Mavzu: refraktsiya, fotorefraktsiya, dispersiya, absorbtsiya

MAVZU: REFRAKTSIYA, FOTOREFRAKTSIYA, DISPERSIYA, ABSORBTSIYA.

REJA:

1. 
   Refraktsiya, fotorefraktsiya.
   
2. 
   Yorug’likning dispersiyasi, absorbtsiya.
   
3. 
   Issiqlik va lyuminestsent nurlanish
   

8.1-rasm.

Yorug’likning chiziqli izotrop muhit bilan o’zaro ta’sirlashishi ikki asosiy fizik effektga: muhitda yorug’likning fazaviy tezligining kamayishiga va yorug’likning yutilishiga olib keladi.

Nyuton tajribalar asosida yorug’lik dispersiyasini kashf etdi. Dispersiya lotincha «dispergere» (sochmoq) so’zidan olingan. Umuman, yorug’lik dispersiyasi deganda moddaning sindirish ko’rsatkichi ning yorug’lik to’lqinni doiraviy chastotasi ga (yoki vakuumdagi to’lqin uzunligi ga, chunki )bog’liqligi tufayli sodir buluvchi hodisalar tushuniladi. Xususan, Nyuton tajribasida (rasm) prizmaga tushayotgan «oq yorug’lik» qizildan binafshagacha rangdagi spektrlarga ajralgan (rasm).

Agar turli moddalardan yasalgan prizmalar tufayli olingan spektrlarni bir-biri bilan solishtirilsa, quyidagilar ma’lum bo’ladi.

1) bir xil chastotali (=const) nurlar bu prizmalarda turlicha burchaklarga og’adi;

8.2-rasm.

2) bir xil chastotalar intervali ga mos kelgan spektr qismining
kengliklari turli prizmalarda turlicha bo’ladi. Bundan, moddalar bir-biridan faqat sindirish ko’rsatkichining qiymatlari bilangina emas, balki sindirish ko’rsatkichining yorug’lik chastotasiga bog’liqlik funktsiyasi

(1)

bilan ham farqlanadi degan xulosaga kelinadi.

Tushayotgan elektromagnit to’lqinlarning chastotalari ortgan sari barcha shaffof moddalarning sindirish ko’rsatkichlari ham monoton ravishda ortib boradi (rasm).



Rasmda shisha uchun ning ga umumiy bog’liqligi tasvirlangan. Binafsha nurlar qizil nurlarga nisbatan shishada ko’proq sinishi haqidagi ma’lum fakt rasmda o’z aksini topgan. Biror chastotalar intervalida sindirish ko’rsatkichining o’zgarishi ni xarakterlovchi kattalik dispersiya o’lchovi vazifasini bajaradi. CHastota ortishi bilan moddaning sindirish ko’rsatkichi ham ortib borsa, ya’ni >0 bo’lsa, bu moddadagi yorug’likning disperiyasi normal dispersiya deyiladi. Agar chastota ortishi bilan moddaning sindirish ko’rsatkichi kamaysa, ya’ni 0 bo’lsa, bunday moddadagi yorug’lik dispersiyasini anomal dispersiya deyiladi.

Shisha uchun oq yorug’lik sohasining barcha qismlarida normal dispersiya, ul’tra binafsha va infraqizil sohalarining ba’zi qismlarida anomal dispersiya kuzatiladi Rasmda ko’rsatilgan punktir egri 4 chiziq yorug’likning moddadagi yutilish koeffitsientining o’zgarish yo’lini tasvirlaydi. Egrichiziqning 3–4 qismi rasmda keltirilgan egri chiziqqa o’xshashdir. 1– 2 va 3 – 4 qismlar normal dispersiyaga mos keladi (>0). 2– 3 qismda dispersiya anomal bo’ladi (<0). 1 – 2 sohada sindirish ko’rsatkichi birdan kichik va demak, to’lqinning fazaviy tezligi dan katta. Bu hol nisbiylik nazariyasining signalniuzatish tezligi dan kata bo’lishi mumkin emas degan tasdig’iga zid emas.

Xulosa qilib aytganda, shisha prizmaga oq nur tushirilib dispersiya hodisasi kuzatilganda, qizil nur binafsha nurga nisbatan kichikroq burchak bilan og’ishi kerak.

Agar prizmaga tushayotgan nurlar to’lqin uzunliklarini kamaytirib borsak, tushayotgan nurlar chastotasi prizma atomlarida elektronlarning tebranish chastotasiga mos kelishi mumkin, ya’ni . Bu sohada muhitning sindirish ko’rsatkichi keskin o’zgarib ketadi: avval boshida keskin ortadi, so’ng kamayadi.

To’lqin uzunligining bu sohasiga anomal dispersiya sohasi deyiladi. Anomal dispersiya hodisasi tashqi elektromagnit maydonning chastotasi muhit atomlaridagi elektronlar tebranish chastotasiga mos kelganda, ya’ni nurning rezonans yutilishida yuzaga keladi. Anomal dispersiya hodisasini tadqiq qilish moddalar atom va molekulalarining xususiy tebranish chastotalarini o’rganishga yordam beradi.

Yorug’likning dispersiya hodisasi xar xil optik sistemalarda ishlatiladi. Bu effektning ham foydali, ham zararli tomonlari bor. Masalan, fotoapparat, mikroskop, teleskop linzalarida dispersiya xromatik aberratsiya hodisasiga sababchi bo’lib, bu hodisa tasvirlarni buzib ko’rsatadi. Lekin spektral analizni dispersiyasiz ko’z oldimizga keltira olmaymiz.

2. Yorug’likning yutilishi.

Yorug’likning yutilishi deb, yorug’lik dastasi biror muhitdan o’tayotganda shu muhit qatlamida yutilishiga, ya’ni ular intensivligining kamayishiga aytiladi. Yorug’likning yutilgandagi energiyasi muhitning isishiga, atom yoki molekulalarni uyg’otishga sarf bo’ladi. Yutilgan yorug’lik kvanti yutuvchi muhit elektronlari bilan o’zaro ta’sirlashib o’z energiyasini ularga beradi. Yorug’lik yutilganda uning intensivligining kamayishi quyidagi qonuniyat bilan ifodalanadi.

(2)

Bu Buger-Lambert qonuni deyiladi. Bunda I_o – muhitga tushayotgan va I – qatlamdan o’tgan yorug’lik intensivligi, k – muhit xossasiga bog’liq bo’lgan yutish ko’rsatkichi bo’lib, u yutilgan yorug’lik chastotasi (yoki ) ga bog’liq, lekin uning intensivligiga, demak, yutiluvchi muhit qatlamining qalinligiga bog’liq emas. Agar bo’lsa, =e=2,72 bo’ladi, ya’ni bunday yorug’lik intensivligi ye= 2,72 marta kamayadi.

Ayrim moddalar uchun yorug’lik intensivligi juda katta bo’lganda Buger-Lambert qonunidan og’ish yuz beradi: ortishi bilan kamaya boradi. Bu hodisa yorug’lik yutilishini kvant nazariyasi asosida tushuntiriladi. Bu nazariyaga asosan yorug’likning katta intensivligida moddada atomning uygongan xolatining davom etish vakti katta bo’gan atomlar ko’proq hosil bo’lishi mumkin.

Agar yutuvchi muhit uncha zich bo’lmagan eritma bo’lsa, bu eritma uchun Ber qonuni, ya’ni

(3)

kuchga ega. Bunda — erigan moddaning xossalariga va yorug’lik chastotasiga bog’liq bo’lgan doimiylik, — erigan modda kontsentratsiyasi.

Agar eritma yuqori kontsentratsiyali bo’lsa, bu eritmalar uchun Ber qonuni bajarilmaydi, chunki eritmadagi ionlar o’zaro ta’sir qila boshlasa, eritma kontsentratsiyasiga bog’liq bo’lib qoladi.

Ber qonunini hisobga olsak, yorug’likning yutilish qonuni:

(4)

ko’rinishda bo’lib, Buger-Lambert-Ber qonuni deyiladi va bu qonun elektromagnit to’lqinlarning keng spektri uchun o’rinlidir.

Yorug’likning yutilish spektri ning yorug’lik chastotasiga bog’liqligi bilan aniqlanadi. Masalan, agar muhit atomlari siyrak joylashgan gaz bo’lsa, yutilish spektri – chiziqli, agar muhit siyrak molekulalardan iborat bo’lsa – yo’l-yo’l spektr ko’rinishiga ega bo’ladi.

Yorug’likning yutilish hodisasidan moddalar tuzilishini o’rganishda, geliotexnikada va kimyo sanoatida, fototexnikada, optoelektronikada keng foydalaniladi.

Yorug’likning dispersiyasi hodisasini o’z atomlari bilan elastik bog’langan elektronlar – optik elektronlar asosida tushuntiriladi. Yorug’lik shaffof muhitda tarqalganda yorug’lik to’lqinidagi elektr vektorlar ta’sirida muhitning elektronlari, o’sha vektorlar chastotasiga mos ravishda tebranadi. Natijada majburiy tebranayotgan elektronlar ikkilamchi to’lqinlarni tarqatadi. Bu to’lqinlarning chastotalari tushayotgan nur elektr to’lqinlari chastotasiga teng bo’ladi. Birlamchi va ikkilamchi to’lqinlar orasida fazalar farqi hosil bo’ladi. Hosil bo’lgan natijalovchi to’lqin ham birlamchi va ikkilamchi to’lqinga nisbatan fazalar farqiga ega bo’ladi va tarqalish tezligi ham u to’lqinlarnikidan farq kiladi.

Dispersiyaning elektron nazariyasini Zelmeyer yaratgan, Lorents-Lorentts uni rivojlantirgan va Rojdestvenskiy tajribalarda batafsil tekshirgan.Bu nazariyaga asosan muhit atomlarini xususiy chastota ga ega ostsillyatorlar deb faraz qilinib, shu atomdagi optik elektronga tushayotgan yorug’lik va atom tomonidan ta’sir kiluvchi kuchlarni hisobga olgan holda muhitning sindirish ko’rsatkichini tushayotgan yorug’lik chastotasiga bog’liq formulasi keltirib chiqariladi.

Dispersiya va yorug’likning yutilish hodisalarini tutash muhit modeli asosida qaraymiz.

Chiziqli izotrop muhitning optik hossalarini kompleks sindirish ko’rsatkichi orqali xarakterlash mumkin. Muhitning kompleks sindirish ko’rsatkichi ning haqiqiy va mavhum qismlarini quyidagi formula bilan ifodalash mumkin:

. (5)

(5) ni (3) ga qo’yib to’lqin soni uchun quyidagi ifodalarni olamiz:

, (6)

bu yerdagi

(7)

parametrlar to’lqin sonining haqiqiy va mavhum qismlarini bildiradi. Bularning fizik ma’nosini anglash uchun, yorug’lik to’lqini muhit chegarasiga normal bo’yicha tushayapti deb faraz qilamiz. Bu holda yorug’lik to’lqinini quyidagicha yozamiz:

(8)

yoki (8) ni e’tiborga olib,

(9)

(8) ‑ (9) formulalardan sindirish ko’rsatkichining mavhum qismi ‑ yorug’lik to’lqinining so’nishini, haqiqiy qismi muhitda yorug’lik tarqalish tezligini aniqlashi kelib chiqadi. Yorug’likning fazaviy tezligini ko’rinishda yozib, quyidagini olamiz:

(10

bo’lgani sababli, fazaviy tezlik yorug’lik chastotasiga bog’liq. Bu hodisa dispersiya deb ataladi. (10) dan yorug’likning yutilish qonuni (Buger qonuni) ham kelib chiqadi:

(11)

bu yerda yutilish koeffitsient  quyidagicha aniqlanadi:

(12)

(12) ni ishlatib, muhitning sindirish ko’rsatkichi va yorug’likning yutilish koeffitsienti  ni muhitning kompleks dielektrik singdiruvchanligi  orqali berish mumkin:

(13)

(14)

Bu yerda yorug’lik to’lqini chastatasi, ‑ vakuumdagi yorug’lik tezligi.

Lorents modelida olingan () ning qiymatini ishlatib sindirish ko’rsatkichi va yorug’likning yutilish koeffitsienti quyidagi ko’rinishda bo’ladi:

(15

(16)

Bularni keltirib chiqarish uchun «plazma chastotasi» _Rdeyiluvchi quyidagicha:

(17)

parametr kiritilgandi. (15) va (16) formulalar siyraklashgan chiziqli izotrop muhitda dispersiya va yorug’lik yutilishini ifodalaydilar.

hosilaning ishorasiga muvofiq ikki: yorug’lik chastotasi o’sishi bilan sindirish ko’rsatkichi ortadigan normal dispersiya (>0) va chastota o’sishi bilan sindirish ko’rsatkichi kamayadigan anomal dispersiya (<0) sohalarini farqlaydilar:

Muhit ichidagi maydon tushuvchi yorug’lik to’lqini maydonidan farqlanuvchi hol uchun muhit singdirish ko’rsakichini quyidagicha topadilar:

(18)

shart bilan aniqlanuvchi materialning shaffoflik sohasida esa (18) quyidagi ko’rinishni oladi:

(19)

va Lorents-Lorentts formulasi deyiladi.