Urganch davlat universiteti pedagogika fakulteti

O‘ZBEKISTON RESPUBLIKASI OLIY VA O‘RTA MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI

URGANCH DAVLAT UNIVERSITETI PEDAGOGIKA FAKULTETI



Fizika-matematika fakulteti talabasi Optika fanidan Izotrop va anizotrop kristallar va ularning qo’llanilishi mavzusida tayyorlagan

KURS ISHI

Urganch-2021

Mundarija

I.Kirish

1.1 Qattiq jismlar haqida ma’lumot

1.2 Metallarning optik xossalarining xarakteristikasi

II.Asosiy qism

2.1 Izotrop kristallar va anizotrop kristallar

2.2 Izotrop va anizotrop kristallarning optik muhit sifatida qo’llanilishi

2.3 Izotrop va anizotrop muhitlarning optik xossalari .

III. Xulosa

Foydalanilgan adabiyotlar

1. 
   Qattiq jismlar haqida ma’lumot
   

Qattiq jismlar ma’lum bir shaklga va hajmga ega bo’lishlari bilan xarakterlanadi. Qattiq jismlar bir-biridan ichki tuzilishi jihatidan farq qiluvchi kristall va amorf jismlar ko’rinishida uchraydi. Lekin hozirgi zamon fizikasida qattiq jism deganda kristall jismlar nazarda tutiladi, amorf jismlar o’ta qovushoq suyuqlik sifatida qaraladi. Gazlar qanday idishga solinishidan qat’iy nazar idishning butun hajmi bo’yicha taqsimlanib idish hajmini butunlay egallaydi. Suyuliklar esa gazlar kabi idishning hajmi bo’yicha taqsimlanmasdan solingan idishning shaklini egallab ma’lum hajmigina egallaydi. Qattiq jismlar esa gaz va suyuqliklardan aniq geometrik shaklga ega bo’lishi bilan tamomila farq qiladi.

Moddalarning qatti holadi faqat molekulalarining bir-birlari bilan juda kuchli bog’langanligi bilangina emas ,balki doimiy hajmi va shaklini (kristallar) saqlanishi bilan ham xarakterlanadi.

Qattiq jismlar turli xususiyatlariga asoslanib ikki turga, kristall va amorf jismlarga ajraladi. Kristall jismlarning asosiy xususiyati shundan iboratki, uning ba’zi fizik xossalari unda tanlab olingan yo’nalishga bog’liq, ya’ni kristallning xossalarini xarakterlovchi mexanik mustahkamlik, elektr o’tkazuvchanlik, nur sindirish ko’rsatkichlari, yorug’lik, issiqlik tarqalish tezligi kabi kattaliklar kristall ichida olingan turli yo’nalishlarda turlicha qiymatga ega bo’ladi. Moddalarning fizik xossalarining (mexanik, optik, elektrik va boshqalar) turli yo’nalishlarda turlicha bo’lishi anizotropiya deb ataladi. Barcha yo’nalishlarning teng kuchliligi izotroplik, teng kuchli emasligi anizotroplik deyiladi. Amorf jismlar esa izotropdir. Shuningdek, gazlar va ko’plab suyuqliklar ham izotrop moddalarga kiradi. Kristallarning anizotropligiga sabab zarralarning (atomlarning, molekulalar, ionlar) fazoviy panjara hosil qilib batartib joylashganligidir. Kristall jismlarning hammasi anizotrop jismlardir. Ular aniq erish temperaturasiga ega bo’ladi. Har

uchala yo’nalish bo’yicha ham zarralar joylashuvining davriy ravishda takrorlanishi bilan xarakterlanuvchi tuzilish kristall panjara deyiladi.Zarralar joylashgan nuqta, aniqrog’i atrofida zarralar tebranma harakat qiladigan nuqta kristall panjaraning tuguni deyiladi.

a-rasm b-rasm

Panjara tugunida yakka atomlar (a-rasm) atomlar yoki ionlar guruhi (b-rasm ) ham bo’lishi mumkin. Masalan, osh tuzi kristall panjaralarining tugunlarida musbat natriy(Na) va manfiy xlor (Cl) ionlari, metal kristallar (Cu, Fe, Al va hokazo)ning panjara tugunlarida metal atomlarining musbat ionlari joylashgan bo’ladi. Kristall panjaralarning shakllari turli-tuman bo’lishi mumkin, lekin ixtiyoriy bo’lmaydi. 1890-yilda rus olimi E.C.Fyo’dorov tabiatda faqat 230 xil kristall panjaralar bo’lishi mumkinligini nazariy hisoblab chiqdi. Kristallar ustida olib borilgan ilmiy-tadqiqot ishlarining natijalari Fyo’dorovning nazariy hisoblariga to’la mos keladi. Anizotroplikni tushunish uchun grafit kristalining tuzilishini ko’raylik. Bu kristallda uglerod atomlari bir-biridan ma’lum masofada bo’lgan tekisliklarda joylashgan bo’ladi.

c -rasm. Anizotrop kristallning kristall tuzilishi(grafit kristali).

Bir tekislikda joylashgan atomlar orasidagi masofa tekisliklar orasidagi masofadan kichik va demak, bir tekislikda yotgan atomlar orasidagi tortishish kuchlari turli tekisliklarda yotgan atomlar orasidagi tortishish kuchlaridan ko’ra katta bo’ladi. Shuning uchun ham grafit kristalini atom tekisliklariga parallel yo’nalishda sindirish oson bo’ladi. Kristall panjara tugunlari o’rni takrorlanishining doimiy xarakterga ega ekanligi, ya’ni uzoq tartibning o’rinliligi kristall jismlarga xos bo’lgan xususiyatdir. Kristall jismlar ikki guruhga bo’linadi: monokristallar va polikristallar.Zarralari bir xil kristall panjara hosil qiladigan qattiq jismlar monokristallar deyiladi. Monokristallar anizotropdir. Ko’pchilik minerallar monokristall hisoblanadi. Monokristallarning kristall tuzilishi ularning tashqi shaklida ham namoyon bo’ladi. Katta kristallar tabiatda juda kam uchraydi. Lekin sanoatda, fan va texnikada bunday kristallarga ehtiyoj juda katta. Ular radioelekrtonikada, optikada, ayniqsa, zamonaviy elektron hisoblash vositalarini ishlab chiqarishda muhim ahamiyatga ega. Misol uchun yoqut kristali lazer nurlarni hosil qilishda, segneta tuzi kristallari ultratovush tebranishlarini hosil qilishda foydalaniladi. Aynan shuning uchun ham kristall sun’iy ravishda, hatto kosmik kemalarda ham hosil qilinadi. Hozir shu yo’l bilan kvars, olmos uchun maxsus shart-sharoitlar zarur. Masalan, olmos kristalini hosil qilish uchun MPa bosim va 200 temperatura zarur.Qattiq jismlarning aksariyati polikristallardir. Ular betartib joylashgan kichik kristalchalar-kristallitlar-kichik monokristallardan tashkil topgan bo’ladi. Har bir monokristallcha anizotrop, lekin kristallchalar betartib joylashgan bo’lganligi uchun polikristall jism izotrop bo’ladi. Metallar polikristall jismga misol bo’la oladi. Biroq erigan metallni sekin sovitish bilan metal monokristalini hosil qilish mumkin. Bir xil kimyoviy elementning atomlari turli xil kristall tuzilish hosil qilishi ham mumkin. Masalan, uglerodning o’zi xususiyatlari bir-biridan keskin farq qiladigan qatlamli grafit tuzilishiga va fazoviy olmos tuzilishga ega bo’lishi mumkin. Suvning o’zi besh xil kristall tuzilishga ega bo’lgan muz hosil qiladi. Tarkibi bir xil moddaning turli fizik xossalarga ega bo’lgan har xil kristall tuzilishni hosil qilishi polimorfizm deyiladi.

Panjarasining tugunlarida joylashgan zarralarning tabiati va ular orasidagi o’zaro ta’sir kuchlarining xarakteriga qarab kristallar to’rt turga bo’linadi.

Ionli kristallar. Panjarasining tugunlariga qarama-qarshi zaryadli ionlar navbat bilan joylashgan kristallar ionli kristallar deyiladi. Ionlar orasidagi o’zaro ta’sir kuchi, asosan, elektrostatik xarakterga ega. Ionli kristallarga osh tuzi NaCl, seziy xlor CsCl misol bo’ladi. Atomli kristallar. Panjarasining tugunlarida kvant-mexanik tabiatdagi kuchlar tutib turadigan neytral atomlar joylashgan bo’ladi. Ular o’rtasida elektr xarakteriga ega bog’lanish ham mavjud. Bu bog’lanish har bir atomdan bittadan elektron juftligi orqali amalga oshiriladi. Bunday kristallarga olmos, grafit, germaniy va kremniy misol bo’ladi.

Metalli kristallar. Panjarasining tugunlarida metallarning musbat ionlari joylashgan bo’ladi. Kuchsiz bog’langan valentli elektronlar atomlardan ajraladi va elektron gazini hosil qiladi. Metalli kristallardagi bog’lanish panjara tugunlaridagi musbat zaryadli ionlar va manfiy elektronlar gazi orasidagi tortishish kuchlari yordamida ta’minlanadi. Metalli kristallarga ko’pchilik metallar misol bo’ladi.

Molekulali kristallar. Panjarasining tugunlarida ma’lum tartibda yo’naltirilgan molekulalar joylashgan bo’ladi. Ular orasida molekulalar o’zaro ta’siriga xos bo’lgan tortishish kuchlari mavjud bo’ladi. Molekulali kristallarga naftalin, paraffin, quruq muz ( ), muz va hokazolar misol bo’ladi.

Suyuq kristallar va ularning qo’llanilishi. Ba’zi organik moddalarning shunday holati mavjudki, garchi ular suyuqliklarga xos bo’lgan oquvchanlik xususiyatiga ega bo’lsalar-da, kristallarga xos bo’lgan molekulalarning ma’lum tartibda joylashuviga va fizik xossalariga ega bo’ladi. Moddalarning bunday holatiga suyuq kristall holati deyiladi. Odatda suyuq kristallar qattiq kristallarni eritish orqali hosil qilinib, hozirgi paytda ularning bir necha mingdan ortiq turlari ma’lum. Suyuq kristallar elektron hisoblash mashinalari, elektron soatlar, mikrokalkulyatorlar, reklama shitlari va boshqalarda keng qo’llaniladi. Yupqa ekranli televizorlar va monitorlarda ham ulardan foydalaniladi.

Amorf jismlar. Qattiq jismlarning ikkinchi ko’rinishi amorf jismlardir. Garchi ular qattiq jismlar sifatida qaralsa ham aslida sovitilgan suyuqliklardir. Amorf jismlar kristall strukturaga ega bo’lmaydi, ular o’zlarining ichki tuzilishlari bo’yicha suyuqlikka yaqin bo’lib, suyuqlikdan faqat molekulalar o’rtacha oralig’ining kichikligi bilan va shu tufayli molekulalar tortishish kuchlarining katta bo’lishi bilan farq qiladi. Amorf jismlar ularning aniq erish temperaturaga ega bo’lmasligi, isitilganda qovushoqlikning kamayishi natijasida suyuq holatga asta-sekin yumshash orqali o’tishi bilan ham kristall jismdan farq qiladi. Agar amorf jismning biror atomini markaziy atom sifatida qaralsa, unga yaqin bo’lgan atomlar ma’lum tartib bo’ylab joylashadi. Lekin markaziy atomdan uzoqlashgan sari tartib buzilib, atomlarning joylashuvi turli xil, ya’ni tasodifiyga aylanib qoladi. Kristall jismlardan farqli o’laroq, amorf jismlarda qo’shni atomlarning o’zaro joylashuvida yaqin tartibgina mavjud bo’ladi. Amorf jismlarga shisha, plastmassa, beton, mum, smola, polimerlar va boshqalar misol bo’ladi. Oltingugurt, glitserin, shakar va boshqa moddalar ham kristall, ham amorf ko’rinishda mavjud bo’lishi mumkin. Bunga ba’zan shishasimon shakl ham deyiladi. Amorf jismlar har doim izotrop xossaga ega bo’ladi. Past temperaturalarda amorf jismlarning xossalari qattiq jismlarnikiga o’xshab ketadi. Bu holda ular deyarli oqmaydi. Lekin temperatura ortgan sari amorf jismlar asta-sekin yumshab, ularning xossalari suyuqliklarning xossalariga yaqinlasha boradi. Amorf jismlar tabiatda kristall jismlarga nisbatan kam tarqalgan.

1.2 Metallarning optik xossalarining xarakteristikasi. Metal sirtidan yorug’lik qaytishining xususiyatlari metallarda atomga zaif bog’langan elektronlarning ko’p ekanligiga bog’liq. Bu elektronlar metall atomiga shu qadar zaif bog’langanki, ko’p hodisalarda bu elektronlarni erkin elektron deb hisoblash mumkin. Erkin elektronlarning majburiy tebranishlari tufayli paydo bo’lgan ikkilamchi to’lqinlar kuchli qaytgan to’lqin va metall ichiga kiruvchi zaifgina to’lqin hosil qiladi; qaytgan to’lqinning intensivligi tushayotgan to’lqin intensivligining 95% iga (va hatto undan ortiq qiymatga ) yetadi. Erkin elektronlar zichligi juda katta (1 ga chamasida) bo’lgani uchun metallning hatto juda yupqa qatlamlari ham o’ziga tushayotgan yorug’likning ko’proq qismini qaytarib, odatda amalda noshaffof hisoblanadi. Yorug’lik energiyasining metall ichiga o’tuvchi qismi o’sha yerda yutiladi. Yorug’lik to’lqini tasiri ostida tebranma harakatga kelgan erkin elektronlar metallning ionlari bilan o’zaro ta’sir qilishadi, buning natijasida elektromagnitik to’lqindan olingan energiya issiqlikka aylanadi.

Shunday qilib, elektromagnitik to’lqin metall ichida tez so’nib qoladi va tavsiflangan butun bu jarayonda odatda metallning juda yupqa qatlamigina rol o’ynaydi.Qaytish tufayli yorug’likning qanday ulushini metall o’tkazmay qo’yishi va unda yutilishi tufayli qanday qismini tutib qolishi metallning o’tkazuvchanligiga bog’liq. Issiqlikga ketadigan isroflar umuman bo’lmaydigan ideal o’tkazgichda yorug’lik yutilmaydi, shuning uchun tushayotgan yorug’lik to’liq qaytadi. Fabri-Pero Interferometrlarida ishlatiladigan juda toza kumush pardalar mana shu ideal o’tkazgichga yaqin keladi. Yorug’likni 98-99% qaytaradigan , atigi 0.5 % yutadigan pardalar yasalgan . Yaxshi o’tkazgich hisoblangan natriy kabi metallning qaytarish qobiliyati juda yuqori ( 99.8% gacha ) bo’lib, uning yutish qobiliyati mos ravishda juda kichikdir. O’tkazuvchanligi pastroq bo’lgan metallarda, masalan, temirda atigi 30-40 % qaytariladi, shuning uchun qalinligi mikronning ulushlaricha bo’lgan noshaffof metall pardasi o’ziga tushayotgan yorug’likning 60% ga yaqin ulushini yutadi.

Shunday qilib, metallning yorug’likni yaxshi qaytarishdek va oksidlar qoplamagan toza sirtining, ayniqsa, yarqirab ko’rinishidek xarakterli xususiyati uning elektr o’tkazuvchanligiga aloqadordir. Metallning elektr o’tkazuvchanlik koeffitsenti qancha katta bo’lsa, uning yorug’lik qaytarish qobiliyati shuncha yuqori bo’ladi.

Chastotalar uncha yuqori bo’lmaganda ( infraqizil nurlar ) metallning optik xususiyatlari, asosan, erkin elektronlarning xarakteriga bog’liq bo’ladi. Biroq ko’zga ko’rinadigan va ultrabinafsha nurlarga o’tilganda xususiy chastota bilan xarakterlanadigan bog’langan elektronlarning xususiy chastotalari qisqaroq to’lqin uzunliklari sohasida yotadi. Bu elektronlarning ishtirok etishi tufayli metallga xos bo’lmagan optik xossalar namoyon bo’ladi. Masalan, ko’zga ko’rinadigan yorug’lik sohasida qaytarish koeffitsienti juda yuqori ( 95% dan ortiq ) bo’lib, salgina yutadigan kumush, ya’ni metallning tipik optik xususiyatlariga ega bo’lgan kumush ultrabinafsha nurlar sohasida juda yomon qaytaradigan va juda shaffof bo’ladigan sohaga ega ; =316 nm yaqinida kumushning qaytarish qobiliyati 4.2 % ga tushib qoladi , ya’ni shishadek qaytaradi. Quyida kumushning yorug’lik normal tushgan holda turli to’lqin uzunliklariga oid qaytarish koeffitsientlari ko’rsatilgan :

( nm) 251 288 305 316 326 338

( %) 34 21.2 9.1 4.2 14.6 55.5

( nm) 357 385 420 450 500 700 1000

( %) 74.4 81.4 86.6 90.5 91.3 96 97.5

Bu ma’lumotlarga ko’ra yupqa qatlam tarzidagi kumush yorug’ga tutilganda binafsha rangda ko’rinadi . Xuddi shuningdek, ishqoriy metallarning ko’zga ko’rinadigan yorug’likni o’tkazmaydigan yupqa qatlamlari ultrabinafsha nurlarni o’tkazib yuboradi ( = 440 nm bo’lganda seziy , =360nm bo’lganda rubidiy , =315nm bo’lganda kaliy, =210nm bo’lganda natriy, = 205nm bo’lganda litiy bu nurlarni sezilarli darajada o’tkaza boshlaydi). Bu hatto ultrabinafsha sohada bu metallarda Bryuster burchagini topishga va metalldan qaytishda tabiiy yorug’likni qutblantirishga muyassar bo’ldi.Yorug’likni metallar orqali o’tishi va metallardan qaytishining to’liq nazariyasi bu xususiyatlarini hisobga olishi kerak . Bunday qilish qiyinligining sababi shundaki, metallarning elektron nazariyasi kvantlar mexanikasini tatbiq etishni talab etadi.