılıdır
burada h = 6,62·10-34 J s – Planck sabiti; λ – gelen ışığın dalga boyu;
c = 3·108 m/s – ışığın boşluktaki hızı.