Yorug’lik dispersiyasi va uning klassik nazariyasi

Yorug’likning yutilishi va sochilishi

Jismga oq nur tushganda, u alohida uzunlikdagi to’lqinlarni yutib, shu to’lqin uzunligi atrofida sinish ko’rsatkichini to’lqin uzunligiga bog’liq ravishda o’sishini va anomal dispersiyani kuzatilishini ta’minlaydi (4- rasm).

Yorug’likni yutuvchi jismdan o’tgan nurlarni spektrga ajratsak, xar xil rangli fonda qorachiziqlar va yutilgan nurlar to’lqin uzunligiga tegishli kengroq sohalar kuzatiladi. Bunday chiziqlar majmuasi jismning yutilish spektrini beradi.



4 – rasm. Jismning yutilish spektri

I jadallikdagi monoxromatik yorug’lik dx qalinlikdagi yutuvchi qatlam sirtiga perpendikulyar ravishda tushayotgan bo’lsin.

Qatlamning boshqa tarafidan yorug’lik I - dI jadallik bilan chiqsin. Juda yupqa qatlam uchun jadallik kamayishi qatlam qalinligi va boshlang’ich jadallikka to’g’ri proporsionaldir

Bu yerda . Agarda qatlam qalinligi d katta bo’lsa, uni yupqa qatlamlar majmuasi deb hisoblab, jadallik o’zgarishni I₀ dan I gacha, qalinlikni esa, 0 dan d gacha integrallaymiz

;

Natural logarifmdan oddiy sonlarga o’tsak quyidagi ifodaga

yoki

ega bo’lamiz. Bu Buger-Lambert qonuni deb ataladi. Bu yerda m - berilgan moddaning yorug’likni yutish koeffisiyentidir va u to’lqin uzunligining funksiyasidir:

Bo’yalgan qorishmalar uchun m qorishmalar konsentrasiyasiga proporsionaldir

va bu holda Buger-Lambert qonuni quyidagicha ko’rinishda yoziladi:

, (3)

yutilish koeffisiyentini to’lqin uzunligiga bog’liqligi grafik ko’rinishda 5 - rasmda xlorli seziy moddasi uchun tasvirlangan.

Bu rasmda spektrning ultrabinafsha qismi tasvirlangan. Egri chiziq cho’qqilari yutilish sohalariga tegishlidir.



5 – rasm. Xlorli seziy moddasining yutilish spektri

Tiniq jismlarda, spektrning ko’zga ko’rinadigan qismida, yutilish sohalari bo’lmaydi, ultrabinafsha va infraqizil sohalarida yutilish kuzatiladi. Yorug’lik spektrining ko’zga ko’rinadigan qismida yutilish sohalari jismning rangini bildiradi. Masalan, qizil shisha qizil nurlarni deyarli yutmaydi va qolgan nurlarni yaxshi yutadi. Shuning uchun, qizil shishani oq nur bilan yoritsak qizilga o’xshaydi, yashil nur bilan yoritsak qora, ya’ni tiniqmasligini ko’rsatadi.

Metallar, ko’p erkin elektronlarga ega bo’lgani uchun, yorug’likni kuchli yutadi, elektronlar esa yorug’lik to’lqinining o’zgaruvchan elektr maydoni ta’sirida, amplitudasi katta bo’lgan tebranma harakatga keladilar. Elektronlarni tebranma harakatga keltirish uchun zarur bo’lgan energiya, yorug’lik to’lqinining energiya zahirasidan sarflanadi. Ammo tebranayotgan elektronlar ham shu chastotalarda to’lqin nurlatadi, bu esa yorug’likning qaytishiga sabab bo’ladi.

Shunday qilib, metallar yorug’likni kuchli yutadi va kuchli sochadi. Yarimo’tkazgichlar yorug’likni kamroq yutadilar, dielektriklar esa undan ham kam yutadilar.

Yorug’lik to’lqinlarining, muhit atomlari elektronlari bilan o’zaro ta’sirlashuvida, elektronlar tebranma harakatga kelib yorug’lik chiqaradilar. Tabiiy nurlarda tebranishlarning barcha yo’nalishlari teng ehtimolli bo’lganligi uchun, atomlar chiqarayotgan yorug’lik barcha yo’nalishlarda sochilishi mumkin. Agarda muhit atomlari birtekis taqsimlangan bo’lsa, sochilgan nurlar kogerent bo’ladilar va interferensiya tufayli bir-birini yo’qqa chiqaradilar. Bu holda muhit optik jihatdan birjinsli bo’lib, nurlarni sochmaydi.

Agarda, muhitda zarrachalar tartibsiz taqsimlansalar, u holda, ular sochgan yorug’lik nokogerentdir va sochilish barcha taraflarda o’rinli bo’ladi. Ammo, amalda, ximiyaviy birjinsli bo’lgan muhit molekulalari ham, issiqlik harakati va betartib xosil bo’lgan quyuqlik yoki siyrakliklar hisobiga nur sochadilar.

Agarda, birjinsli bo’lmagan quyuqlik yoki siyrakliklar o’lchamlari to’lqin uzunligiga nisbatan kichik bo’lsa, u holda istalgan yo’nalishdagi sochilgan yorug’lik jadalligi tushayotgan to’lqin uzunligiga quyidagicha bog’langan bo’ladi (Reley qonuni):

, (4)

Atmosfera havosi zarrachalarining hajmlari kichik bo’lganda quyosh nurining qisqa to’lqinlarini (binafsha, ko’k va yashil) jadal sochadi va nurning katta to’lqinlarini (qizil, sariq) yomon sochadi. Shu sababli, havoning rangi yuqori qatlamda, yashil yoki ko’k rangda (havorangda) bo’ladi.