Bazı fizik yasalarını görsel yardımlar kullanmadan hayal etmek zordur. Bu, çeşitli nesnelere düşen olağan ışık için geçerli değildir. Bu nedenle, iki ortamı ayıran sınırda, bu sınır, enerjisinin bir kısmı ilk ortama geri döndüğünde ışığın oluştuğu zamandan çok daha büyükse, ışık ışınlarının yönünde bir değişiklik meydana gelir. Işınların bir kısmı başka bir ortama girerse, kırılmaları meydana gelir. Fizikte iki farklı ortamın sınırına düşen enerjiye düşme, ondan birinci ortama dönen enerjiye yansıma denir. Işığın yansıma ve kırılma yasalarını belirleyen bu ışınların karşılıklı düzenlenmesidir.

Şartlar

Gelen ışın ile ışık enerjisi akışının insidans noktasına geri yüklenen iki ortam arasındaki arayüze dik çizgi arasındaki açıya denir. Başka bir önemli gösterge var. Bu yansıma açısıdır. Yansıyan ışın ile insidans noktasına geri yüklenen dikey çizgi arasında ortaya çıkar. Işık sadece homojen bir ortamda düz bir çizgide yayılabilir. Farklı ortamlar, ışık emisyonunu farklı şekillerde emer ve yansıtır. Yansıma katsayısı, bir maddenin yansıtıcılığını karakterize eden bir niceliktir. Ortamın yüzeyine ışık radyasyonunun getirdiği enerjinin ne kadarının yansıyan radyasyon tarafından taşınacağını gösterir. Bu katsayı birçok faktöre bağlıdır, en önemlilerinden biri geliş açısı ve radyasyonun bileşimidir. Işığın tam yansıması, yansıtıcı bir yüzeye sahip nesnelere veya maddelere çarptığında meydana gelir. Örneğin, bu, ışınlar cam üzerinde biriken ince bir gümüş ve sıvı cıva filmine çarptığında olur. Işığın tam yansıması pratikte oldukça yaygındır.

Yasalar

Işığın yansıması ve kırılması yasaları 3. yüzyılda Öklid tarafından formüle edildi. M.Ö NS. Hepsi deneysel olarak oluşturulmuştur ve tamamen geometrik Huygens ilkesiyle kolayca doğrulanabilir. Ona göre, bozulmanın ulaştığı ortamdaki herhangi bir nokta, bir ikincil dalga kaynağıdır.

İlk ışık: gelen ve yansıyan ışın ve ayrıca ışık ışınının geldiği noktada yeniden oluşturulan ortamlar arasındaki arayüze dik çizgi aynı düzlemde bulunur. Dalga yüzeyleri şeritler olan yansıtıcı yüzey üzerine bir düzlem dalga geliyor.

Başka bir yasa, ışığın yansıma açısının gelme açısına eşit olduğunu söylüyor. Bunun nedeni, karşılıklı olarak dik kenarlara sahip olmalarıdır. Üçgenlerin eşitliği ilkelerine dayanarak, gelme açısının yansıma açısına eşit olduğu sonucu çıkar. Işının geldiği noktada ortamlar arasındaki arayüze geri yüklenen dikey çizgi ile aynı düzlemde olduklarını kanıtlamak kolaydır. Bu en önemli yasalar, ışığın ters yönü için de geçerlidir. Enerjinin tersinirliği nedeniyle, yansıyan ışının yolu boyunca yayılan bir ışın, gelenin yolu boyunca yansıtılacaktır.

Yansıtıcı cisimlerin özellikleri

Nesnelerin büyük çoğunluğu sadece üzerlerine gelen ışığı yansıtır. Ancak bunlar bir ışık kaynağı değildir. İyi aydınlatılmış cisimler, yüzeylerinden gelen radyasyon yansıtıldığından ve farklı yönlere dağıldığından, her taraftan mükemmel bir şekilde görülebilir. Bu olaya dağınık yansıma denir. Işık herhangi bir pürüzlü yüzeye çarptığında oluşur. Cisimden yansıyan ışının geldiği noktadaki yolunu belirlemek için yüzeye dokunan bir düzlem çizilir. Daha sonra, buna bağlı olarak, ışınların gelme ve yansıma açıları çizilir.

dağınık yansıma

Işık yayamayan nesneleri ayırt etmemizin tek nedeni, ışık enerjisinin dağınık (yaygın) yansımasının varlığıdır. Işınların saçılması sıfıra eşitse, herhangi bir cisim bizim için kesinlikle görünmez olacaktır.

Işık enerjisinin dağınık yansıması, bir kişinin gözünde rahatsızlığa neden olmaz. Bunun nedeni, tüm ışığın orijinal ortama geri dönmemesidir. Dolayısıyla radyasyonun yaklaşık %85'i kardan, %75'i beyaz kağıttan ve sadece %0,5'i siyah kadifeden yansır. Işık çeşitli pürüzlü yüzeylerden yansıdığında, ışınlar birbirine göre düzensiz bir şekilde yönlendirilir. Yüzeylerin ışık ışınlarını yansıtma derecesine bağlı olarak mat veya aynasal olarak adlandırılırlar. Yine de, bu kavramlar görecelidir. Aynı yüzeyler, gelen ışığın farklı dalga boylarında aynasal ve opak olabilir. Işınları farklı yönlere eşit olarak dağıtan bir yüzey tamamen mat olarak kabul edilir. Doğada pratikte böyle nesneler olmamasına rağmen, sırsız porselen, kar ve çizim kağıdı bunlara çok yakındır.

ayna yansıması

Işık ışınlarının aynasal yansıması diğer türlerden farklıdır, çünkü enerji ışınları pürüzsüz bir yüzeye belirli bir açıyla düştüğünde, bir yönde yansıtılırlar. Bu fenomen, bir zamanlar ışık ışınlarının altında bir ayna kullanan herkese aşinadır. Bu durumda, yansıtıcı bir yüzeydir. Diğer organlar da bu kategoriye aittir. Optik olarak pürüzsüz tüm nesneler, üzerlerindeki homojen olmama ve düzensizliklerin boyutları 1 μm'den küçükse (ışın dalga boyunun değerini aşmıyorsa) ayna (yansıtıcı) yüzeyler olarak sınıflandırılabilir. Bu tür tüm yüzeyler için ışık yansıması yasaları geçerlidir.

Farklı aynalı yüzeylerden ışığın yansıması

Teknolojide, kavisli yansıtıcı yüzeye sahip aynalar (küresel aynalar) sıklıkla kullanılır. Bu tür nesneler, küresel bir segment biçimindeki cisimlerdir. Işığın bu tür yüzeylerden yansıması durumunda kirişlerin paralelliği büyük ölçüde ihlal edilir. Ayrıca, bu tür aynaların iki türü vardır:

içbükey - bir küre parçasının iç yüzeyinden gelen ışığı yansıtır, bunlara toplama denir, çünkü onlardan yansıdıktan sonra paralel ışık ışınları bir noktada toplanır;

Dışbükey - ışığı dış yüzeyden yansıtırken paralel ışınlar yanlara dağılır, bu nedenle dışbükey aynalara saçılma denir.

Işık yansıması seçenekleri

Yüzeye neredeyse paralel düşen bir ışın, yüzeye yalnızca hafifçe dokunur ve sonra çok geniş bir açıyla yansır. Daha sonra yüzeye mümkün olduğunca yerleştirilmiş çok alçak bir yolda devam eder. Neredeyse dikey olarak düşen bir ışın, dar bir açıyla yansıtılır. Bu durumda, zaten yansıyan ışının yönü, fiziksel yasalara tamamen karşılık gelen gelen ışının yoluna yakın olacaktır.

Işığın kırılması

Yansıma, kırılma ve toplam iç yansıma gibi geometrik optikteki diğer fenomenlerle yakından ilişkilidir. Çoğu zaman, ışık iki ortam arasındaki sınırdan geçer. Işığın kırılmasına optik radyasyon yönünde bir değişiklik denir. Bir ortamdan diğerine geçtiğinde ortaya çıkar. Işığın kırılmasının iki modeli vardır:

Ortam arasındaki sınırdan geçen ışın, yüzeye ve gelen ışına dik olan bir düzlemde bulunur;

Gelme açısı ve kırılma açısı bağlantılıdır.

Kırılmaya her zaman ışık yansıması eşlik eder. Yansıyan ve kırılan ışınların enerjilerinin toplamı, gelen ışının enerjisine eşittir. Göreceli yoğunlukları, gelen ışına ve gelme açısına bağlıdır. Birçok optik cihazın tasarımı, ışığın kırılma yasalarına dayanmaktadır.

Yansıma ve kırılma, herkesin günlük hayatta karşılaştığı tipik aydınlatma efektleridir. Bu yazıda, her iki etkinin de tek bir süreç çerçevesinde kendini gösterdiği durumu ele alacağız, içsel toplam yansıma olgusundan bahsedeceğiz.

Işık yansıması

Bu fenomeni düşünmeden önce, sıradan yansıma ve kırılmanın etkilerine aşina olmalısınız. İlkiyle başlayalım. Basitlik için, bu fenomenler herhangi bir doğadaki dalgaların karakteristiği olmasına rağmen, sadece ışığı ele alacağız.

Yansıma, yolunda bir engelle karşılaştığında bir ışık huzmesinin başka bir doğrusal yörüngeye doğru hareket ettiği bir doğrusal yörüngedeki bir değişiklik olarak anlaşılır. Bu etki, lazer işaretçiyi bir aynaya yönelterek gözlemlenebilir. Su yüzeyine bakıldığında gökyüzünün ve ağaçların görüntülerinin ortaya çıkması da güneş ışığının yansımasının bir sonucudur.

Yansıma için, aşağıdaki yasa geçerlidir: Gelme ve yansıma açıları, yansıma yüzeyine dik olanla birlikte aynı düzlemde bulunur ve birbirine eşittir.

Işığın kırılması

Kırılmanın etkisi yansımaya benzer, ancak ışık demetinin yolundaki engel başka bir saydam ortam ise oluşur. Bu durumda, orijinal ışının bir kısmı yüzeyden yansır ve bir kısmı ikinci ortama geçer. Bu son kısma kırılan ışın denir ve ortamlar arasındaki arayüze dik ile oluşturduğu açıya kırılma açısı denir. Kırılan ışın, yansıyan ve gelen ışınla aynı düzlemde bulunur.

Canlı kırılma örnekleri, bir bardak suda bir kalemin kırılması veya bir kişinin yukarıdan dibe baktığında bir gölün aldatıcı derinliği olarak adlandırılabilir.

Matematiksel olarak, bu fenomen Snell yasası kullanılarak tanımlanır. İlgili formül şöyle görünür:

Burada ve kırılmalar sırasıyla θ 1 ve θ 2 olarak gösterilmiştir. N 1, n 2 değerleri, her ortamdaki ışığın hareket hızını yansıtır. Bunlara ortamın kırılma indisleri denir. n ne kadar büyük olursa, ışık verilen malzemede o kadar yavaş hareket eder. Örneğin, ışığın sudaki hızı havadakinden %25 daha azdır, bu nedenle onun için kırılma indisi 1.33'tür (hava için 1'dir).

Toplam iç yansıma olgusu

Işın büyük n'li bir ortamdan yayıldığında ilginç bir sonuca yol açar. Işına ne olacağına daha yakından bakalım. Snell'in formülünü yazalım:

n 1 * günah (θ 1) = n 2 * günah (θ 2).

n 1> n 2 olduğunu varsayacağız. Bu durumda eşitliğin doğru kalması için θ 1, θ 2'den küçük olmalıdır. Bu sonuç her zaman doğrudur, çünkü sadece sinüs fonksiyonunun sürekli arttığı 0 o ile 90 o arasındaki açılar dikkate alınır. Bu nedenle, daha yoğun bir optik ortamı daha az yoğun olana (n 1> n 2) bırakırken, ışın normalden daha güçlü bir şekilde sapar.

Şimdi θ 1 açısını artıracağız. Sonuç olarak, θ 2'nin 90 o'ya eşit olacağı an gelecektir. Şaşırtıcı bir fenomen ortaya çıkıyor: daha yoğun bir ortamdan yayılan bir ışın içinde kalacak, yani onun için iki şeffaf malzeme arasındaki arayüz opak hale gelecek.

Kritik açı

θ 2 = 90 o olan θ 1 açısı, genellikle dikkate alınan ortam çifti için kritik olarak adlandırılır. Arayüze kritik açıdan daha büyük bir açıyla çarpan herhangi bir ışın, tamamen birinci ortama yansıtılır. Kritik açı θ c için, doğrudan Snell formülünden çıkan bir ifade yazabilirsiniz:

günah (θ c) = n 2 / n 1.

İkinci ortam hava ise, bu eşitlik şu şekilde basitleştirilir:

günah (θ c) = 1 / n 1.

Örneğin, su için kritik açı:

θ c = arksin (1 / 1.33) = 48.75 o.

Havuzun dibine dalarsanız ve yukarı bakarsanız, gökyüzünü ve boyunca uzanan bulutları sadece kendi başınızın üstünde görebilirsiniz, su yüzeyinin geri kalanında sadece havuzun duvarlarını görürsünüz.

Yukarıdaki akıl yürütmeden, kırılmadan farklı olarak, toplam yansımanın tersine çevrilebilir bir fenomen olmadığı, yalnızca daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama geçiş sırasında meydana geldiği, ancak bunun tersi olmadığı açıktır.

Doğada ve teknolojide tam yansıma

Doğada belki de tam yansımadan mümkün olmayan en yaygın etki gökkuşağıdır. Gökkuşağının renkleri, beyaz ışığın yağmur damlaları içinde dağılmasının bir sonucudur. Bununla birlikte, ışınlar bu damlacıklardan geçtiğinde, tek veya çift bir iç yansıma yaşarlar. Bu nedenle gökkuşağı her zaman çift görünür.

Fiber optik teknolojisinde dahili toplam yansıma fenomeni kullanılır. Optik fiberler sayesinde elektromanyetik dalgalar uzun mesafelere kayıpsız olarak iletilebilir.

sözde fiber optiklerde kullanılır. Fiber optik, ışığın fiber optik yoluyla iletilmesiyle ilgilenen optik dalını ifade eder. Fiber optik ışık kılavuzları, demetler (demetler) halinde birleştirilmiş ayrı şeffaf fiberlerden oluşan bir sistemdir. Daha düşük kırılma indisine sahip bir madde ile çevrili şeffaf bir fiberin içine düşen ışık, birçok kez yansıtılır ve fiber boyunca yayılır (bkz. Şekil 5.3).

1) Tıpta ve veterinerlik tanısında, optik fiberler esas olarak iç boşlukların aydınlatılması ve görüntü aktarımı için kullanılır.

Tıpta fiber optik kullanımına bir örnek: endoskop- iç boşlukları (mide, rektum vb.) incelemek için özel bir cihaz. Bu tür cihazların çeşitlerinden biri fiberdir. gastroskop... Yardımı ile mideyi sadece görsel olarak incelemekle kalmaz, aynı zamanda teşhis amacıyla gerekli fotoğrafları da çekebilirsiniz.

2) Işık kılavuzları yardımıyla, tümörler üzerinde tedavi edici bir etki amacıyla lazer radyasyonu da iç organlara iletilir.

3) Fiber optik, teknolojide geniş uygulama alanı bulmuştur. Son yıllarda bilgi sistemlerinin hızla gelişmesi ile bağlantılı olarak, iletişim kanalları aracılığıyla bilginin kaliteli ve hızlı bir şekilde iletilmesine ihtiyaç duyulmuştur. Bu amaçla, fiber optik ışık kılavuzları boyunca yayılan bir lazer ışını tarafından sinyal iletimi kullanılır.

IŞIĞIN DALGA ÖZELLİKLERİ

GİRİŞİM SVETA.

Girişim- ışığın dalga doğasının en parlak tezahürlerinden biri. Bu ilginç ve güzel fenomen, belirli koşullar altında iki veya daha fazla ışık demeti üst üste bindirildiğinde gözlemlenir. Girişim fenomenleriyle oldukça sık karşılaşıyoruz: asfalttaki yağ lekelerinin renkleri, donan pencere camlarının rengi, bazı kelebeklerin ve böceklerin kanatlarındaki tuhaf renk desenleri - tüm bunlar ışık girişiminin bir tezahürüdür.

IŞIK GİRİŞİMİ- iki veya daha fazla alana ekleme tutarlı farklı noktalarda elde edildiği ışık dalgaları genlikte artış veya azalma ortaya çıkan dalga.

Tutarlılık.

tutarlılık zaman ve uzayda çeşitli salınım veya dalga süreçlerinin koordineli seyri olarak adlandırılır, yani. aynı frekansta ve zaman içinde sabit bir faz farkı olan dalgalar.

Tek renkli dalgalar ( tek dalga boyu ) - tutarlılar.

Çünkü gerçek kaynaklar kesinlikle tek renkli ışık vermeyin, ardından herhangi bir bağımsız ışık kaynağı tarafından yayılan dalgalar her zaman tutarsız... Kaynakta ışık, her biri sadece yaklaşık 10 -8 s için ışık yayan atomlar tarafından yayılır. Sadece bu süre zarfında, atomun yaydığı dalgalar sabit genlik ve salınım fazına sahiptir. Ama tutarlı ol dalgalar, bir kaynaktan yayılan bir ışık huzmesini 2 ışık dalgasına bölerek ve farklı yollardan geçtikten sonra yeniden birbirine bağlayarak olabilir. Daha sonra faz farkı, dalgaların yolundaki farkla belirlenecektir: kalıcı Faz farkı ayrıca olacak kalıcı .

ŞART MAKSİMUM ETKİLEŞİM :

Eğer optik yol farkı ∆ boşlukta çift ​​sayıda yarım dalga veya (tam sayıda dalga boyu)

(4.5)

o zaman M noktasında uyarılan salınımlar da meydana gelecektir. aynı aşamada.

ŞART MİNİMUM ETKİLEŞİM.

Eğer optik yol farkı ∆ eşittir tek sayıda yarım dalga

(4.6)

sonra ve M noktasında uyarılan salınımlar meydana gelecektir. antifazda.

Işık girişiminin tipik ve yaygın bir örneği sabun filmidir.

Girişim uygulama - Optik yansıma önleyici: Mercekten geçen ışığın bir kısmı yansıtılır (karmaşık optik sistemlerde %50'ye kadar). Yansıma önleyici yöntemin özü, optik sistemlerin yüzeylerinin girişim fenomeni yaratan ince filmlerle kaplanmasıdır. Filmin kalınlığı, gelen ışığın d = l / 4'üdür, daha sonra yansıyan ışığın, minimum girişime karşılık gelen bir yol farkı vardır.

IŞIK KIRINMASI

kırınım ile aranan engellerin etrafında dalga bükme, yolda karşılaştıkları veya daha geniş anlamda - dalga yayılımındaki herhangi bir sapma engellere yakın doğrudan.

Kırınım gözlemleme yeteneği, ışığın dalga boyunun engellerin boyutuna (süreksizlikler) oranına bağlıdır.

Kırınım Fraunhofer bir kırınım ızgarası üzerinde.

Tek boyutlu kırınım ızgarası - aynı düzlemde uzanan ve eşit genişlikte opak aralıklarla ayrılmış, eşit genişlikte paralel yarıklar sistemi.

Toplam kırınım deseni tüm yuvalardan gelen dalgaların karşılıklı girişiminin sonucudur - kırınım ızgarasında, tüm yarıklardan gelen uyumlu kırınımlı ışık ışınlarının çok ışınlı girişimi meydana gelir.

Eğer bir - genişlik her çatlak (MN); b - opak alanların genişliğiçatlaklar arasında (NC), ardından değer d = a +  b aranan kırınım ızgarasının sabiti (periyodu).

burada N 0 birim uzunluk başına yuva sayısıdır.

Kirişlerin (1-2) ve (3-4) yol farkı ∆, CF'ye eşittir

1. .MİNİMUM ŞART Strok farkı CF = (2n + 1) l / 2 ise- tek sayıda yarım dalga boyuna eşittir, daha sonra 1-2 ve 3-4 ışınlarının salınımları antifazda geçecek ve karşılıklı olarak söneceklerdir aydınlatma:

n = 1,2,3,4 … (4.8)

Sınıf: 11

ders sunumu

İleri geri

Dikkat! Slayt önizlemeleri yalnızca bilgi amaçlıdır ve tüm sunum seçeneklerini temsil etmeyebilir. Bu işle ilgileniyorsanız, lütfen tam sürümünü indirin.

Dersin Hedefleri:

eğitici:

• Öğrenciler, "Işığın yansıması ve kırılması" konusunun incelenmesi sırasında edindikleri bilgileri tekrarlamalı ve genelleştirmelidir: homojen bir ortamda ışığın yayılmasının düzlüğü olgusu, yansıma yasası, kırılma yasası, toplam yansıma yasası.
• Bilimde, teknolojide, optik cihazlarda, tıpta, ulaşımda, inşaatta, günlük yaşamda, çevremizdeki dünyada yasaların uygulanmasını düşünün,
• Nitel, hesaplamalı ve deneysel problemleri çözerken edindiği bilgileri uygulayabilme;

Geliştirme:

1. öğrencilerin ufkunu genişletmek, mantıksal düşünmenin gelişimi, zeka;
2. karşılaştırma yapabilme, girdi yapabilme;
3. bir monolog konuşma geliştirmek, bir dinleyici kitlesinin önünde konuşabilmek.
4. ek literatürden ve internetten bilgi çıkarmayı öğretin, analiz edin.

eğitici:

• fizik konusuna ilgi uyandırmak;
• bağımsızlık, sorumluluk, güven öğretmek;
• ders sırasında bir başarı ve arkadaşça destek durumu yaratın.

Ekipman ve görsel yardımcılar:

• Geometrik optikler, aynalar, prizmalar, reflektörler, dürbünler, fiber optikler, deney aletleri için bir cihaz.
• Bilgisayar, video projektörü, ekran, sunum "Işığın yansıması ve kırılması yasalarının pratik uygulaması"

Ders planı.

I. Dersin konusu ve amacı (2 dakika)

II. Tekrarlama (önden anket) - 4 dakika

III. Işık yayılımının düzlüğünün uygulanması. Görev (tahtada). - 5 dakika

IV. Işık yansıması yasasının uygulanması. - 4 dakika

V. Işığın kırılma yasasının uygulanması:

1) Deneyim - 4 dakika

2) Görev - 5 dakika

VI Toplam iç ışık yansıması uygulaması:

a) Optik aletler - 4 dakika.

c) Fiber optik - 4 dakika.

VII Seraplar - 4 dakika

VIII Bağımsız çalışma - 7 dak.

IX Dersi özetlemek. Ödev - 2 dak.

Toplam: 45 dk

Dersler sırasında

I. Ders konusu, amacı, hedefleri, içeriği ... (Slayt 1-2)

Epigraf. (Slayt 3)

Sonsuz doğanın harika bir armağanı,
Paha biçilmez ve kutsal bir hediye,
İçinde kaynak sonsuzdur
Güzellikten zevk:
Gökyüzü, güneş, yıldızlar parlıyor,
Parlak mavi deniz -
Evrenin bütün resmi
Biz sadece ışıkta biliyoruz.
I. A. Bunin

II. Tekrarlama

Öğretmen:

a) Geometrik optik. (Slayt 4-7)

Homojen bir ortamda ışık düz bir çizgide yayılır. Veya homojen bir ortamda ışık ışınları düz çizgilerdir.

Işık enerjisinin yayıldığı çizgiye ışın denir. Işık yayılımının 300000 km / s hızındaki düzlüğü geometrik optikte kullanılır.

Örnek: Kiriş boyunca rendelenmiş tahtanın düzlüğünü kontrol ederken kullanılır.

Aydınlık olmayan nesneleri görme yeteneği, herhangi bir cismin üzerine düşen ışığı kısmen yansıtması ve kısmen emmesi gerçeğinden kaynaklanmaktadır. (Ay). Işık yayılma hızının daha yavaş olduğu bir ortam, optik olarak daha yoğun bir ortamdır. Işığın kırılması, ortamlar arasındaki sınırı geçtiğinde bir ışık ışınının yönündeki bir değişikliktir. Işığın kırılması, ışığın bir ortamdan diğerine geçerken yayılma hızındaki farkla açıklanır.

b) "Optik disk" cihazında yansıma ve kırılma olgusunun gösterilmesi

c) İnceleme için sorular. (Slayt 8)

III. Işık yayılımının düzlüğünün uygulanması. Görev (tahtada).

a) Gölge ve yarı gölge oluşumu. (Slayt 9).

Işık yayılımının basitliği, gölgelerin ve yarı gölgenin oluşumunu açıklar. Kaynak küçükse veya kaynak, kaynağın boyutunun ihmal edilebileceği bir mesafede bulunuyorsa, yalnızca bir gölge elde edilir. Işık kaynağının büyük boyutlarında veya kaynak özneye yakınsa yumuşak gölgeler (gölge ve kısmi gölge) oluşturulur.

b) Ayın Aydınlanması. (Slayt 10).

Ay, dünyanın etrafında dönerken güneş tarafından aydınlatılır, kendisi parlamaz.

1. yeni ay, 3. ilk dördün, 5. dolunay, 7. son dördün.

c) Işık yayılımının düzlüğünün inşaatta, yolların ve köprülerin yapımında uygulanması. (Slaytlar 11-14)

d) Problem numarası 1352 (D) (tahtadaki öğrenci). Güneş tarafından aydınlatılan Ostankino televizyon kulesinden gelen gölgenin uzunluğu, bir noktada 600 m'ye eşit olduğu ortaya çıktı; 1.75 m boyunda bir kişinin aynı anda gölgesinin uzunluğu 2 m'ye eşitti Kulenin yüksekliği nedir? (Slayt 15-16)

Sonuç: Bu prensibe göre, erişilemeyen bir nesnenin yüksekliğini belirleyebilirsiniz: evin yüksekliği; dik uçurumun yüksekliği; uzun bir ağacın yüksekliği.

e) İnceleme için sorular. (Slayt 17)

IV. Işık yansıması yasasının uygulanması. (Slayt 18-21).

a) Aynalar (öğrenci mesajı).

Yolu üzerinde herhangi bir cisme yaklaşan ışık, yüzeyinden yansır. Düz değilse yansıma birçok yönde olur ve ışık saçılır.Yüzey düzgün olduğunda tüm ışınlar ondan paralel olarak uzaklaşır ve aynasal bir yansıma elde edilir.Işık genellikle bu şekilde yansır. duran sıvıların serbest yüzeyinden ve aynalardan. Aynaların şekli farklı olabilir. Düz, küresel, siyoindrik, parobolik vb. Nesneden yayılan ışık, aynaya düşen ve yansıyan ışınlar şeklinde yayılır. Bundan sonra bir noktada tekrar toplanırlarsa, orada bir nesneyi tasvir etme eyleminin ortaya çıktığını söylerler. Işınlar ayrı kalırsa, ancak bir noktada uzantıları birleşirse, o zaman bize ışınların tam olarak nesnenin bulunduğu yerden yayıldığı anlaşılıyor. Bu, gözlemin hayal gücünde yaratılan sözde hayalet görüntüdür. İçbükey aynalar yardımıyla, bir yüzeye bir görüntü yansıtabilir veya reflektörlü bir teleskopla yıldızları gözlemlerken olduğu gibi, uzaktaki bir nesneden gelen zayıf ışığı bir noktada toplayabilirsiniz. Her iki durumda da görüntü gerçektir, bir nesneyi gerçek boyutta (sıradan düz aynalar), büyütülmüş (bu tür aynalar bir el çantasına takılır) veya küçültülmüş (arabalarda dikiz aynaları) görmek için diğer aynalar kullanılır. Ortaya çıkan görüntüler hayalidir (sanal). Ve kavisli, küresel olmayan aynaların yardımıyla görüntüyü bozabilirsiniz.

V. Işığın kırılma yasasının uygulanması. (Slayt 22-23).

a) Bir cam plakadaki ışınların yolu .

b) Üçgen prizmadaki ışınların yolu . Oluşturun ve açıklayın. (Karatahtadaki öğrenci)

c) Tecrübe: Kırılma kanununun uygulanması. (Öğrenci mesajı.) (Slayt 24)

Deneyimsiz yüzücüler, ışığın kırılma yasasının ilginç bir sonucunu unuttukları için genellikle büyük tehlike altındadır. Kırılmanın suya batırılmış tüm nesneleri gerçek konumlarının üzerine çıkardığını bilmiyorlar. Bir göletin dibi, nehir, rezervuar, derinliğin neredeyse üçte biri kadar yükselmiş gibi görünüyor. Bunu, derinliği belirlemede bir hatanın ölümcül olabileceği çocuklar ve genel olarak kısa boylu insanlar için bilmek özellikle önemlidir. Nedeni, ışık ışınlarının kırılmasıdır.

Deneyim: Öğrencilere dönük olarak bardağın altına bir bozuk para koyun. Böylece öğrenci tarafından görülmez. Başını çevirmeden ona sorun, bir bardağa su dökün, ardından madeni para “yüzer”. Bir şırınga ile bardaktan suyu çıkarırsanız, madeni paranın bulunduğu alt kısım tekrar “düşecektir”. Deneyimi açıklayın. Deneyimi evdeki herkese uygulayın.

G) Görev. Rezervuar bölümünün gerçek derinliği 2 metredir. Suyun yüzeyine 60 ° 'lik bir açıyla dibe bakan bir kişi için görünen derinlik nedir? Suyun kırılma indisi 1.33'tür. (Slaytlar 25-26).

e) İncelenecek sorular . (Slayt 27-28).

VI. Tam iç yansıma. Optik enstrümanlar

a) Toplam iç yansıma. Optik enstrümanlar . (Öğrenci mesajı)

(Slaytlar 29-35)

Toplam iç yansıma, optik olarak daha yoğun bir ortam ile daha az yoğun bir ortam arasındaki arayüze ışık düştüğünde meydana gelir. Birçok optik cihazda toplam iç yansıma kullanılır. Cam için sınırlama açısı, verilen cam tipinin kırılma indisine bağlı olarak 35 ° -40 ° 'dir. Bu nedenle, 45 ° prizmalarda, ışık toplam iç yansıma yaşayacaktır.

Soru. Neden ters çevrilebilir ve döner prizmalar aynalardan daha iyidir?

a) En iyi aynalar 100'den az olduğu için neredeyse 100 ışığı yansıtırlar. Görüntü daha parlaktır.

c) Metal aynalar, metalin oksidasyonu nedeniyle zamanla matlaştığı için özellikleri değişmeden kalır.

Başvuru. Periskoplarda döner prizmalar kullanılır. Döner prizmalar - dürbünle. Taşımada açısal bir reflektör kullanılır - bir reflektör, arkada güçlendirilmiştir - kırmızı, önde - beyaz, bisiklet tekerleklerinin konuşmacılarında - turuncu. Yüzeydeki ışığın geliş açısı ne olursa olsun, ışığı aydınlatıcı kaynağına geri yansıtan bir retroreflektör veya optik cihaz. Tüm araçlar ve tehlikeli yol bölümleri bunlarla donatılmıştır. Cam veya plastikten yapılmıştır.

b) Soruları gözden geçirin. (Slayt 36).

c) Fiber optik . (Öğrenci mesajı). (Slaytlar 37-42).

Fiber optik, ışığın toplam iç yansımasına dayanır. Fiberler cam ve plastiktir. Çapları çok küçüktür - birkaç mikrometre. Bu ince liflerden oluşan bir demete ışık kılavuzu denir, ışık kılavuzu karmaşık bir şekle getirilmiş olsa bile ışık neredeyse kayıp olmadan hareket eder. Dekoratif armatürlerde, fıskiyelerde fıskiyelerin aydınlatılmasında kullanılır.

Işık kılavuzları, telefon ve diğer iletişim türlerinde sinyal iletimi için kullanılır. Sinyal modüle edilmiş bir ışık huzmesidir ve bir elektrik sinyalinin bakır teller üzerinden iletilmesinden daha az kayıpla iletilir.

Işık kılavuzları tıpta kullanılır - net bir görüntünün iletilmesi. Doktor yemek borusundan bir "endoskop" sokarak midenin duvarlarını inceleyebilir. Bazı lifler mideyi aydınlatmak için ışık gönderirken, diğerleri yansıyan ışık gönderir. Ne kadar çok lif ve ne kadar ince olurlarsa görüntü o kadar iyi olur. Endoskop, mideyi ve ulaşılması zor diğer yerleri incelerken, hastayı ameliyata hazırlarken veya ameliyatsız yaralanma ve yaralanmaları ararken kullanışlıdır.

Fiberde ışık, bir cam veya şeffaf plastik fiberin iç yüzeyinden tamamen yansır. Fiberin her iki ucunda lensler vardır. Sonunda nesneye dönük. mercek, kendisinden yayılan ışınları paralel bir ışına dönüştürür. Gözlemciye bakan uçta, görüntüyü görmenizi sağlayan bir teleskop vardır.

vii. Seraplar. (Öğrenci anlatır, öğretmeni tamamlar) (Slayt 43-46).

18. yüzyılda Napolyon'un Fransız ordusu Mısır'da bir serapla karşılaştı. Askerler ileride “ağaçlı bir göl” gördüler. Mirage, "aynadaki gibi yansıtmak" anlamına gelen Fransızca bir kelimedir. Güneş ışınları hava aynasından geçerek "mucizeler" yaratır. Zemin iyi ısıtılırsa, alt hava katmanı, yukarıda bulunan katmanlardan çok daha sıcaktır.

Mirage, ufkun ötesinde görünmeyen nesnelerin havada kırılmış bir biçimde yansıdığı gerçeğinden oluşan, ayrı katmanlarının farklı ısınmasıyla açık, sakin bir atmosferde optik bir fenomendir.

Bu nedenle, hava kütlesine nüfuz eden güneş ışınları asla düz bir çizgide gitmez, bükülür. Bu fenomene kırılma denir.

Mirage'ın birçok yüzü var. Basit, karmaşık, üst, alt, yan olabilir.

Alt hava katmanları iyi ısıtıldığında, daha düşük bir serap gözlenir - nesnelerin hayali bir ters çevrilmiş görüntüsü. Bu en sık bozkırlarda ve çöllerde olur. Bu tür serap Orta Asya, Kazakistan, Volga bölgesinde görülebilir.

Havanın yüzey katmanları üsttekilerden çok daha soğuksa, bir üst serap belirir - görüntü yerden çıkar ve havada asılı kalır. Nesneler gerçekte olduklarından daha yakın ve daha uzun görünürler. Bu tür bir serap, sabahın erken saatlerinde, güneş ışınlarının henüz Dünya'yı ısıtmak için zamanı olmadığında görülür.

Denizin yüzeyinde, sıcak günlerde denizciler havada asılı duran gemileri ve hatta ufkun çok ötesindeki nesneleri görürler.

VIII. Bağımsız iş. Ölçek - 5 dakika. (Slaytlar 47-53).

1. Gelen ışın ile aynanın düzlemi arasındaki açı 30°'dir. yansıma açısı nedir?

2. Işığın kırmızı rengi neden nakliye için tehlike işaretidir?

a) kanın rengiyle ilişkili;

b) daha belirgindir;

c) en düşük kırılma indisine sahiptir;

d) havada en az dağılıma sahiptir

3. İnşaat işçileri neden turuncu kask takıyor?

a) turuncu renk belli bir mesafeden açıkça görülebilir;

b) kötü havalarda çok az değişir;

c) en az ışık saçılımına sahiptir;

d) İş güvenliği şartına göre.

4. Değerli taşlardaki ışık oyunu nasıl açıklanır?

a) kenarları dikkatlice parlatılır;

b) büyük bir kırılma indisi;

c) taş düzenli bir çokyüzlü şeklindedir;

d) ışık ışınlarına göre taşın doğru konumu.

5. Gelme açısı 15° arttırılırsa, düzlem aynaya gelen olay ile yansıyan ışınlar arasındaki açı nasıl değişir?

a) 30 ° artacak;

b) 30 ° azaltmak;

c) 15 ° artacak;

d) 15 ° artacak;

6. Kırılma indisi 2,4 ise bir elmastaki ışığın hızı nedir?

a) yaklaşık 2.000.000 km/s;

b) yaklaşık 125.000 km/sn;

c) ışığın hızı çevreye bağlı değildir, yani. 300.000 km / s;

d) 720.000 km/s.

IX. Dersi özetlemek. Ödev. (Slaytlar 54-56).

Öğrencilerin sınıftaki etkinliklerinin analizi ve değerlendirilmesi. Öğrenciler öğretmenle dersin etkililiğini tartışır, etkinliklerini değerlendirir.

1. Kaç tane doğru cevap aldınız?

3. Yeni bir şey öğrendiniz mi?

4. En iyi konuşmacı.

2) Deneyi evde bozuk para ile yapın.

Edebiyat

1. Gorodetsky D.N. Fizikte doğrulama çalışması "Lise" 1987
2. Demkovich V.P. Fizikteki problemlerin toplanması "Aydınlanma" 2004
3. Giancole D. Fizik. Mir Yayınevi 1990
4. Perelman A.I. Eğlenceli fizik Yayınevi "Bilim" 1965
5. Lansberg G.D. Temel fizik ders kitabı Nauka Yayınevi 1972
6. İnternet kaynakları

Toplam iç yansıma fenomeni, fiber optikte ışık sinyallerini uzun mesafelerde iletmek için kullanılır. En kaliteli ayna (gümüş kaplama) bile ışık enerjisinin %3'üne kadarını emdiği için, sıradan speküler yansımanın kullanılması istenen sonucu vermez. Işık uzun mesafelerde iletildiğinde, ışık enerjisi sıfıra yaklaşır. Fibere girerken, gelen ışın, enerji kaybı olmadan ışının yansımasını sağlayan sınırlayıcı olandan bariz bir şekilde daha büyük bir açıya yönlendirilir. Tek tek liflerden oluşan ışık kılavuzları, mevcut akış hızından daha hızlı bir aktarım hızında bir insan saçı çapına ulaşır ve bu da bilgi aktarımını hızlandırmayı mümkün kılar.

Fiber ışık kılavuzları tıpta başarıyla kullanılmaktadır. Örneğin, iç organların belirli kısımlarını aydınlatmak veya gözlemlemek için mideye veya kalbe bir ışık kılavuzu sokulur. Işık kılavuzlarının kullanılması, bir ampul takmadan, yani aşırı ısınma olasılığını ortadan kaldırmadan iç organların incelenmesine olanak tanır.

f) Refraktometri (Latince refraks - kırılan ve Yunanca metreo - I ölçer) - bir ortamdan diğerine geçerken ışığın kırılması olgusuna dayanan bir analiz yöntemi. Işığın kırılması, yani orijinal yönündeki bir değişiklik, farklı ortamlardaki farklı ışık dağılım hızlarından kaynaklanmaktadır.

28. Işığın polarizasyonu. Işık doğal ve polarizedir. Optik olarak aktif maddeler. Polarizasyon düzleminin dönme açısı ile çözelti konsantrasyonunun ölçümü (polarimetri).

a) Işığın polarizasyonu, elektrik vektörünün belirli bir yönelimi ile bir doğal ışık demetinden ışınların ayrılmasıdır.

B ) DOĞAL IŞIK(polarize olmayan ışık) - olası tüm gerilim e-magn yönlerine sahip bir dizi tutarsız ışık dalgası. alanları, hızlı ve rasgele birbirinin yerine geçer. Dep tarafından yayılan ışık. Radyasyonun merkezi (atom, molekül, kristal örgü düğümü, vb.), genellikle lineer olarak polarizedir ve polarizasyon durumunu 10-8 s veya daha kısa bir süre korur (bu, ışık ışınlarının girişimlerini büyük bir yol farkıyla gözlemleme deneylerinden kaynaklanır, bu nedenle, belirtilen zaman aralığının başında ve sonunda yayılan dalgalar karışabilir). Bir sonraki radyasyon eyleminde, ışık farklı bir polarizasyon yönüne sahip olabilir. Genellikle, çok sayıda merkezin radyasyonu aynı anda gözlemlenir, farklı yönlendirilmiş ve istatistik yasalarına göre yönelimi değişir. Bu radyasyon E. s.<Мн. источники света (раскалённые тела, светящиеся газы) испускают свет, близкий к Е. с., но всё же в небольшой степени поляризованный. Это объясняется прохождением света внутри источника от глубинных слоев наружу и прохождением света через среду от источника к наблюдателю (поляризация при отражении, при рассеянии света средой, дихроизм среды и т. п.). Близок к Е. с. прямой солнечный свет.

POLARİZE IŞIK - elektromanyetik salınımları sadece bir yönde yayılan ışık dalgaları. Normal IŞIK, hareket yönüne dik tüm yönlerde yayılır. Salınım ızgarasına bağlı olarak, bilim adamları üç tür polarizasyon ayırt eder: doğrusal (düzlemsel), dairesel ve eliptik. Doğrusal olarak polarize ışıkta, elektriksel titreşimler yalnızca bir yönle sınırlıdır ve manyetik titreşimler dik açılara yönlendirilir. Lineer polarize ışık, örneğin bir cam tabakasından veya su yüzeyinden YANSIDIĞINDA, ışık kuvars, turmalin veya kalsit gibi bazı kristal türlerinden geçtiğinde meydana gelir. Polarize edici malzeme, polarize güneş gözlüklerinde yansıma üzerine polarize olan ışığı saptırarak parlamayı azaltmak için kullanılır.

v) Optik olarak aktif maddeler- doğal optik aktiviteye sahip ortamlar. Optik aktivite, bir ortamın (kristaller, çözeltiler, bir maddenin buharları) içinden geçen optik radyasyonun (ışık) polarizasyon düzleminin dönmesine neden olma yeteneğidir. Optik aktiviteyi inceleme yöntemi polarimetridir.

d) Optik yollarla çok sayıda çözeltinin konsantrasyonunu belirleme hızı ve doğruluğu bu yöntemi çok yaygın hale getirdi. Işığın polarizasyon düzleminin dönme olgusuna dayanır.

Üzerine gelen lineer polarize ışığın polarizasyon düzlemini döndürebilen maddelere optik olarak aktif denir. Saf sıvılar (örneğin terebentin), belirli maddelerin çözeltileri (sulu şeker çözeltisi) ve bazı karbonhidratlar optik olarak aktif olabilir. Polarizasyon düzleminin dönme yönü, farklı maddeler için aynı değildir. Maddeden geçen ışına bakarsanız, maddelerin bir kısmı polarizasyon düzlemini saat yönünde (dekstrorotator maddeler), diğeri - karşı (levorotator maddeler) döndürür. Bazı maddelerin, biri polarizasyon düzlemini saat yönünde, diğeri saat yönünün tersine (kuvars) döndüren iki modifikasyonu vardır.

Polarizör P'den geçen doğal ışık, düzlem polarize hale gelir. Işık filtresi F, belirli bir frekanstaki ışığı K kuvars plakasına iletir. Kuvars plaka optik eksene dik olarak kesilir, bu nedenle ışık bu eksen boyunca çift kırılma olmadan yayılır. Önceden, bir kuvars levhanın yokluğunda, analizör A'yı karartmayı tamamlamak üzere ayarlayın (nicolas çaprazlanır), o zaman kuvars levha takıldığında, görüş alanı aydınlanır. Tam karartma için şimdi analizörü belirli bir açıyla φ döndürmeniz gerekir. Böylece kuvarstan geçen polarize ışık eliptik polarizasyon kazanmamış, lineer polarize olarak kalmıştır; kuvarstan geçerken, polarizasyon düzlemi yalnızca, kuvars varlığında alanı karartmak için gerekli olan A analizörü döndürülerek ölçülen belirli bir açıyla döndü. Işık filtresini değiştirerek, polarizasyon düzleminin dönme açısının farklı dalga boyları için farklı olduğu bulunabilir, yani. rotasyonel dağılım gerçekleşir.

Belirli bir dalga boyu için, polarizasyon düzleminin dönme açısı, levha kalınlığı d ile orantılıdır:

burada φ polarizasyon düzleminin dönme açısıdır; d, plakanın kalınlığıdır; α - spesifik rotasyon.

Spesifik rotasyon, dalga boyuna, maddenin doğasına ve sıcaklığa bağlıdır. Örneğin kuvars için λ = 589 nm için α = 21,7 derece / mm ve λ = 405 nm için α = 48,9 derece / mm.

Optik olarak aktif bir madde çözeltisinde lineer polarize ışık yayıldığında, polarizasyon düzleminin dönme açısı, d tabakasının kalınlığına ve C çözeltisinin konsantrasyonuna bağlıdır:

İncirde. Şekil 2, a'yı göstermektedir: E1, sol bileşenin ışık vektörüdür, E2, sağ bileşenin ışık vektörüdür, PP, toplam E vektörünün yönüdür.

Her iki dalganın yayılma hızları aynı değilse, o zaman maddeden geçerken vektörlerden biri, örneğin E1, E2 vektöründen dönüşünde geride kalacaktır (bkz. Şekil 2, b), yani , sonuçtaki E vektörü "daha hızlı" E2 vektörüne doğru dönecek ve QQ konumunu alacaktır. Dönme açısı φ olacaktır.

Işığın farklı dairesel polarizasyon yönleriyle yayılma hızındaki fark, moleküllerin asimetrisinden veya kristaldeki atomların asimetrik düzenlenmesinden kaynaklanır. Polarizasyon düzleminin dönme açılarını ölçmek için polarimetre ve sakkarimetre adı verilen cihazlar kullanılır.

29. Radyasyonun özellikleri ve atomlar ve moleküller tarafından enerji absorpsiyonu. Spektrum (emisyon ve absorpsiyon) atomik, moleküler ve kristal spektrumlar. Spektrometri ve tıptaki uygulamaları.

Bir atom ve bir molekül durağan enerji durumlarında olabilir. Bu durumlarda, enerji yaymazlar veya emmezler. Enerji durumları şematik olarak seviyeler olarak gösterilmektedir. En düşük enerji seviyesi - ana - ana duruma karşılık gelir.

Kuantum geçişlerinde, atomlar ve moleküller bir durağan halden diğerine, bir enerji seviyesinden diğerine sıçrayarak atlarlar. Atomların durumundaki değişiklik, elektronların enerji geçişleriyle ilişkilidir. Moleküllerde enerji sadece elektronik geçişler sonucu değil, atomların titreşimlerindeki değişiklikler ve dönme seviyeleri arasındaki geçişler nedeniyle de değişebilir. Bir atom veya molekül, yüksek enerji seviyelerinden düşük seviyelere geçerken enerjiden vazgeçerken, ters geçişlerde emer. Temel durumundaki bir atom sadece enerjiyi soğurabilir. İki tür kuantum geçişi vardır:

1) bir atom veya molekül tarafından radyasyon veya elektromanyetik enerji absorpsiyonu olmadan. Böyle bir radyasyonsuz geçiş, bir atom veya molekül, örneğin bir çarpışma sırasında diğer parçacıklarla etkileşime girdiğinde meydana gelir. Atomun iç durumunun değiştiği ve ışınımsız bir geçişin meydana geldiği esnek olmayan çarpışma ile atomun veya molekülün kinetik enerjisindeki bir değişiklikle, ancak iç durumun korunmasıyla elastik çarpışmayı ayırt edin;

2) bir fotonun emisyonu veya absorpsiyonu ile. Foton enerjisi, bir atom veya molekülün ilk ve son durağan durumlarının enerjileri arasındaki farka eşittir.

Bir foton emisyonu ile kuantum geçişinin nedenine bağlı olarak iki tür radyasyon vardır. Bu neden içselse ve uyarılmış bir parçacık kendiliğinden daha düşük bir enerji seviyesine gidiyorsa, bu tür radyasyona spontan denir. Zaman, frekans (farklı alt düzeyler arasında geçişler olabilir), yayılma ve polarizasyon yönünde rastgele ve kaotiktir. Geleneksel ışık kaynakları çoğunlukla kendiliğinden emisyon yayar. Başka bir radyasyon uyarılır veya indüklenir.Fotonun enerjisi, enerji seviyelerindeki farka eşitse, bir foton uyarılmış bir parçacıkla etkileşime girdiğinde meydana gelir. Zorlanmış kuantum geçişinin bir sonucu olarak, parçacıktan aynı yönde iki özdeş foton yayılır: biri birincil, zorlayıcı, diğeri ikincil, yayılan. Atomlar veya moleküller tarafından yayılan enerji, emisyon spektrumunu ve emilen enerjiyi - absorpsiyon spektrumunu oluşturur.

Herhangi bir enerji seviyesi arasında kuantum geçişleri olmaz. Seçim veya yasaklama kuralları, geçişlerin mümkün ve imkansız veya olası olmadığı koşulları formüle ederek belirlenir.

Çoğu atom ve molekülün enerji seviyeleri yeterince karmaşıktır. Seviyelerin yapısı ve dolayısıyla spektrumlar sadece tek bir atom veya molekülün yapısına değil, aynı zamanda dış nedenlere de bağlıdır.

Spektrumlar çeşitli bilgilerin kaynağıdır.

Her şeyden önce, nitel spektral analizin görevlerinin bir parçası olan spektrumun şekli ile atomlar ve moleküller tanımlanabilir. Spektral çizgilerin yoğunluğu, yayan (soğuran) atomların sayısını belirler - nicel spektral analiz. Aynı zamanda, %10 ~ 5-10 ~ %6 konsantrasyonlarında safsızlıkları bulmak ve çok küçük kütleli numunelerin bileşimini oluşturmak - birkaç on mikrograma kadar - nispeten kolaydır.

Spektrum, bir atom veya molekülün yapısını, enerji seviyelerinin yapısını, büyük moleküllerin tek tek parçalarının hareketliliğini vb. yargılamak için kullanılabilir. Spektrumların bir atom veya molekül üzerinde etkili olan alanlara bağımlılığını bilerek, komşu atomların (moleküllerin) etkisi bir elektromanyetik alan vasıtasıyla gerçekleştirildiğinden, parçacıkların karşılıklı düzenlenmesi hakkında bilgi elde edilir.

Hareketli cisimlerin spektrumlarının incelenmesi, optik Doppler etkisi temelinde, vericinin ve radyasyon alıcısının bağıl hızlarının belirlenmesine izin verir.

Bir maddenin spektrumundan onun durumu, sıcaklığı, basıncı vb. hakkında sonuçlar çıkarmanın mümkün olduğunu hesaba katarsak, radyasyonun kullanımını ve atomlar ve moleküller tarafından enerjinin emilmesini bir araştırma yöntemi olarak çok takdir edebiliriz. .

Bir atom (veya molekül) tarafından yayılan veya emilen bir fotonun enerjisine (frekansına) bağlı olarak, aşağıdaki spektroskopi türleri sınıflandırılır: radyo, kızılötesi, görünür radyasyon, ultraviyole ve X-ışını.

Maddenin türüne göre (spektrumun kaynağı), atomik, moleküler ve kristal spektrumları ayırt edilir.

MOLEKÜLER SPEKTRA- bir enerjiden moleküllerin kuantum geçişlerinden kaynaklanan absorpsiyon, emisyon veya saçılma spektrumları. diğerine devletler. Hanım. molekülün bileşimi, yapısı, kimyasalın doğası ile belirlenir. dış kurumlarla iletişim ve etkileşim alanlar (ve dolayısıyla çevreleyen atomlar ve moleküller ile). Naib. karakteristik M. s. Basınçla spektral çizgilerin genişlemesi olmadığında, seyrekleştirilmiş moleküler gazlar: böyle bir spektrum, Doppler genişliğine sahip dar çizgilerden oluşur.

Pirinç. 1. İki atomlu bir molekülün enerji seviyelerinin diyagramı: a ve B- elektronik seviyeler; sen " ve sen "" - titreşimsel kuantum sayıları; J " ve J"" - dönme kuantum sayıları.

Bir moleküldeki üç enerji seviyesi sistemine göre - elektronik, titreşimsel ve dönme (Şekil 1), M. s. elektronik titreşimlerin bir koleksiyonundan oluşur. ve döndürün. spektrumlar ve çok çeşitli elektromıknatıslarda bulunur. dalgalar - radyo frekanslarından X ışınlarına. spektrumun alanları. Döndürme arasındaki geçişlerin frekansları. enerji seviyeleri genellikle mikrodalga bölgesine (0,03-30 cm-1 dalga boyu ölçeğinde), titreşimler arasındaki geçişlerin frekansına düşer. seviyeler - IR bölgesinde (400-10000 cm -1) ve elektronik seviyeler arasındaki geçişlerin frekansları - spektrumun görünür ve UV bölgelerinde. Bu bölüm, genellikle döndürüldükleri için koşulludur. geçişler de IR bölgesine düşer, titreşir. görünür bölgeye geçişler ve IR bölgesine elektronik geçişler. Genellikle elektronik geçişlere titreşimlerde bir değişiklik eşlik eder. molekülün enerjisi ve titreştikleri zaman. geçişler değişir ve döner. enerji. Bu nedenle, çoğu zaman elektronik spektrum bir elektron-titreşim sistemidir. bantlar ve spektral ekipmanın yüksek çözünürlüğünde döndürülürler. yapı. M. c.'de çizgilerin ve bantların yoğunluğu. karşılık gelen kuantum geçişinin olasılığı ile belirlenir. Naib. yoğun çizgiler, seçim kurallarının izin verdiği geçişe karşılık gelir. Auger spektrumlarını ve X-ışınlarını da içerir. moleküler spektrum(makalede dikkate alınmamıştır; bkz. Auger etkisi, Auger spektroskopisi, X-ışını spektrumları, X-ışını spektroskopisi).

Kristal Spektrumları(optik) yapı olarak çeşitlidir. Dar çizgilerle birlikte geniş bantlar içerirler (n frekansının ışık hızına oranı) ile birlikte hisselerden birkaç bine cm-1) ve on binlerceye kadar uzanan sürekli spektral bölgeler cm-1(santimetre. optik spektrum). Absorpsiyon spektrumunun kızılötesi bölgesinde, elektrik dipol momentindeki değişikliklerin eşlik ettiği kristal parçacıkların titreşim hareketlerinin neden olduğu enerji seviyeleri arasındaki kuantum geçişleriyle ilişkili bantlar gözlenir: bir foton emilir ve bir kuantum üretilir. kristal kafes titreşimleri - fonon. Birkaç fononun üretiminin eşlik ettiği süreçler, gözlemlenen spektrumu "bulanıklaştırır" ve karmaşıklaştırır. Gerçek bir kristal genellikle yapısal kusurlar içerir (bkz. Kristallerdeki kusurlar), bunların yakınında, örneğin bir safsızlık molekülünün iç titreşimleri gibi yerel titreşimler ortaya çıkabilir. Bu durumda, yerel titreşim ve kafes titreşimi arasındaki bağlantı nedeniyle spektrumda olası "uydular" ile ek çizgiler belirir. V yarı iletkenler bazı safsızlıklar, elektronların hidrojen benzeri yörüngelerde hareket ettiği merkezler oluşturur. Kızılötesi bölgede, sürekli bir absorpsiyon bandında (katışıklık iyonizasyonu) biten bir dizi çizgiden oluşan bir absorpsiyon spektrumu verirler. Yarı iletkenlerde iletim elektronları ve delikler tarafından ışık absorpsiyonu ve metaller kızılötesi bölgede de başlar (bkz. Metal optik). Manyetik olarak düzenlenmiş kristallerin spektrumlarında, magnonlar kendilerini fononlara benzer şekilde gösterir (bkz. Spin dalgaları).

Saçılan ışık spektrumunda, ışığın kristalin polarize edilebilirliğinin değiştiği kafes titreşimleri ile etkileşimi nedeniyle, ilk frekans no çizgisi ile birlikte, kafes titreşimlerinin frekansı ile her iki tarafında çizgiler kaymış görünür. fononların üretimine veya absorpsiyonuna karşılık gelen (bkz. Işığın Raman saçılması, pilav. 1 ). Akustik kafes salınımları, ışık termal dalgalanmalarla saçıldığında, yoğunluk dalgalanmalarının yayılmasıyla saçılma nedeniyle, merkezi (kaydırılmamış) Rayleigh çizgisinin yakınında yanal uyduların da görünmesine yol açar (bkz. Işığın saçılması).

Metalik olmayan kristallerin çoğu, belirli bir frekans aralığında kızılötesi bölgenin ötesinde saydamdır. Foton enerjisi, dolu üst değerlik bandından kristalin iletim bandının alt kısmına elektron geçişlerine neden olacak kadar yüksek olduğunda tekrar absorpsiyon meydana gelir. Işığın bu yoğun içsel absorpsiyonunun spektrumu, kristalin elektronik enerji bantlarının yapısını yansıtır ve diğer enerji bantları arasındaki geçişler "açıldıkça" görünür aralığa doğru genişler. Gerçek soğurma kenarının konumu, ideal bir kristalin (kusursuz) rengini belirler. Yarı iletkenler için, içsel absorpsiyon bölgesinin uzun dalga boyu sınırı, yakın kızılötesi bölgede yer alır. iyonik kristaller - yakın ultraviyole bölgesinde. Elektronların doğrudan geçişlerinin yanı sıra, bir kristalin içsel absorpsiyonuna, fononların ek olarak üretildiği veya absorbe edildiği dolaylı geçişler de katkıda bulunur. İletim bandından değerlik bantlarına elektron geçişlerine rekombinasyon radyasyonu eşlik edebilir.

Elektrostatik çekim nedeniyle bir iletim elektronu ve bir delik, bağlı bir durum oluşturabilir - bir eksiton. Eksitonların spektrumu, hidrojen benzeri serilerden geniş bantlara kadar değişebilir. Eksiton absorpsiyon çizgileri, kristalin içsel absorpsiyonunun uzun dalga boyu sınırında bulunur Eksitonlar, moleküler kristallerin elektronik absorpsiyon spektrumlarından sorumludur. Ayrıca bilinen eksiton ışıldama.

Yerel kusur merkezleri seviyeleri arasındaki elektronik geçişlerin enerjileri, genellikle kristalin rengini belirledikleri için ideal bir kristalin şeffaflık bölgesi içindedir. Örneğin, alkali halojenür kristallerinde, anyonik ortamda lokalize olan bir elektronun uyarılması boş pozisyonlar(F-renk merkezi), kristalin karakteristik rengini verir. Çeşitli safsızlık iyonları (örneğin, KCl'de Tl) lüminesans merkezleri oluşturur. kristalofosforlar. Elektronik titreşim (vibronik) spektrumları verirler. Kusur merkezinde elektron-fonon (vibronik) etkileşimi zayıfsa, spektrumda yoğun bir dar sıfır fonon çizgisi belirir (çizginin optik bir analogu). Mössbauer etkisi ), bir safsızlık ile bir kristalin dinamiklerinin özelliklerini yansıtan bir yapıya sahip bir "fonon kanadı" ile bitişik olan ( pilav. 3 ). Vibronik etkileşimdeki artışla fononsuz hattın yoğunluğu azalır. Güçlü vibronik bağlantı, geniş, yapısız bantlarla sonuçlanır. Radyasyondan önceki titreşimsel gevşeme sürecindeki uyarma enerjisinin bir kısmı kristalin geri kalanına dağıldığından, lüminesans bandının maksimumu, absorpsiyon bandının uzun dalga boyu tarafında bulunur (Stokes kuralı). Bazen, bir ışık kuantumunun emisyonu sırasında, titreşim alt seviyeleri üzerinde bir denge dağılımının merkezde kurulması için zaman yoktur ve "sıcak" lüminesans mümkündür.

Kristal, safsızlık olarak geçiş atomları veya iyonları veya tamamlanmamış nadir toprak elementleri içeriyorsa, F- veya d-kabukları, daha sonra kristal içi bir elektrik alanı tarafından atomik seviyelerin bölünmesinden kaynaklanan alt seviyeler arasındaki geçişlere karşılık gelen ayrık spektral çizgiler gözlemlenebilir.

SPEKTROMETRİ - elektromıknatısın spektrumlarını ölçmek için bir dizi yöntem ve teori. radyasyon ve optikteki maddelerin ve cisimlerin spektral özelliklerinin incelenmesi. dalga boyu aralığı (~ 1 nm - 1 mm). S.'deki ölçümler kullanılarak gerçekleştirilir spektral aletler.