Kurs ishning maqsadi - Fizika-texnika fakulteti

|
Fizika-texnika fakulteti
|
bet | 2/7 | Sana | 16.01.2024 | Hajmi | 50,81 Kb. | | #138605 |
Bog'liq Fizika-texnika fakultetiKurs ishning maqsadi: Fizika fanining optika bo’limiga tegishli bo’lgan “Mandelshtam-Brillyuen majburiy sochilishi” mavzularini imkon qadar yoritib berish. Ushbu mavzularni o’rganishda amonaviy kompyuter texnologiyalar va internet axborot vositalardan foydalanish asosida nochiziqli hodisalar fizikasi va ularni o’rganish usullari haqida bilimlar samaradorligini oshirish.
Kurs ishning vazifasi: Zamonaviy ta`lim tizimida fizika va astronomiyani o`qitish muammolarini tadqiq qilish.
Kurs ishning predmeti: Ilmiy adabiyotlarni analiz qilish asosida turli ta`lim bosqichlarida astronomik bilimlarni kiritish imkoniyatini aniqlash; -adabiyotlarni analiz qilish asosida fizika fanini o`rganish va o`quvchilar qiziqishini orttirishda kompyuter texnologiyalar va internet axborot vositalardan foydalanish;
Kurs ishning tuzilmasi: Kirish, 2 bob, 5 paragraf, xulosa va foydalanilgan adabiyotlardan iborat.
I BOB. NOCHIZIQLI HODISALAR FIZIKASI.
1.1 Chiziqli bo’lmagan yorug’lik hodisalari.
Molekulyar optik hodisalardan bo’lib, yorug’likning modda bilan o’zaro ta’sirilashuvida yuzaga keladi. XX asrning 60-yillarida lazerlar fizikasining gurkurab rivojlanishi bilan chiziqli bo’lmagan optika ham intensiv taraqqiy eta boshladi. Lazerlarning juda katta oniy quvvatga ega bo’lgan yorug’lik impulsini vujudga keltirishi uning yanada rivojlanishiga imkon berdi, chunki bunday kuchli yorug’lik oqimi tarqalayotgan muhitda superpozitsiya prinsipidan keskin chetlanish yuz beradi va intensiv chiziqli bo’lmagan jarayonlar rivojlana boshlaydi. Shular bilan bir qatorda chiziqli bo’lmagan effektlar juda kuchli namoyon bo’ladigan maxsus kristallar yaratildi. Umuman olganda bularning hammasi chiziqli bo’lmagan optika deb ataladigan yangi juda muhim sohaning vujudga kelishiga olib keldi.
Elektr va magnetizmda nochiziqli hodisalar XIX asrdayoq ma’lum bo’lgan. Ferromagnitiklar magnitlanishidagi to’yinish, gazlarda elektr razryadi, yarim o’tkazgichlarda p-n o’tishlar hossalari va boshqa xil fizikaviy qonunlardan chetlanishlar shu aytilganlarga misol bo’ladi. Fototokning to’yinishini ham shu jumlaga kiritish mumkin.
Fan tarixiga nazar tashlasak, optikaning chiziqli qonunlaridan chetlanish birinchi marta yorug’likning yutilish qonunida kuzatilgan.1727 yilda nemis olimi Pyer Buger (1728-1777) va A.Ber 1852 yilda yorug’likning yutilish qonunini kashf qilganlar.
Yorug’likning yutilishi dispersiya bilan bog’liq, demak, yorug’likning muhitdagi tezligi ham tushayotgan yorug’lik quvvatiga bog’liq bo’lib qoladi. Shu sababli yorug’likning ikkilanib sinishi, dixroizm, optik aktivlik va boshqa ko’pchilik optik hodisalarda optikaning klassik qonunlaridan chetlanish yuz berishi mumkin, deb yozgan edi S.I.Vavilov. Optikaning keyingi rivojlanishi, ayniqsa lazerlar yaratilgandan keyingi kashfiyotlar S.I.Vavilovning bashoratlari to’g’riligini tasdiqladi. Olimning bashorati tasdiqlanganligini va nochiziqli optika tushunchasini ham fanga birinchi bo’lib shu olim kiritganini hisobga olsak, nochiziqli optikaning asoschisi S.I.Vavilov ekanligiga qa’tiy ishonch hosil qilamiz.
Lazerlarning qo’llanilishi tufayli kuzatila boshlagan ko’plab nochiziqli hodisalarni tadqiq qilib, olimlar bu hodisalar faqat muhitning kuchli yorug’lik ta’sirida uyg’ongan atom va molekulalar bilan to’yinishi emas, boshqa sabablarga bog’liq ekanligini aniqladilar. Quyida shu sabablar va turli nochiziqli optik hodisalar haqida qisqacha so’z yuritamiz.
Har qanday muhitda yorug’lik tarqalayotganda sochiladi. Bunga sabab elektronlarning majburiy tebranishlari tufayli paydo bo’ladigan ikkilamchi to’lqinlar yorug’lik to’lqini olib kelayotgan energiyaning bir qismini chetga sochib yuboradi. Demak yorug’likning sochilishi uchun yorug’lik to’lqinining o’zgaruvchi maydoni ta’siri ostida tebrana oladigan elektronlar bo’lishi yetarlidir, bunday elektronlar esa har qanday muhitda yetarli miqdorda. Biroq shuni yodda tutish kerakki, bu ikkilamchi to’lqinlar o’zaro kogerent bo’ladi va demak, chetga sochib yuborilgan yorug’likning intinsivligini hisob qilishda ularning o’zaro interferensiyasini e’tiborga olish kerak.
Haqiqatdan ham agar muhit optik jihatdan bir jinsli bo’lsa, ya’ni uning sindirish ko’rsatkichi nuqtadan nuqtaga o’tilganda o’zgarmasa, u holda bir xil hajmda yorug’lik to’lqini bir xil elektr momentlari induksiyalaydi, bu momentlarning vaqt o’tishi bilan o’zgarishi oqibatida bir xil amplitudali ikkilamchi kogerent to’lqinlar chiqadi. muhitning bir jinsli va ikkilamchi to’lqinlarining kogerent bo’lishi yorug’lik sochilmasligining zaruriy va yetarli shartidir. Haqiqatda esa ideal bir jinsli muhitlar bo’lmaydi. Real muhitda turli sabab paydo bo’lgan optic bir jinslimasliklar hamisha bo’ladi. Bu esa yorug’likning ba’zi hollarda juda zaif sochilishini bildiradi.
Ikkilamchi to’lqinlarning interferensiyasi to’g’risida yuqorida keltirilgan mulohazalar Frenelning yorug’likning to’g’ri chiziqli tarqalishi nazariyasida yaratilgan mulohazalarga o’xshaydi. Agar Frenel nazariyasidagi ikkilamchi to’lqinlar mavhum manbalardan chiqgan bo’lsa, sochilishda nurlantirgichlar real bo’lib, muhitning atom va molekulalaridan iborat. Biroq muhit bir jinsli bo’lishi uchun juda kichik teng hajmlarda bir xil nav nurlantirgichlar soni teng bo’lishi kerak. Biroq qotib qolgan buday manzarani haqiqatda yaratib bo’lmaydi, shuning uchun bir jinslilik turli sabablarga ko’ra hamisha buziladi. Frenelning mushohadalaribir jinslilikning buzilishi bu fazoviy birjinslimasliklarda yuz beradigan difraksiya hodisasiga sabab bo’lishini ko’rsatadi. Agar birjinlimasliklarning o’lchami katta bo’lmasa , u holda difraksion manzarada yorug’lik hamma yo’nali shlarda ancha tekis taqsimlanadi. Yuqorida aytib o’tilganidek, bunday mayda bir jinslimasliklar tufayli bo’ladigan difraksiya yorug’likning difraksiyasi yoki sochilishi deyiladi. Agar muhitning birjinslimaslilari qo’pol bo’lsa, ya’ni muhitning bir –biriga yaqin bo’lgan teng hajmli juda kichik qismlari intinsivliklari sezilarli darajada farq qiladigan ikkilamchi to’lqinlarning manbalari bo’lsa, u holda yorug’likning sochilishi juda aniq ko’rinadi. Muhitning bir jinsliligi salgina buzilgan hollardachetga sochib yuborilgan yorug’lik dastlabki dastaning juda oz ulushini tashkil etadi va uni maxsus sharoitlardagina kuzatish mumkin. Tajriba yorug’likninh sochilish hodisasi uchun muhitning ikkilamchi to’lqinlar berish qobiliyatining o’zi emas, balki muhitning birjinsliligi buzilishi muhim ekanligini ko’rsatadi. Manbdan kelayotgan deyarli parallel nurlar dastasi ichiga suv quyilgan kyuvetadan o’tayotgan bo’lsin. Agar suv juda yaxshilab tozalangan bo’lsa, yon tomondan qaraganda yorug’lik deyarli ko’rinmaydi, ya’ni yorug’lik dastlabki dastadan chetga deyarli sochilmaydi. Agar kyuvetaga bir tomchi atir tomizilsa, yorug’lik intinsiv ravishda sochiladi, yorug’lik dastasi hamma tomondan yaxshi ko’rinadi. Agar kyuveta ancha qalin bo’lsa, u holda hamma yorug’lik har tomonga sochilib, kyuvetaning orqasida aniq ko’rinadigan dastlabki dasta o’rniga sochilgan yorug’likning diffuz maydonigina ko’rinadi. Bir tomchi atir qo’shilishi kyuveta ichidagi suvning nihoyatda ko’p malekulalarining xossalarini ko’p o’zgartirib yubormaydi, albatta, biroq atirda erigan holda yurgan modda zarralari suvli eritmada cho’kib, suvda muallaq turadigan mayda tomchilar , ya’ni imulsiya hosil qiladi. Bunday birjinslimasliklarning borligi ikkilamchi to’lqinlarning o’zaro interferensiyasi uchun juda boshqa sharoitlar yaratadi. Natijada birlamchi dasta bu birjinslimasliklar tufayli difraksiyalanib, xira muhitga hos bo’lgan sochilish manzarasini hosil qiladi.
Muhitning optik jihatdan birjinsliligi masalasiga yana qaytamiz; ma’lumki bir jinslilikning buzilishi yorug’lik sochilishining fizik sababidir. Yuqorida aytib o’tilgandek, optic jihatdan bir jinsli bo’lmagan muhitda uning bir-biriga yaqin bo’lgan teng hajmli juda kichik qismlari yorug’lik to’lqinining ta’siri ostida intinsivliklari bir xil bo’lgan ikkilamchi nurlanishlar manbai bo’lib qoladi. Demak tegishli qismlar yorug’lik to’lqinining o’zgaruvchi maydoni ta’siri ostida bir-biriga teng bo’lgan elektr momentlariga ega bo’ladi, bu momentlarning vaqt o’tishi bilan o’zgarishi natijasida ikkilamchi nurlar paydo bo’ladi. Optik jihatdan bir jinslilik sharti muhitning turli qismlarining sindirish ko’rsatkichi bir xil qiymatga ega bo’lishini bildiradi. Bundan muhitning butun hajmida muhitning sindirish ko’rsatkichi bir xil bo’lganda yorug’likning sinish hodisasi yuz bermaydi degan hulosa kelib chiqadi. Demak muhitning bir jinsliligini buzish uchun sindirish ko’rsatkichining doimiyligini buzish zarur.
Ko’zga ko’rinadigan yorug’lik to’lqining uzunligiga nisbatan kichik bo’lgan zarralarda yorug’likning sochilishini birinchi bo’lib Tindal kuzatgan. Turli burchak hosil qilib sochilgan yorug’lik oq yorug’likdan ko’k bo’lishi bilan farq qilishini, tushayotgan yorug’lik yo’nalganga nisbatan 900 burchak hosil qilib sochilgan yoru’lik yassi qutblangan bo’lishini ham aniqlagan.
Zarralarning o’lchami to’lqin uzunligiga nisbatan kichik bo’lgan hira muhitlarda yorug’likning sochilishini o’rganish natijasida Tindal va undan keying tadqiqotchilar tajribada kashf etgan va nazariy jihatdan Reley asoslab bergan ba’zi qonuniyatlar topildi. Bu qonuniyatlar hususida quyida oddiy tajribada tasavvur hosil qilish mumkin.
To’g’ri burchakli kyuveta to’la suvga bir necha tomchi sut tomizib suv xiralashtiriladida, unga intinsiv yorug’lik dastasi yuboriladi. Suvda yorug’lik dastasining izi aniq ko’rinib turadi.
Sochilgan yorug’likka elektr vektorining yo’nalishi dastlabki dasta va kuzatish yo’nalishi orqali o’tuvchi tekislikka perpendikulyar bo’ladi.
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.
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.
Jismning yutilish spektri.
Monoxromatik yorug’lik dx qalinlikdagi yutuvchi qatlam sirtiga perpendikulyar ravishda tushayotgan bo’lsin. Qatlamning boshqa tarafidan yorug’lik 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.
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.
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.
Majburiy nurlanish deb indutsirlovchi foton ta‘sirida kvant sistema(molekula atomi,yadro va boshq.)ning stabil holat( quyi energetik sath)dan uyg‘ngan holatga o‘tishiga aytiladi. Bunda foton energiyasi energetik sathlar ayirmasiga teng bo‘ladi.
Hosil bo‘lgan foton indutsirlovchi fotondek energiya, impuls, faza va qutblanishga ega bo‘ladi. Har ikkala foton kogerent sanaladi.
Majburiy nurlanish to‘grisida ishlarning kata qismi A.Eynshteynga tegishli. Eynshteyn gipotezasiga ko‘ra elektromagnit maydon ta‘sirida atom yoki molekula
Hozirgi kunda yorug'likning moddalar bilan o'zaro tasiri tufayli kelibchiqadigan hodisalarni o'rganishga qiziqish juda katta. Sababi modda molekulalarini tavsiflashda ularning tuzilishi va xossalarini o'rganishda muhim ma'lumotlar manbai hisoblanadi. Chunki yorug'lik muhitdan sochilganda nafaqat yorug'likning xossalari namoyon bo'ladi, balki shu nur bilan ta'sirlashgan moddaning xossalari ham nomoyon bo'ladi.
|
| |