0 ‘zbekiston respublikasi oliy va 0 ‘rta maxsus ta’lim yazirligi
Download 387.12 Kb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- 12-1SH. DIFRAKSION PANJARA YORDAMIDA YORUG‘LIKNING TO‘LQIN UZUNLIGINI ANIQLASH
- Л = X Ц - = X M i +•••+ £ ^ 4
- Kb sirup кЬ sirup
A 3 n 4 V U 2 I k ~4 3 A A 11 n ~ 4 л/бА 4 15 n ~ 4 ~ Д 5 5 ]9 k 4 Д 5 6 / W v ^ A ' i l l 1 r i '• 23 к 4 л Д й 1-jadval Ishdan maqsad: tirqish kengligi va kuzatish nuqtasi o'zgarganda difraksion manzaraning o ‘zgarishiga qarab Z E xperim ental qurilma Frenel difraksiyasini kuzatish va kerakli olchashni bajarishga imkon beradigan qurilma GS-5 goniometr asosida yaratilgan va uning chizmasi 11.6-shaklda berilgan. Simobli yorughik L lampasining nun, К kondensor yordamida goniom etr ko'rishiga sozlanadigan kollimatorning SI tirqishiga 11.6-shakl. Frenel difraksiyasini kuzatish qurilmasining chizmasi. 104 tushiriladi (goniometr laborant tom onidan sozlanadi). Kollimator yordam ida hosil qilingan yassi frontli, parallel n u rlar dastasi F (л=0,55 mkm) yorugMik filtridan o £tib, kengligi o ‘zgaruvchan S2 tirqishga tushadi. lining kengligini o £lchash uchun kollimator mikrometrik o ‘lchagich bilan ta ’minlangan. Tirqishning kengligi 0,001 mm qadam bilan (Ы),4 mm oraliqda o £zgaradi. Mikroskop M yordamida P tekislikdagi difraksion manzara kuzatiladi va o ‘lchashlar olib boriladi. Mikroskopning ko‘ndalang yo‘nalishidagi harakati mikroskopdagi mikrometrik qurilma yordamida amalga oshiriladi (mikroskop 0,001 mm qadam bilan maksimal 2,4 mm masofaga siljish mumkin). Mikroskop va S2 tirqish o ‘zaro qattiq qotirilgan holda kronshteynga o ‘matiladi. Kronshteyn o ‘z navbatida goniometr stolchasiga o ‘rnatilgan. Bu ishda goniometrning chiqish kollima- toridan foydanilmaydi. Topshiriqlar 1. Eksperimental qurilmaning elementlari bilan tanishing. Simob lampasini elektr ta ’minot manbayini elektr tarmog£iga ulang. Tirqish S2 kengligini taxminan 0, l-s-0,2 mm oraliqda qo£yib, mikroskopni sozlash jarayonida okulyarda tirqishning aniq tasvirini hosil qiling, Mikroskop asosida bo'ylam a chizg‘ich shkalasi yordamida uning ish holatini belgilab oling. Mikroskopni siljitib, tirqish chetidagi difraksiyani kuzating. Difraksiya manzarasidagi yorug£lik intensiv- ligining taqsimotini chizib oling va olingan tasvirni Kornyoi spirali yordamida tushuntiring. 2. Mikroskopni avvalgi holatiga qaytarib, tirqishning aniq tasvirini okulyarda hosil qilib, uning bu holatini chizg‘ich shkalasida belgilab oling. So£ngra mikroskopni asta-sekinlik bilan S2 tirqishdan (5 mm dan ko£p bo'lrnagan masofaga surib okulyarda birinchi jadvaldagi birinchi qatorda tasvirlangan difraksion manzaraga o £xshash marka- ziy maksimumli) tasvirni hosil qiling. Shu tasvir uchun mikroskop ning holatini belgilab oling. So£ngra mikroskop holatini buzmasdan, tirqish kengligini asta-sekin o ‘zgartirib, difraksion manzara o £zga- rish dinamikasini kuzating. Ikki, uch, to ‘rt, besh va olti maksimumli difraksion manzaralar hosil bo'lgandagi tirqish kengligining qiymat- larini yozib oling. 0 ‘lchash jarayonini uch marta qavtaring. 105 3. Mikroskopni avvalgi holatidan 5 mm masofaga siljitib, bajarilgan barcha o‘lchashlami qaytaring. U chinehi sikl o £lchashlar mikros kopni 10mm masofaga siljitib bajariladi. Olingan natijalarni ikkinchi jadvalga kiriting. 2-jadval N/N N L, Ц Ц b, b 2 b 3 1 . 1 5 10 20 2. 2 _i*_ 6. 6 5 10 20 4. 0 ‘lchashlami tugatgandan so‘ng, simob lampasini o ‘chiring va qurilmani boshlang‘ich holatga sozlang. O ich ash natijalarini qayta ishlash Ikkinchi jadvalda keltirilgan o ‘rtachalashtirilgan natijalardan foydalanib, №=2 rf l i m unosabatni ifodalovchi to 'g 'ri chiziqlar oilasini chizing. U larning qiyaligi 2rj2A ko'p ay tm an i, so‘ngra difraksion r\ — parametrni va difraksion Z d — uzunlikni aniqlash imkonini beradi. Tekshirish uchun savollar 1. Qanday hollarda Frenel va Fraungofer difraksiyalari kuzatiladi? Bu difraksiyalaming bir-biridan farqi nimada? 2. Tirqishdan va teshikdan hosil bo ‘lgan difraksivalardagi vektor diagrammalarning farqi nimada? 3. Kornyu spiral! yordamida difraksion yo'lkalarning kengligini qanday baholash mumkin? 4. G yuygens-Frenel prinsipi asosida difraksion masalalarni taqriban yechish nsulidagi asosiy prinsipial aham iyatli qanday qiynchiliklar bor? Adabiyotlar 1. 145—168-betlar; 2.118—135-betlar; 6. 268—283-betlar; 12. 14—2 1-beliar. 12-1SH. DIFRAKSION PANJARA YORDAMIDA YORUG‘LIKNING TO‘LQIN UZUNLIGINI ANIQLASH Zarur asboblar: G oniom etr G S-5, difraksion panjara, simob lampasi. ShafFof bodm agan to ‘siq chekkasidan yorugdik todqinining to‘g‘ri chiziqli tarqalishidan bar qanday og'ishiga difraksiya deyiladi. Yorugdik difraksiyasi yorugdik todqinining to'siq chekkaiari bilan o'zaro ta ’sirlashishidan vujudga keiadi. Masalan, juda ham ingichka ip oiamiz va bu ipni monoxromatik yorugdik nurining yoMiga joylashtiramiz. Ekranda o ‘sha ipning soyasi (qorongd) bodishi o ‘miga yorug‘ chiziqlarga ega bodamiz. Undan tashqari bu oq chiziq atrofida yana yom g‘ va qorongd ko‘p chiziqlar vujudga keiadi. Demak, yoragdik ingichka ip chekkalaridan og‘adi va difraksiya hodisasi bodadi. Yorugdikning ip chekkalaridan ogdb odgan qismlari bir-birlarini qoplashi natijasida i nterferensiyalashadi. N atijada, ekranda m aksimum (yorug‘), m inim um (qorongd) chiziqlar hosii bodadi. Shunday qilib, yorugdik difraksiyasi ikkita prinsip yordamida: I. Gyuygens prinsipiga asoslanib sferik todqin frontining har xii nuqtasi o ‘z navbatida ikkiiamchi yorugdik manbayi hisoblanadi va bu yangi todqin shu muhitda m a’lum tezlik bilan tarqaladi. II. Interferensiya qonuniga asosan, sferik todqin frontining hamma nuqtalari bir xil chastota va bir xil fazaiarda tebranadi va ular kogerent manbalar hisoblanib, bosil bodgan ikkiiamchi todqin- larning qo'shilishi natijasida fazoning ba’zi bir nuqtalarida bir- birlarini kuchavtiradi (maksimum bodadi), b a’zi bir nuqtalarida esa bir-birlarini susaytiradiiar (minimum) hosii qiladilar. Maksimum va minimumlaming hosii bodishini Frenel sferik todqin frontini zonalarga bodib, u zonalardan kuzatish nuqtasiga kelgan yorugdik todqinining amplitudalarini qo’shish bilan tushun- tiradi. 107 Difraksiya hosil qilishda asosan ikki xildagi difraksiya: yorug‘lik manbayi bilan to ‘siq va to ‘siq bilan ekranlar oralig‘i chekli bo ‘lgan hoi va ikkinchisi Fraungofer xilidagi difraksiya (yorug‘lik manbayi bilan to ‘siq va to ‘siq bilan ekran orasidagi masofalar cheksiz bo ‘lgan hoi) ajratiladi. Ikkinchi xildagi difraksiyani laboratoriya sharoitida olish uchun yorug‘lik manbayi bilan to ‘siq oralig‘i va to ‘siq bilan ekran oraliqlariga Linz,alar joylashtirish lozim. I. Fraungofer turidagi difraksiyani, ya’ni tirqishdan hosil bo‘lgan difraksiyani ko‘rib chiqayhk. Tirqish deb, hosil bo'lgan yarim tekisliklar bir-birlaridan b masofada parallel joylashgan sistemaga aytiladi. b tirqishning kengligi deyiladi. Tirqishga parallel nurlar dastasi tushishi kerak (Fraungofer turidagi difraksiya). Shuning uchun ham yorug‘lik manbayi bilan tirqish oraligciga va tirqish bilan m anzarani kuzatiladigan ekran oralig'iga linzalar joylashtiramiz. Tirqishdan oldingi linza fokusida yorugTik manbayi, tirqishdan keyingi linzaning fokal tekisligida ekran joylashgan b o iad i. Shunday qilib, tirqish tekishgiga parallel nurlar dastasini normal tushiramiz va tirqish tekisligi to ‘lqin frontini hosil qiladi. Tirqish kengligi A = b, AB — tirqish oralig‘ini x desak, A va В nuqtalardan cp — difraksiya burchagi bilan chiqqan nurlar orasidagi yo‘llar farqi AB — d ~ xsin Tirqishning elem entar dx — yuzalaridan (chunki dx — eni va 1 — tirqish uzunliklar ko ‘paytmasi \TJzachani tashkil etadi) chiqqan tebranish amphtudalari dA~dx yoki dA — cdx bo‘ladi. Tirqishning hamma yuzasidan (b — enidan) hosil bo'lgan tebranish amplitudasi: b b A) = J dA = J cdx = cb о о bundan, kelib chiqadi. 108 ni hosil qilamiz. dA = — dx b Odatda difraksiya burchakiari kichik boMganligidan, b b . b . S = f * ~ f ~ c o s ( o x - kd )dx = f — cos (cot - kx sin (p)dt = „ „ b J h 0 0 . жb sirup sm = A) — - 7-7Г - cos(ft» - nbsinq) nbsin Bu tebranish amplitudasi cos (yoki sin) lar oldidagi koef- fitsientdir, y a ’ni sin Kb sirup \ = \ - nbs\x\(p ( 12 . 1 ) 109 Intensivlik fcp = (A y)2 bo'lgani uchun ^ sp h . n b sin w s in ----------- Я n b sin (p \2 ( 12 . 2 ) Difraksiyalangan (tirqishdan) nurlam ing maksimum yoki m ini m um shartlarini (12.2) ifodadan topamiz. (12.2) ifodaga quyidagi belgilash kiritib, P = n b sin cp X (12.3) Iq> ^0 sin /} \2 (12.4) niolamiz. 1. (12.4) dan lim p - » 0 sin p ~ T = i; 1ч> 7° maksimum bo‘ladi. Dernak, P = nb^ n 2. sin maksimum bo la d i. Ekranning Pn nuqtasida (tirqish uchun), agarda tirqishga tushayotgan yom g lik oq bo‘Isa (quyosh nuri), oq yorag‘ chiziq, agarda monoxromatik (m a’lum to lq in uzunligida - qizil, yoki ko‘k, sariq,...) b o ls a , Po nuqtada o ‘slia tushgan rangdagi yorugiik bo'ladi. 2. (12.2)dan bsin(p = ± {2k + \ ) ~ (k = 1,2,3,...) ( 1 2 . 5 ) bo’Isa, ya’ni ushbu (12.5) shart bajarilsa ham, ekranning bu nuq- talarida boshqa m aksim um lar bo'ladi. Lekin bu nuqtalardagi intensivliklar, =0 dagiga nisbatan juda ham kichik (xira) bo‘ladi. 3. (12.2) ifodadan b simp - ±kX (k — 1,2,3,..) (12.6) tirqishdan hosil bo‘igan difraksiyaning m inim um (qorong'i) shartini beradi. Bu nuqtalar istalgan maksimumlar oraligMdir. 110 Shuni aytish kerakki, (12.2) ifodaga nazar tashlasak shuni ko‘ramizki, + difraksiya burchaklaridagi intensivliklar bir xil va Po nuqtadagi (ekran markazidagi nolinchi maksimumga nisbatan) manzara simmetrik joylashgan bo‘ladi (sinuslar kvadratda b o lg a n i uchun). Boshqa m aksim um lar shartini, ya’ni (12.5) shartini (12.2) ifodaga qo‘yib, k= 1, /c=2, lc= 3,... lami bersak, h : h : . . . =1 : 0.045: 0.016: 0,0086 lar kabi intensivliklar nisbatlari kelib chiqadi. Bu nisbatlardan ko‘rinadiki, nolinchi maksimum ((jo^O) boshqa maksimumlardan juda ham ravshan ekan. Tirqish uchun minimum shartidan (12.6 ifodadan) b sin ±kX (12.6) k j = * in«P (12.7) m inim um lar sonini beradi. Boshqacha aytganda, agarda X> b bo‘lganda, tirqishdan hech qanday difraksion manzara (maksimum yoki minimumlar) hosil bo'lm as ekan. (12.6) ifodadan 6sin apj burchak juda kichik bo ‘lgani uchun: 21 A (12.8) ni olamiz. ( 12.8) ifoda tirqishdan hosil bo‘lgan nolinchi rnaksi- mumning burchak kengligi deyiladi. II. Difraksion panjarada yom g iik difraksiyasi hosil boMishini kohamiz. Eni (kengligi) «6» va uzunligi «ы» boMgan (u >> b) shaffof ramkaga tirqish deyiladi. Ko‘p sondagi eni b, bir-birlaridan eni «a» masofalardagi to'siqiardan iborat bo'lgan tirqishlar to ‘plamini difraksion panjara deyiladi. 12.2-shaklda difraksion panjara tasvir- iangan bo‘lib, unga parallel nurlar dastasi normal tushadi. Difraksion panjara shaffof oraliqlaiining (tirqishlarining) keng- ligini b bilan, tirqishlar orasidagi shaffof b o lm a g a n oraliqlar a bilan belgilangan. Difraksion panjaradagi tirqishlaming urnumiy i l l sonini N va difraksion panjara uzunligini L desak, u holda n —N /L ni difraksion panjara birlik uzunligidagi shtrixlar soni deyiladi. Chunki, difraksion panjara tekis yassi parallel shisha ustiga olmos qirrasi bilan bo'lish mashinasi yordamida, bir tekis qilib chiziqlar chiziladi. Olmos qirrasi chizgan izi a, izlar oralig‘i b deb belgilanadi. Eng yaxshi difraksion panjaralarda birlik uzunlikdagi shtrixlar soni 1 m m uzunlikda 2000 gacha chiziladi. U m um iy shtrixlar soni N = 200000 gacha bo‘ladi. Difraksion panjaradan pastda (12.3-shakl) linza Z joylashtiriladi va linzaning fokal tekistligida ekran (difraksion manzara kuzatilishi uchun) joylashtiriladi. Linza qo‘yilishiga sabab, difraksion panjaradan turli burchaklar bilan chiqqan y om glik dastalari linzadan o ‘tib, fokal tekisligida yig‘iladilar va yig£ilgan joylarida maksimum (yorug’), minimum (qorongd) chiziqlar hosil bo ‘ladi. H o zir difraksion panjaradagi hosil b o ‘lgan m aksim um va m inimum shartlarini ko£ramiz. Tirqish kengligi b, tirqishlar oralig'i a va a f b=d difraksion panjara doimiysi (yoki davri) bo‘lgan N — ta tirqishlardan tashkil topgan difraksion panjara berilgan bo‘lsin. Bunda n = -7- = 3- bo£ladi. L a 112 А, I ]2.3-shakl. Sunday difraksion panjaraga parallel m onoxrom atik nurlar dastasi normal tushsin. Normal tushgan parallel nurlar dastasi difraksion panjara bilan o ‘zaro ta ’sirlashishi natijasida o ‘z yo ‘nalishini tushgan nurga nisbatan, q> — burchakka o ‘zgartiradi (difraksiya hodisasi). 12.3- shakldan bu y o ila r farqi 5 ga teng boladi: Bu ikkita nur (boshqa tirqishiardan shu (p burchak bilan difrak- siyalangan nu rlar ham ) linzadan o ‘tib, fokal tekistlikning P9 nuqtasiga to ‘planadilar. Bu to'plangan nurlarning istalgan ikkitasi (d — oraliqdan chiqqanlar) orasidagi yo‘llar farqi 5 = dsmcp ga teng b o ‘ladi, ya’ni bir xil y o ila r farqiga ega bo‘3adilar. Ikkita nurlar orasida y o ila r farqidan tashqari yana fazalar farqi (Аф) ham bor. Bular orasidagi boglanish: Bu yerda к = 2n/X to lq in son! deyiladi. Yuqorida qulaylik uchun ikkita tirqish va ikkita num i olgan edik. Odatda difraksion panjarada N — ta tirqishlar bor, undan tashqari bir xil tirqishdan difraksiya burchagi. bilan ch iq q an n u rlar ham k o ‘pdir. Agarda h a r bir 5 = ^/sin (12.9) ( 12 . 10 ) 113 tirqishdan cliiqqan nurlarning ampUtudalarini A, lar biian beigiiasak, u holda hamma tirqishlardan cp burchak biian chiqib, ekranning P vaziyatiga yig‘ilgan nurlar ampUtudalarini quyidagicha ifodalanadi: Л = X Ц - = X M i +•••+ £ ^ 4 =Aq>l +A(p2 + ...+ A N ta 1 — tir 2— tir N-tir tirqish ( 1 2 . 1 1 ) Bu vekiorlar bir-birlaridan A(p fazalar farqiga farq qiladilar. Agarda bu vektorlarni birin-ketin (12.4) shakldagidek qo‘ya boshlasak, fazalar farqi A cp = const boMgani uchun, aylananing koordinatalariga o'xshab ketadi. 12.4-shakldan AOCD va ЛОЕС lardan yarim burchak sinuslarini topsak: 114 . а sin — 2 ( 12 . 12 ) . а 2 sm — = 2 ОС A = A(pj - sm A 2 k 12.4-shakldan« = 2KNA(p\ ma’lumki,zl = 2/r- dsinrp. 2 Bit qiymatlami (12.12) tenglamaga qo'ysak: A = A(p; sinj ' к Nd sin^o Л| Я J sin ( Kd sin cp ' l * J (12.13) A — bitta tirqishdan difraksiya burchagi bilan P,, — nuqtaga kelgan amplitudalar. sin A (p - A q - Kb sirup кЬ sirup (12.14) Shimday qilib. N ta tirqishlardan (p — difraksiya burchak bilan chiqib. P,p nuqtaga kelgan natijaviy amplituda: A = V sin 'Kbsinrp H KNdsincp ^ L_^_ Я ) Kb sin (p sin ( Kd sin <p я l A J (12.15) jfoda bilan ifodalanar ekan. Amplituda kvadrati yomg'lik intensivligiga mutanosibiigim nazarga olib, yorug‘lik intensivligi ifodasini quyi- dagicha yozamiz (chunki ekrandagi maksimum yoki minimumlarni intensivlik ifodasiga binoan topiladi): / / , . Л\2 ( Kbsrrrrp ' sm / = /n Kb sirup sin к Nd sin (p \2 sm K d s in (p A 115 (12.16) (12.16) ifoda yordamida ekranning qaysi vaziyatlarida (joylarida) yorugiik qo‘shilishi natijasida kuchayishlami (maksimumlarni) va (minimumlami) tekshirib ko‘rish mumkin. Shunday qilib, difrak- sion panjara uchun m aksimum va m inim um shartlari (12.16) ifodadan topiladi. Difraksion panjara minimum sharti bitta tirqishdagi minimum sharti bilan bir xil bo ‘ladi, ya’ni: sin = ±fcA (k = 1,2,3,•••) ( 1 2 .1 7 ) (12.16) ifodani yorugiik intensivligi va a = ~ = 7lds^ n-< (> - yordamida quyidagicha yozamiz: I = I(p sin Na sin2 a (12.18) Bu intensivlik maksimum boiadi. Shu vektor qachonki а =±кл (/c=0 , 1,2,3) shart bajarilsa, bu shartga muvofiq, K d s i T U p ,, л i , \ t 2 — ------ = ±kn, u n d a I = I(pN bo‘ladi va fl?sin (m^O,1,2,3...) (12.19) (12.19) ifoda difraksion panjaraga yorugiik dastasi normal tushganda ekrandagi hamma maksimumlarning vaziyatini ko'rsatadigan ifoda b o iib , bu ifodani difraksion panjara uchun bosh maksimumlar sharti deyiladi. ф = 0 ni nolinchi bosh maksimum deyiladi va bu nolinchi maksimum bitta tirqishning nolinchi maksimumidan № marta ko‘p (juda ham ravshan) boiadi. Shuni aytish kerakki, agarda difraksion panjaraga tushayotgan yorugiik monoxromatik b o isa , ekrandagi ham m a maksimumlar o ‘sha rangda boiadi, shu jumladan nolinchi maksimum ham. Agarda difraksion panjaraga tushayotgan yorugiik oq yorugiik boisa, difrak sion maksimumlarda hamma ranglar (spektrlar) boiadi. Nolinchi m aksim um esa, keskin ravshan oq b o ia d i. C hunki nolinchi maksimumda hamma spektrlar qo‘shiladi. 116 Shimday qilib, difraksion panjara bilan ishlanganda, asosan ( 12.20) - ifoda bilan ish olib boramiz: d s'm(p±k = ±kX (12.20) bu ifodada: d - difraksion panjara doimiysi, к - difraksion bosh maksimumlar tartibi, X — tushayotgan yorugdik to ‘qin uzunligi, 0 dan ham o ‘ngda (+щ, + qh + qh...), ham chap tom onda (— q>\, — q>i — bo'ladi. Lekin \(p+k\ ~ \ ( 12.20) va (12.16) ifodalar to ‘g‘risida quyidagilami aytish mumkin. Intensivhk ifodasida sinuslarning kvadrati bodgani uchun (sinus toq funksiya) uning asosi etib olganda ham intensivhk plyus bolaveradi, ya’ni bu ifodalarga asosan ekrandagi difraksion manzara (maksimumlar va minimumlar) no! holatga nisbatan simmetrik bodadi (12.5-shaklga qarang). . J i l U i ► Agarda difraksion panjara monoxromatik bodmagan yorugdik dastasi bilan yoritilsa, difraksion manzara 12.6-shakldagidek ko‘ri- nishga ega bo dad i (Ai < < Хз). 117 |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling