1. Dĺžka optickej dráhy je súčinom geometrickej dĺžky d dráhy svetelnej vlny v danom prostredí a absolútneho indexu lomu tohto prostredia n.

2. Fázový rozdiel dvoch koherentných vĺn z jedného zdroja, z ktorých jedna prechádza dĺžkou dráhy v médiu s absolútnym indexom lomu a druhá prechádza dĺžkou dráhy v médiu s absolútnym indexom lomu:

kde , , λ je vlnová dĺžka svetla vo vákuu.

3. Ak sú dĺžky optických dráh dvoch lúčov rovnaké, potom sa takéto dráhy nazývajú tauchrónne (nezavádzajú fázový rozdiel). V optických systémoch, ktoré poskytujú stigmatické obrazy svetelného zdroja, je podmienka tautochronizmu splnená všetkými dráhami lúčov vychádzajúcimi z rovnakého zdrojového bodu a zbiehajúcimi sa v jemu zodpovedajúcom obrazovom bode.

4. Hodnota sa nazýva rozdiel optickej dráhy dvoch lúčov. Rozdiel zdvihu súvisí s fázovým rozdielom:

Ak majú dva svetelné lúče spoločný počiatočný a koncový bod, potom rozdiel v dĺžkach optickej dráhy takýchto lúčov sa nazýva rozdiel optickej dráhy

Podmienky pre maximum a minimum pri rušení.

Ak sú kmity vibrátorov A a B vo fáze a majú rovnakú amplitúdu, potom je zrejmé, že výsledný posun v bode C závisí od rozdielu medzi dráhami dvoch vĺn.

Maximálne podmienky:

Ak sa rozdiel medzi dráhami týchto vĺn rovná celému číslu vĺn (t. j. párnemu počtu polvln)

Δd = kλ, kde k = 0, 1, 2, ..., potom vzniká interferenčné maximum v mieste superpozície týchto vĺn.

Maximálny stav:

Amplitúda výsledného kmitania A = 2x 0 .

Minimálny stav:

Ak sa dráhový rozdiel týchto vĺn rovná nepárnemu počtu polovičných vĺn, potom to znamená, že vlny z vibrátorov A a B prídu do bodu C v protifáze a navzájom sa zrušia: amplitúda výslednej oscilácie A = 0 .

Minimálny stav:

Ak sa Δd nerovná celému počtu polvln, potom 0< А < 2х 0 .

Fenomén difrakcie svetla a podmienky jeho pozorovania.

Fenomén difrakcie sa spočiatku interpretoval ako zaoblenie prekážky vlnou, teda prienik vlny do oblasti geometrického tieňa. Z hľadiska modernej vedy sa definícia difrakcie ako ohybu svetla okolo prekážky považuje za nedostatočnú (príliš úzku) a nie celkom adekvátnu. S difrakciou je teda spojené veľmi široké spektrum javov, ktoré vznikajú pri šírení vĺn (ak sa berie do úvahy ich priestorové obmedzenie) v nehomogénnych prostrediach.

Difrakcia vĺn sa môže prejaviť:

pri premene priestorovej štruktúry vĺn. V niektorých prípadoch môže byť takáto transformácia považovaná za "obalenie" prekážok vlnami, v iných prípadoch - za rozšírenie uhla šírenia vlnových lúčov alebo ich odchýlku v určitom smere;

pri rozklade vĺn podľa ich frekvenčného spektra;

pri transformácii polarizácie vĺn;

pri zmene fázovej štruktúry vĺn.

Najviac preštudovaná je difrakcia elektromagnetických (najmä optických) a akustických vĺn, ako aj gravitačne-kapilárnych vĺn (vlny na povrchu kvapaliny).

Jedným z dôležitých špeciálnych prípadov difrakcie je difrakcia sférickej vlny na niektorých prekážkach (napríklad na tubuse objektívu). Takáto difrakcia sa nazýva Fresnelova difrakcia.

Huygensov-Fresnelov princíp.

Podľa Huygensovho-Fresnelovho princípu svetelná vlna excitovaná zdrojom S môžu byť reprezentované ako výsledok superpozície koherentných sekundárnych vĺn. Každý prvok vlnovej plochy S(obr.) slúži ako zdroj sekundárnej sférickej vlny, ktorej amplitúda je úmerná hodnote prvku dS.

Amplitúda tejto sekundárnej vlny klesá so vzdialenosťou r od zdroja sekundárnej vlny po pozorovacie miesto podľa zákona 1/r. Preto z každej sekcie dS vlnovou plochou k pozorovaciemu bodu R prichádza elementárna vibrácia:

Kde ( ωt + α 0) je fáza kmitania v mieste povrchu vlny S, k- vlnové číslo, r− vzdialenosť od povrchového prvku dS k veci P, v ktorom prichádza kmitanie. Faktor 0 určená amplitúdou svetelnej vibrácie v mieste aplikácie prvku dS. Koeficient K závisí od uhla φ medzi normálom k miestu dS a smer k veci R. O φ = 0 tento koeficient je maximálny a pri φ/2 rovná sa nule.
Výsledná oscilácia v bode R je superpozícia vibrácií (1) na celom povrchu S:

Tento vzorec je analytickým vyjadrením Huygens-Fresnelovho princípu.

Dĺžka optickej dráhy

Dĺžka optickej dráhy medzi bodmi A a B priehľadného prostredia je vzdialenosť, cez ktorú by sa svetlo (optické žiarenie) šírilo vo vákuu počas jeho prechodu z A do B. Dĺžka optickej dráhy v homogénnom prostredí je súčinom vzdialenosti, ktorú prejde svetlo v médium s indexom lomu n indexom lomu:

Pre nehomogénne prostredie je potrebné rozdeliť geometrickú dĺžku na také malé intervaly, aby bolo možné uvažovať konštantu indexu lomu na tomto intervale:

Celková dĺžka optickej dráhy sa zistí integráciou:

Nadácia Wikimedia. 2010.

Pozrite si, čo je "dĺžka optickej cesty" v iných slovníkoch:

Súčin dĺžky dráhy svetelného lúča a indexu lomu média (dráha, ktorú by svetlo prešlo za rovnaký čas pri šírení vo vákuu) ... Veľký encyklopedický slovník

Medzi bodmi A a B priehľadného média, vzdialenosť, cez ktorú by sa svetlo (optické žiarenie) šírilo vo vákuu za rovnaký čas, ktorý potrebuje na cestu z A do B v médiu. Pretože rýchlosť svetla v akomkoľvek médiu je menšia ako jeho rýchlosť vo vákuu, O. d ... Fyzická encyklopédia

Najkratšia vzdialenosť, ktorú prejde vlnoplocha žiarenia vysielača z výstupného okna do vstupného okna prijímača. Zdroj: NPB 82 99 EdwART. Slovník pojmov a definícií pre bezpečnosť a požiarnu ochranu, 2010 ... Núdzový slovník

dĺžka optickej dráhy- (s) Súčet súčinov vzdialeností prejdených monochromatickým žiarením v rôznych prostrediach a príslušných indexov lomu týchto prostredí. [GOST 7601 78] Témy optika, optické prístroje a merania Všeobecné pojmy optické ... ... Technická príručka prekladateľa

Súčin dĺžky dráhy svetelného lúča a indexu lomu média (dráha, ktorú by svetlo prešlo za rovnaký čas pri šírení vo vákuu). * * * DĹŽKA OPTICAL PATH OPTICAL PATH, súčin dĺžky dráhy svetelného lúča o ... ... encyklopedický slovník

dĺžka optickej dráhy- optinis kelio ilgis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. dĺžka optickej dráhy vok. optische Weglänge, f rus. dĺžka optickej dráhy, fpanc. longueur de trajet optique, f … Fizikos terminų žodynas

Optická dráha medzi bodmi A a B priehľadného média; vzdialenosť, ktorú by svetlo (optické žiarenie) prekonalo vo vákuu pri svojom prechode z A do B. Keďže rýchlosť svetla v akomkoľvek médiu je menšia ako jeho rýchlosť v ... ... Veľká sovietska encyklopédia

Súčin dĺžky dráhy svetelného lúča a indexu lomu média (dráha, ktorú by svetlo prešlo za rovnaký čas a šírilo sa vo vákuu) ... Prírodná veda. encyklopedický slovník

Pojem geom. a vlnovej optiky, je vyjadrená ako súčet súčinov vzdialeností! priechodné žiarenie v dekomp. média, na zodpovedajúcich indexoch lomu média. O.d.p. sa rovná vzdialenosti, ktorú by svetlo prešlo za rovnaký čas a šírilo sa za ... ... Veľký encyklopedický polytechnický slovník

DĹŽKA DRÁHY medzi bodmi A a B priehľadného média je vzdialenosť, na ktorú by sa svetlo (optické žiarenie) šírilo vo vákuu za rovnaký čas, ktorý potrebuje na cestu z A do B v médiu. Pretože rýchlosť svetla v akomkoľvek médiu je menšia ako jeho rýchlosť vo vákuu... Fyzická encyklopédia

OPTICKÁ DĹŽKA DRÁHY - súčin dĺžky dráhy svetelného lúča a indexu lomu média (dráha, ktorú by svetlo prešlo za rovnaký čas, šíriac sa vo vákuu).

Výpočet interferenčného obrazca z dvoch zdrojov.

Výpočet interferenčného obrazca z dvoch koherentných zdrojov.

Uvažujme dve koherentné svetelné vlny vychádzajúce zo zdrojov a (obr. 1.11.).

Mriežka na pozorovanie interferenčného obrazca (striedanie svetlých a tmavých pruhov) bude umiestnená rovnobežne s oboma štrbinami v rovnakej vzdialenosti Nech x je vzdialenosť od stredu interferenčného obrazca k bodu P na skúmanej obrazovke.

Vzdialenosť medzi zdrojmi a označená ako d. Zdroje sú umiestnené symetricky vzhľadom na stred interferenčného obrazca. Z obrázku je to vidieť

V dôsledku toho

a rozdiel v optickej dráhe je

Rozdiel dráhy je niekoľko vlnových dĺžok a je vždy oveľa menší, takže to môžeme predpokladať. Potom výraz pre rozdiel optickej dráhy bude mať nasledujúci tvar:

Pretože vzdialenosť od zdrojov k obrazovke je mnohonásobne väčšia ako vzdialenosť od stredu interferenčného obrazca k bodu pozorovania, môžeme predpokladať, že e.

Dosadením hodnoty (1,95) do podmienky (1,92) a vyjadrením x dostaneme, že maximá intenzity budú dodržané pri hodnotách

, (1.96)

kde je vlnová dĺžka v médiu a m je poradie rušenia a X max - súradnice maxím intenzity.

Dosadením (1,95) do podmienky (1,93) získame súradnice miním intenzity

, (1.97)

Na obrazovke bude viditeľný interferenčný vzor, ​​ktorý má formu striedajúcich sa svetlých a tmavých pruhov. Farba svetelných pásov je určená farebným filtrom použitým pri inštalácii.

Vzdialenosť medzi susednými minimami (alebo maximami) sa nazýva šírka interferenčného prúžku. Z (1,96) a (1,97) vyplýva, že tieto vzdialenosti majú rovnakú hodnotu. Na výpočet šírky interferenčného prúžku je potrebné odpočítať súradnicu susedného maxima od hodnoty súradnice jedného maxima.

Na tieto účely je možné použiť aj hodnoty súradníc dvoch susedných miním.

Súradnice minima a maxima intenzity.

Optická dĺžka dráh lúča. Podmienky na získanie rušivých maxím a miním.

Vo vákuu je rýchlosť svetla , v prostredí s indexom lomu n sa rýchlosť svetla v zmenšuje a je určená vzťahom (1.52)

Vlnová dĺžka vo vákuu a v médiu - n-krát menšia ako vo vákuu (1,54):

Pri prechode z jedného média do druhého sa frekvencia svetla nemení, pretože sekundárne elektromagnetické vlny vyžarované nabitými časticami v médiu sú výsledkom nútených oscilácií, ktoré sa vyskytujú pri frekvencii dopadajúcej vlny.

Nechajte dva bodové koherentné zdroje svetla a vyžarujte monochromatické svetlo (obr. 1.11). Pre nich musia byť splnené podmienky koherencie: Po bod P prvý lúč prechádza prostredím s dráhou indexu lomu, druhý lúč prechádza prostredím s indexom lomu - dráhou. Vzdialenosti od zdrojov k pozorovanému bodu sa nazývajú geometrické dĺžky dráh lúčov. Súčin indexu lomu prostredia a dĺžky geometrickej dráhy sa nazýva dĺžka optickej dráhy L=ns. L1 = a L1 = sú optické dĺžky prvej a druhej dráhy.

Nech u sú fázové rýchlosti vĺn.

Prvý lúč vybudí oscilácie v bode P:

, (1.87)

a druhý lúč je oscilácia

, (1.88)

Fázový rozdiel kmitov excitovaných lúčmi v bode P sa bude rovnať:

, (1.89)

Faktor je (- vlnová dĺžka vo vákuu) a vyjadrenie pre fázový rozdiel môže mať formu

existuje veličina nazývaná rozdiel optickej dráhy. Pri výpočte interferenčných vzorov je potrebné presne vziať do úvahy optický rozdiel v dráhe lúčov, t.j. indexy lomu prostredia, v ktorom sa lúče šíria.

Zo vzorca (1.90) je možné vidieť, že ak sa rozdiel optickej dráhy rovná celému počtu vlnových dĺžok vo vákuu

potom nastane fázový rozdiel a oscilácie s rovnakou fázou. číslo m nazývaný poriadok interferencie. V dôsledku toho je podmienka (1.92) podmienkou maxima rušenia.

Ak sa rovná polovici celého čísla vlnových dĺžok vo vákuu,

, (1.93)

potom , takže kmity v bode P sú v protifáze. Podmienka (1,93) je podmienkou minima rušenia.

Ak sa teda párny počet polovičných vlnových dĺžok zmestí na dĺžku rovnajúcu sa rozdielu optickej dráhy , potom sa v danom bode na obrazovke pozoruje maximum intenzity. Ak sa pozdĺž dĺžky optického rozdielu v dráhe lúčov zmestí nepárny počet polovičných vlnových dĺžok, potom sa v danom bode na obrazovke pozoruje minimum osvetlenia.

Pripomeňme, že ak sú dve dráhy lúčov opticky ekvivalentné, nazývajú sa tauchrónne. Optické sústavy – šošovky, zrkadlá – spĺňajú podmienku tautochronizmu.

1) Rušenie svetla.

Rušenie svetla- ide o sčítanie svetelných vĺn, pri ktorých sa zvyčajne pozoruje charakteristické priestorové rozloženie intenzity svetla (interferenčný obrazec) v podobe striedania svetlých a tmavých pruhov v dôsledku porušenia princípu sčítania intenzít.

K interferencii svetla dochádza iba vtedy, ak je fázový rozdiel konštantný v čase, t.j. vlny sú koherentné.

Tento jav sa pozoruje pri superponovaní dvoch alebo viacerých svetelných lúčov. Intenzita svetla v oblasti prekrývajúcich sa lúčov má charakter striedania svetlých a tmavých pásov, pričom intenzita je väčšia v maximách a menšia ako súčet intenzít lúčov v minimách. Pri použití bieleho svetla sa interferenčné prúžky ukážu byť zafarbené v rôznych farbách spektra.

K rušeniu dochádza, keď:

1) Frekvencie rušivých vĺn sú rovnaké.

2) Poruchy, ak sú vektorovej povahy, smerujú pozdĺž jednej priamky.

3) Pridané oscilácie sa vyskytujú nepretržite počas celej doby pozorovania.

2) Súdržnosť.

SÚDRŽNOSŤ - koordinované prúdenie v priestore a čase viacerých oscilačných alebo vlnových procesov, pri ktorých rozdiel v ich fázach zostáva konštantný. To znamená, že vlny (zvuk, svetlo, vlny na hladine vody atď.) sa šíria synchrónne, pričom za sebou zaostávajú o presne definovanú hodnotu. Pri pridávaní koherentných oscilácií, rušenie; amplitúda celkových kmitov je určená fázovým rozdielom.

3) Optický cestovný rozdiel.

Rozdiel v dráhe lúčov, rozdiel v optických dĺžkach dráh dvoch svetelných lúčov, ktoré majú spoločný začiatočný a koncový bod. Koncept dráhového rozdielu hrá hlavnú úlohu pri popise interferencie svetla a difrakcie svetla. Výpočty rozloženia svetelnej energie v optických systémoch sú založené na výpočte dráhového rozdielu lúčov (alebo lúčov), ktoré nimi prechádzajú.

Rozdiel v optickej dráhe lúčov je rozdiel v dráhach, ktorými oscilácia prechádza od zdroja k bodu stretnutia: φ 1 – φ 2 \u003d 2π / λ 0.

Kde a je amplitúda vlny, k = 2π / λ je vlnové číslo, λ je vlnová dĺžka; I \u003d A 2 - fyzikálne množstvo rovnajúce sa štvorcu amplitúdy elektrického poľa vlny, t.j. intenzita, a Δ \u003d r 2 - r 1 - takzvaný dráhový rozdiel.

4) Rozloženie intenzity svetla v interferenčnom poli.

Interferenčné maximum (svetelné pásmo) sa dosiahne v tých bodoch priestoru, kde Δ = mλ (m = 0, ±1, ±2, ...), kde Δ = r 2 – r 1 je takzvaný dráhový rozdiel. V tomto prípade I max \u003d (a 1 + a 2) 2\u003e I 1 + I 2. Rušivé minimum (tmavé pásmo) sa dosiahne pri Δ = mλ + λ / 2. Minimálna hodnota intenzity je I min = (a 1 – a 2) 2< I 1 + I 2 . На рис. 3.7.4 показано распределение интенсивности света в интерференционной картине в зависимости от разности хода Δ.

Rozloženie intenzity v interferenčnom obrazci. Celé číslo m je rádom interferenčného maxima.

Maximá sa nachádzajú v tých bodoch, pre ktoré sa do rozdielu dráhy lúčov zmestí celý počet vlnových dĺžok (párny počet polvĺn), minimá sú nepárnym počtom polvĺn.

Celé číslo m je rádom maxima.

5) Interferencia v tenkých platniach Interferometre.

Interferencia v tenkých vrstvách. Často je možné pozorovať, že tenké priehľadné filmy získavajú dúhovú farbu - tento jav je spôsobený interferenciou svetla. Nech svetlo z bodového zdroja S dopadá na povrch priehľadného filmu. Lúče sa čiastočne odrážajú od povrchu filmu smerujúceho k zdroju a čiastočne prechádzajú do hrúbky filmu, odrážajú sa od jeho druhého povrchu a opäť vychádzajú. V oblasti nad povrchom fólie sú teda superponované dve vlny, ktoré sa vytvárajú ako výsledok odrazu počiatočnej vlny od oboch povrchov fólie. Na pozorovanie interferenčného obrazca je potrebné zbierať interferenčné lúče, napríklad umiestnením zbernej šošovky do ich dráhy a za ňou v určitej vzdialenosti clonu na pozorovanie.

Dá sa odvodiť, že rozdiel optickej dráhy je rovný O. r. X. = 2h√(n2-sin2i) + λ/2, kde h je hrúbka filmu, i je uhol dopadu lúčov, n je index lomu látky filmu, λ je vlnová dĺžka.

V prípade homogénneho filmu teda rozdiel optickej dráhy závisí od dvoch faktorov: uhla dopadu lúča i a hrúbky filmu h v bode dopadu lúča.

Lietadlový film. Keďže hrúbka fólie je všade rovnaká, o.r.c. závisí len od uhla dopadu. Preto pre všetky dvojice nosníkov s rovnakým uhlom sklonu je o.r.h. sú rovnaké a v dôsledku interferencie týchto lúčov sa na obrazovke objaví čiara, pozdĺž ktorej je intenzita konštantná. So zvyšujúcim sa uhlom dopadu sa dráhový rozdiel neustále zmenšuje, pričom sa periodicky rovná buď párnemu alebo nepárnemu počtu polvln, a preto sa pozoruje striedanie svetlých a tmavých pásov.

nehomogénny film. S rastúcou hrúbkou filmu sa o.r.c. lúče sa neustále zväčšujú, striedavo sa rovnajú buď párnemu alebo nepárnemu počtu polvln, preto sa pozoruje striedanie tmavých a svetlých pruhov - pruhy rovnakej hrúbky tvorené lúčmi prichádzajúcimi z miest s rovnakou hrúbkou filmu.

Interferometer- merací prístroj využívajúci vlnové rušenie. Najpoužívanejšie optické interferometre. Používajú sa na meranie vlnové dĺžky spektrálnej čiary, index lomu transparentné médiá, absolútne a relatívne dĺžky, uhlové veľkosti hviezd atď., pre kontrola kvality optických častí a ich povrchy atď.

PrincípČinnosť všetkých interferometrov je rovnaká a líšia sa iba metódami získavania koherentných vĺn av akom množstve sa priamo meria. Lúč svetla je nejakým zariadením priestorovo oddelený na dva alebo viac koherentných lúčov, ktoré prechádzajú rôznymi optickými dráhami a potom sa spájajú. V mieste, kde sa lúče zbiehajú, je pozorovaný interferenčný obrazec, ktorého forma, t.j. tvar a relatívna poloha interferenčných maxím a miním, závisí od spôsobu rozdelenia svetelného lúča na koherentné lúče, od počtu rušivé lúče, rozdiel v ich optických dráhach (rozdiel optickej dráhy), relatívna intenzita, veľkosť zdroja, spektrálne zloženie svetla.

Difrakcia svetla. Huygensov-Fresnelov princíp. Fresnelova a Fraunhoferova difrakcia. Difrakčná mriežka. Difrakčné spektrá a spektrografy. Röntgenová difrakcia v kryštáloch. Wulf-Bragsov vzorec.

1) Difrakcia svetla.

Difrakcia svetlo sa nazýva jav odchýlky svetla od priamočiareho smeru šírenia pri prechode v blízkosti prekážok.

Svetlo za určitých podmienok môže vstúpiť do oblasti geometrického tieňa. Ak sa v dráhe paralelného svetelného lúča nachádza okrúhla prekážka (guľatý kotúč, guľa alebo okrúhly otvor v nepriehľadnej clone), potom na clone umiestnenej v dostatočne veľkej vzdialenosti od prekážky, difrakčný obrazec- sústava striedajúcich sa svetlých a tmavých prstencov. Ak je prekážka lineárna (štrbina, závit, okraj obrazovky), potom sa na obrazovke objaví systém paralelných difrakčných prúžkov.

2) Huygensov-Fresnelov princíp.

Fenomén difrakcie je vysvetlený pomocou Huygensovho princípu, podľa ktorého každý bod, ktorý vlna dosiahne, slúži ako stred sekundárnych vĺn a obálka týchto vĺn určuje polohu čela vlny v nasledujúcom časovom okamihu.

Nechajte rovinnú vlnu normálne dopadať na dieru v nepriehľadnej obrazovke. Každý bod úseku čela vlny zvýraznený otvorom slúži ako zdroj sekundárnych vĺn (v homogénnom izotopovom prostredí sú guľovité).

Po zostrojení obálky sekundárnych vĺn na určitý časový okamih vidíme, že čelo vlny vstupuje do oblasti geometrického tieňa, t.j. vlna prechádza okolo okrajov otvoru.

Fresnel vložil do Huygensovho princípu fyzikálny význam a doplnil ho myšlienkou interferencie sekundárnych vĺn.

Pri zvažovaní difrakcie Fresnel vychádzal z niekoľkých základných predpokladov prijatých bez dôkazu. Súhrn týchto tvrdení sa nazýva Huygensov-Fresnelov princíp.

Podľa Huygensovho princípu možno každý bod čela vlny považovať za zdroj sekundárnych vĺn.

Fresnel tento princíp výrazne rozvinul.

· Všetky sekundárne zdroje čela vlny vychádzajúce z jedného zdroja sú navzájom koherentné.

· Plochy vlnového povrchu rovnaké v ploche vyžarujú rovnaké intenzity (výkony).

· Každý sekundárny zdroj vyžaruje svetlo prevažne v smere vonkajšej normály k povrchu vlny v danom bode. Amplitúda sekundárnych vĺn v smere zvierania uhla α s normálou je tým menšia, čím je uhol α väčší, a rovná sa nule pri .

Pre sekundárne zdroje platí princíp superpozície: žiarenie niektorých častí vlnoplochy neovplyvňuje žiarenie iných (ak je časť vlnoplochy pokrytá nepriehľadnou clonou, sekundárne vlny budú vyžarované otvorenými plochami ako ak by neexistovala obrazovka).

Huygensov-Fresnelov princíp je formulovaný takto: Každý prvok čela vlny možno považovať za stred sekundárnej poruchy, ktorá generuje sekundárne sférické vlny a výsledné svetelné pole v každom bode v priestore bude určené interferenciou týchto vĺn.

3) Fresnelova a Fraunhoferova difrakcia.

Fresnel navrhol rozdeliť vlnovú plochu dopadajúcej vlny v mieste prekážky na prstencové zóny (Fresnelove zóny) podľa nasledujúceho pravidla: vzdialenosť od hraníc susedných zón k bodu P sa musí líšiť o polovicu vlnovej dĺžky, t.j. , kde L je vzdialenosť od obrazovky k bodu pozorovania.

Je ľahké nájsť polomery ρ m Fresnelových zón:

Takže v optike λ<< L, вторым членом под корнем можно пренебречь. Количество зон Френеля, укладывающихся на отверстии, определяется его радиусом R: Здесь m – не обязательно целое число.

Fresnelova difrakcia je difrakcia sférickej svetelnej vlny nehomogenitou (napríklad dierou), ktorej veľkosť je porovnateľná s priemerom jednej z Fresnelových zón.

Pre prax je najzaujímavejší prípad difrakcie svetla, kedy prekážka necháva otvorenú len malú časť 1. Fresnelovej zóny. Tento prípad sa realizuje za podmienky

difrakčný obrazec z malých prekážok by sa mal v tomto prípade pozorovať na veľmi veľké vzdialenosti. Napríklad, ak R = 1 mm, λ = 550 nm (zelené svetlo), potom vzdialenosť L od roviny pohľadu musí byť výrazne väčšia ako 2 metre (t. j. minimálne 10 metrov alebo viac). Lúče vedené do vzdialeného bodu pozorovania z rôznych prvkov čela vlny možno prakticky považovať za paralelné. Tento prípad difrakcie sa nazýva tzv. – difrakcia v paralelných lúčoch resp Fraunhoferova difrakcia. Ak je na dráhe lúčov za prekážkou umiestnená zbiehavá šošovka, potom sa v niektorom bode ohniskovej roviny zhromaždí paralelný lúč lúčov, ohýbaný na prekážku pod uhlom θ. Preto je akýkoľvek bod v ohniskovej rovine šošovky ekvivalentný bodu v nekonečne pri absencii šošovky.

4) Difrakčná mriežka.

Difrakčná mriežka- optické zariadenie fungujúce na princípe difrakcie svetla je súbor veľkého počtu pravidelne rozmiestnených ťahov (štrbín, výstupkov) aplikovaných na určitú plochu.

· reflexné: Ťahy sa aplikujú na zrkadlový (kovový) povrch a pozorovanie sa vykonáva v odrazenom svetle

· Transparentné: Ťahy sú nakreslené na priehľadnom povrchu (alebo vyrezané vo forme štrbín na nepriehľadnom plátne), pozorovanie sa vykonáva v prechádzajúcom svetle.

Vzdialenosť, na ktorú sa ťahy na mriežke opakujú, sa nazýva perióda difrakčnej mriežky. Určené listom d.

Ak je známy počet úderov ( N) na mriežku 1 mm, potom sa perióda mriežky zistí podľa vzorca: d = 1 / N mm.

Podmienky pre hlavné difrakčné maximá pozorované pri určitých uhloch sú:

Kde d- perióda mriežky, α - maximálny uhol danej farby, k- poradie maxima,

λ je vlnová dĺžka.

Popis javu: Predná strana svetelnej vlny je rozbitá ťahmi mriežky na samostatné lúče koherentného svetla. Tieto lúče podliehajú difrakcii na ťahoch a navzájom sa rušia. Keďže každá vlnová dĺžka má svoj vlastný difrakčný uhol, biele svetlo sa rozkladá na spektrum.

5) Difrakčné spektrá a spektrografy.

Difrakčné spektrum sa získa, keď svetlo prechádza veľkým počtom malých otvorov a štrbín, t.j. cez difrakčné mriežky alebo pri odraze od nich.

V difrakčnom spektre je vychýlenie lúčov presne úmerné vlnovej dĺžke, takže ultrafialové a fialové lúče, ktoré majú najkratšie vlnové dĺžky, sú najmenej vychýlené a červené a infračervené, pretože majú najdlhšie vlnové dĺžky, sú vychýlené najviac. . Difrakčné spektrum je najviac roztiahnuté smerom k červeným lúčom.

Spektrograf- Ide o spektrálne zariadenie, v ktorom prijímač žiarenia zaznamenáva takmer súčasne celé spektrum rozmiestnené v ohniskovej rovine optického systému. Ako detektory žiarenia v spektrografe slúžia fotografické materiály a viacprvkové fotodetektory.

Spektrograf má tri hlavné časti: kolimátor, ktorý pozostáva zo šošovky s ohniskovou vzdialenosťou f1 a štrbinu inštalovanú v ohnisku šošovky; disperzný systém pozostávajúci z jedného alebo viacerých refrakčných hranolov; a fotoaparát pozostávajúci z objektívu s ohniskovou vzdialenosťou f2 a fotografickú dosku umiestnenú v ohniskovej rovine šošovky.

6) Röntgenová difrakcia v kryštáloch.

röntgenová difrakcia, rozptyl röntgenových lúčov kryštálmi (alebo molekulami kvapalín a plynov), pri ktorom sekundárne vychýlené lúče rovnakej vlnovej dĺžky vznikajú z počiatočného lúča lúčov, ktorý sa objavil v dôsledku interakcie primárnych röntgenových lúčov s elektrónmi látka; smer a intenzita sekundárnych lúčov závisí od štruktúry rozptylového objektu. Difraktované lúče tvoria časť celkového röntgenového žiarenia rozptýleného látkou.

Kryštál je prirodzený trojrozmerný strúhanie na röntgen, pretože vzdialenosť medzi rozptylovými centrami (atómami) v kryštáli rovnakého rádu s vlnovou dĺžkou röntgenového žiarenia (~1Å=10-8 cm). Difrakciu röntgenových lúčov na kryštáloch možno považovať za selektívny odraz röntgenových lúčov od systémov atómových rovín kryštálovej mriežky. Smer difrakčných maxím súčasne spĺňa tri podmienky:

a(cos a - cos a 0) = H l,

b(cos b - cos b 0) = K l,

s(cos g - cos g 0) = L l.

Tu a, b, s- obdobia kryštálová mriežka pozdĺž jeho troch osí; a 0, b 0, g 0 sú uhly vytvorené dopadom a a, b, g - rozptýlené lúče s osami kryštálu; l je vlnová dĺžka röntgenového žiarenia, H, Komu, L- celé čísla. Tieto rovnice sa nazývajú Laueove rovnice. Difrakčný obrazec sa získa buď zo stacionárneho kryštálu pomocou röntgenových lúčov so spojitým spektrom, alebo z rotujúceho alebo oscilujúceho kryštálu (uhly a 0, b 0 sa menia a g 0 zostáva konštantné), osvetlené monochromatickými röntgenovými lúčmi (l - konštantný), alebo z polykryštálu osvetleného monochromatickým svetlom.

7) Wulf-Bragsov vzorec.

Toto je podmienka, ktorá určuje polohu interferenčných maxím röntgenových lúčov rozptýlených kryštálom bez zmeny dĺžky. Podľa Bragg-Wulfovej teórie maximá vznikajú, keď sa röntgenové lúče odrazia od sústavy rovnobežných kryštalografických rovín, keď lúče odrazené rôznymi rovinami tohto systému majú dráhový rozdiel rovný celému číslu vlnových dĺžok.

Kde d- medzirovinná vzdialenosť, θ je uhol pohľadu, t.j. uhol medzi odrazovou rovinou a dopadajúcim lúčom (difrakčný uhol), l je vlnová dĺžka röntgenového žiarenia a m- poradie odrazu, teda kladné celé číslo.

polarizácia svetla. Malusov zákon. Brewsterov zákon. Dvojlom v jednoosových kryštáloch. Otočenie roviny polarizácie. Metódy polarizačnej analýzy hornín. Normálny a anomálny rozptyl svetla. Rozptyl svetla. vonkajší fotoelektrický efekt. Fotoelektrický efekt "červený okraj".

1) polarizácia svetla.

Polarizácia svetla- ide o usporiadanie v orientácii vektorov síl elektrického E a magnetického H poľa svetelnej vlny v rovine kolmej na svetelný lúč. Existujú lineárne polarizácie svetla, kedy E si zachováva konštantný smer (rovina polarizácie je rovina, v ktorej leží E a svetelný lúč), eliptická polarizácia svetla, pri ktorej koniec E opisuje elipsu v rovine kolmej na lúč a kruhová polarizácia svetla (koniec E opisuje kruh ).

Vyskytuje sa, keď svetlo dopadá na povrch pod určitým uhlom, odráža sa a polarizuje. Polarizované svetlo sa šíri aj voľne v priestore, ako bežné slnečné svetlo, ale hlavne v dvoch smeroch – horizontálnom a vertikálnom. „Vertikálny“ komponent prináša ľudskému oku užitočné informácie a umožňuje mu rozpoznávať farby a kontrast. A „horizontálna“ zložka vytvára „optický šum“ alebo lesk.

2) Malusov zákon. Brewsterov zákon.

Malusov zákon- závislosť intenzity lineárne polarizovaného svetla po jeho prechode polarizátorom od uhla medzi rovinami polarizácie dopadajúceho svetla a polarizátora. kde ja 0 - intenzita svetla dopadajúceho na polarizátor, ja je intenzita svetla vychádzajúceho z polarizátora.

Brewsterov zákon- zákon optiky, vyjadrujúci vzťah indexu lomu s takým uhlom, pod ktorým bude svetlo odrazené od rozhrania úplne polarizované v rovine kolmej na rovinu dopadu a lomený lúč je čiastočne polarizovaný v rovine dopad a polarizácia lomeného lúča dosiahne svoju maximálnu hodnotu. Je ľahké zistiť, že v tomto prípade sú odrazené a lomené lúče navzájom kolmé. Zodpovedajúci uhol sa nazýva Brewsterov uhol. tg φ = n kde index lomu druhého prostredia vzhľadom k prvému je sin φ/sin r = n (r je uhol lomu) a φ je uhol dopadu (Brewsterov uhol).

3) Dvojlom v jednoosových kryštáloch.

dvojitý lom- efekt rozdelenia lúča svetla na dve zložky v anizotropných prostrediach. Prvýkrát objavený na kryštáli islandského rahna. Ak lúč svetla dopadá kolmo na povrch kryštálu, potom sa na tomto povrchu rozdelí na dva lúče. Prvý lúč sa ďalej šíri priamo a nazýva sa obyčajný, zatiaľ čo druhý sa odchyľuje na stranu, čím porušuje obvyklý zákon lomu svetla, a nazýva sa mimoriadny.

Dvojlom možno pozorovať aj vtedy, keď lúč svetla dopadá šikmo na povrch kryštálu. V islandskom nosníku a niektorých ďalších kryštáloch je len jeden smer, pozdĺž ktorého nie je D. l. Nazýva sa to optická os kryštálu a také kryštály - jednoosové.

4) Otočenie roviny polarizácie.

Otočenie roviny polarizácie svetlo - rotácia roviny polarizácie lineárne polarizovaného svetla pri prechode látkou. Rotácia polarizačnej roviny je pozorovaná v médiách s kruhovým dvojlomom.

Lineárne polarizovaný lúč svetla môže byť reprezentovaný ako výsledok sčítania dvoch lúčov šíriacich sa v rovnakom smere a polarizovaných v kruhu s opačnými smermi otáčania. Ak sa takéto dva lúče šíria v tele rôznou rýchlosťou, potom to vedie k rotácii roviny polarizácie celkového lúča. Otáčanie roviny polarizácie môže byť spôsobené buď zvláštnosťami vnútornej štruktúry látky alebo vonkajším magnetickým poľom.

Ak slnečný lúč prejde cez malý otvor vytvorený v nepriehľadnej platni, za ktorou je umiestnený kryštál islandského nosníka, potom z kryštálu vyjdú dva lúče rovnakej intenzity svetla. Slnečný lúč je v kryštáli rozdelený s miernou stratou intenzity svetla na dva lúče rovnakej svetelnej sily, ale v niektorých vlastnostiach sa líšia od nezmeneného slnečného lúča a navzájom od seba.

5) Metódy polarizačnej analýzy hornín.

seizmické - geofyzikálna metóda štúdia geologických objektov pomocou elastických vibrácií – seizmických vĺn. Táto metóda je založená na skutočnosti, že rýchlosť šírenia a ďalšie charakteristiky seizmických vĺn závisia od vlastností geologického prostredia, v ktorom sa šíria: od zloženia hornín, ich pórovitosti, lámavosti, nasýtenia tekutinou, napätosti a teplotných podmienok horninového prostredia. výskyt. Geologické prostredie sa vyznačuje nerovnomerným rozložením týchto vlastností, teda heterogenitou, ktorá sa prejavuje odrazom, lomom, lomom, difrakciou a absorpciou seizmických vĺn. Štúdium odrazených, lomených, lomených a iných typov vĺn za účelom identifikácie priestorového rozloženia a kvantifikácie elastických a iných vlastností geologického prostredia je obsahom seizmických prieskumných metód a určuje ich diverzitu.

Vertikálne seizmické profilovanie- Ide o typ 2D seizmického prieskumu, pri ktorom sú zdroje seizmických vĺn umiestnené na povrchu a prijímače sú umiestnené vo vŕtanej studni.

Akustické zaznamenávanie- metódy na štúdium vlastností hornín meraním charakteristík elastických vĺn ultrazvukových (nad 20 kHz) a zvukových frekvencií v studni. Pri akustickej ťažbe dreva sa vo studni vybudia elastické kmity, ktoré sa v nej a v okolitých horninách šíria a sú vnímané prijímačmi umiestnenými v rovnakom prostredí.

6) Normálny a anomálny rozptyl svetla.

Rozptyl svetla je závislosť indexu lomu látky od frekvencie svetelnej vlny. Tento vzťah nie je ani lineárny, ani monotónny. Rozsahy ν, v ktorých (alebo ) zodpovedajú normálna disperzia svetlo (so zvyšujúcou sa frekvenciou ν sa zvyšuje index lomu n). Normálna disperzia sa pozoruje v látkach, ktoré sú priehľadné pre svetlo. Napríklad obyčajné sklo je priehľadné pre viditeľné svetlo a v tomto frekvenčnom rozsahu sa pozoruje normálna disperzia svetla v skle. Na základe javu normálnej disperzie je založený „rozklad“ svetla skleneným hranolom monochromátorov.

Disperzia je tzv abnormálne ak (alebo),

tie. so zvyšujúcou sa frekvenciou ν index lomu n klesá. Anomálna disperzia je pozorovaná vo frekvenčných rozsahoch zodpovedajúcich pásmam intenzívnej absorpcie svetla v danom médiu. Napríklad obyčajné sklo vykazuje anomálnu disperziu v infračervenej a ultrafialovej časti spektra.

7) Rozptyl svetla.

Rozptyl svetla- rozptyl elektromagnetických vĺn vo viditeľnej oblasti pri ich interakcii s hmotou. V tomto prípade dochádza k zmene priestorového rozloženia, frekvencie, polarizácie optického žiarenia, aj keď rozptyl sa často chápe len ako transformácia uhlového rozloženia svetelného toku.

8) vonkajší fotoelektrický efekt. Fotoelektrický efekt "červený okraj".

fotoelektrický efekt- ide o emisiu elektrónov látkou pod vplyvom svetla (a vo všeobecnosti akéhokoľvek elektromagnetického žiarenia). V kondenzovaných látkach (pevných a kvapalných) sa rozlišujú vonkajšie a vnútorné fotoelektrické javy.

Zákony fotoelektrického javu:

Formulácia prvého zákona o fotoelektrickom jave: počet elektrónov vyvrhnutých svetlom z povrchu kovu za 1 s je priamo úmerný intenzite svetla.

Podľa druhého zákona o fotoelektrickom jave maximálna kinetická energia elektrónov vyvrhnutých svetlom sa zvýši lineárne s frekvenciou svetla a nezávisí od jeho intenzity.

Tretí zákon fotoelektrického javu: pre každú látku existuje červený okraj fotoelektrického javu, teda minimálna frekvencia svetla ν0 (alebo maximálna vlnová dĺžka y0), pri ktorej je fotoelektrický efekt ešte možný, a ak ν<ν0 , то фотоэффект уже не происходит .

vonkajší fotoelektrický efekt(fotoelektronická emisia) je emisia elektrónov látkou pod vplyvom elektromagnetického žiarenia. Elektróny emitované z látky vonkajším fotoelektrickým javom sa nazývajú fotoelektróny, a nimi generovaný elektrický prúd pri usporiadanom pohybe vo vonkajšom elektrickom poli sa nazýva fotoprúd.

Fotokatóda - elektróda vákuového elektronického zariadenia, ktorá je priamo vystavená elektromagnetickému žiareniu a pod vplyvom tohto žiarenia emituje elektróny.

Závislosť spektrálnej citlivosti od frekvencie alebo vlnovej dĺžky elektromagnetického žiarenia sa nazýva spektrálna charakteristika fotokatódy.

Zákony vonkajšieho fotoelektrického javu

1. Stoletov zákon: pri konštantnom spektrálnom zložení elektromagnetického žiarenia dopadajúceho na fotokatódu je saturačný fotoprúd úmerný energetickému osvetleniu katódy (inak: počet fotoelektrónov vyrazených z katódy za 1 s je priamo úmerný intenzita žiarenia):
a

2. Maximálna počiatočná rýchlosť fotoelektrónov nezávisí od intenzity dopadajúceho svetla, ale je určená len jeho frekvenciou.

3. Pre každú fotokatódu je červený okraj fotoelektrického javu, to znamená minimálna frekvencia elektromagnetického žiarenia ν 0, pri ktorej je ešte možný fotoelektrický jav.

"Červený" okraj fotoelektrického efektu- minimálna frekvencia svetla, pri ktorej je ešte možný vonkajší fotoelektrický efekt, to znamená, že počiatočná kinetická energia fotoelektrónov je väčšia ako nula. Frekvencia závisí len od funkcie práce elektrónov: kde A je pracovná funkcia pre konkrétnu fotokatódu a h je Planckova konštanta. Pracovná funkcia A závisí od materiálu fotokatódy a stavu jej povrchu. Emisia fotoelektrónov začína okamžite, akonáhle na fotokatódu dopadne svetlo s frekvenciou.

Štruktúra atómu. Bohrove postuláty. Vlastnosti pohybu kvantových častíc. De Broglieho hypotéza. Heisenbergov princíp neurčitosti. kvantové čísla. Pauliho princíp. Atómové jadro, jeho zloženie a vlastnosti. Väzbová energia nukleónov v jadre a hmotnostný defekt. Vzájomné premeny nukleónov. Prirodzená a umelá rádioaktivita. Reťazová reakcia štiepenia uránu. Termonukleárna fúzia a problém riadených termonukleárnych reakcií.

1) Štruktúra atómu.

Atom- najmenšia chemicky nedeliteľná časť chemického prvku, ktorá je nositeľom jeho vlastností.

Atóm pozostáva z atómového jadra a elektrónového mraku, ktorý ho obklopuje. Jadro atómu pozostáva z kladne nabitých protónov a elektricky neutrálnych neutrónov a okolitý oblak pozostáva z záporne nabitých elektrónov. Ak sa počet protónov v jadre zhoduje s počtom elektrónov, potom je atóm ako celok elektricky neutrálny. V opačnom prípade má kladný alebo záporný náboj a nazýva sa ión. Atómy sa klasifikujú podľa počtu protónov a neutrónov v jadre: počet protónov určuje, či atóm patrí k určitému chemickému prvku, a počet neutrónov určuje izotop tohto prvku.

Atómy rôznych typov v rôznych množstvách, spojené medziatómovými väzbami, tvoria molekuly.

2) Bohrove postuláty.

Boli to tieto postuláty:

1. v atóme sú stacionárne dráhy, v ktorých elektrón nevyžaruje ani neabsorbuje energiu,

2. polomer stacionárnych dráh je diskrétny; jeho hodnoty musia spĺňať podmienky kvantovania hybnosti elektrónov: m v r = n , kde n je celé číslo,

3.pri pohybe z jednej stacionárnej dráhy na druhú elektrón vyžaruje alebo absorbuje kvantum energie a hodnota kvanta sa presne rovná energetickému rozdielu medzi týmito úrovňami: hn = E 1 – E 2.

3) Vlastnosti pohybu kvantových častíc.

kvantové častice- sú to elementárne častice - označujúce mikroobjekty v subjadrovom meradle, ktoré nemožno rozdeliť na jednotlivé časti.

V kvantovej mechanike častice nemajú pevnú súradnicu a dá sa hovoriť len o pravdepodobnosti nájdenia častice v určitej oblasti priestoru. Stav častice je opísaný vlnovou funkciou a dynamika častice (alebo sústavy častíc) je opísaná Schrödingerovou rovnicou. Schrödingerova rovnica a jej riešenia: popis energetických hladín častice; opísať vlnové funkcie;

opísať energetické hladiny častice, keď je v nej nielen magnetické pole, ale aj elektrické; opísať energetické hladiny častice v dvojrozmernom priestore.

Schrödingerova rovnica pre jednu časticu má tvar

kde m je hmotnosť častice, E je jej celková energia, V(x) je potenciálna energia a y je množstvo opisujúce elektrónovú vlnu.

4) De Broglieho hypotéza.

Podľa de Broglieho hypotézy má každá hmotná častica vlnové vlastnosti a vzťahy spájajúce vlnové a korpuskulárne charakteristiky častice zostávajú rovnaké ako v prípade elektromagnetického žiarenia. Pripomeňme, že energia a hybnosť fotónu súvisia s kruhovou frekvenciou a vlnovou dĺžkou vzťahmi

Podľa de Broglieho hypotézy pohybujúca sa častica s energiou a hybnosťou zodpovedá vlnovému procesu, ktorého frekvencia je rovná a vlnová dĺžka

Ako je známe, rovinná vlna s frekvenciou šíriacou sa pozdĺž osi môže byť reprezentovaná v komplexnej forme, kde je amplitúda vlny a je vlnové číslo.

Podľa de Broglieho hypotézy voľná častica s energiou a hybnosťou pohybujúca sa pozdĺž osi zodpovedá rovinnej vlne šíriaci sa v rovnakom smere a popisujúci vlnové vlastnosti častice. Táto vlna sa nazýva de Broglieho vlna. Vzťahy týkajúce sa vlnových a korpuskulárnych vlastností častice

kde hybnosť častice a je vlnový vektor, sa nazývajú de Broglieho rovnice.

5) Heisenbergov princíp neurčitosti.

Experimentálne štúdie vlastností mikročastíc (atómov, elektrónov, jadier, fotónov atď.) ukázali, že presnosť určenia ich dynamických premenných (súradnice, kinetická energia, hybnosť atď.) je limitovaná a regulovaná princípom neurčitosti W. Heisenberga. . Podľa tohto princípu možno dynamické premenné charakterizujúce systém rozdeliť do dvoch (vzájomne sa dopĺňajúcich) skupín:

1) časové a priestorové súradnice ( t a q);
2) impulzy a energia ( p a E).

V tomto prípade nie je možné súčasne určiť premenné z rôznych skupín s akoukoľvek požadovanou presnosťou (napríklad súradnice a hybnosť, čas a energia). Nie je to spôsobené obmedzeným rozlíšením prístrojov a experimentálnych techník, ale odráža to základný prírodný zákon. Jeho matematická formulácia je daná vzťahmi: kde D q, D p, D E, D t- neistoty (chyby) merania súradníc, hybnosti, energie a času; h je Planckova konštanta.

Zvyčajne je hodnota energie mikročastice indikovaná pomerne presne, pretože túto hodnotu je pomerne ľahké určiť experimentálne.

6) kvantové čísla.

Kvantové číslo v kvantovej mechanike - číselná hodnota (celé číslo (0, 1, 2,...) alebo polovičné celé číslo (1/2, 3/2, 5/2,...) čísla, ktoré určujú možné diskrétne hodnoty fyzikálnych veličín) nejakej kvantovanej premennej mikroskopického objektu (elementárnej častice, jadra, atómu a pod.), charakterizujúcej stav častice. Priradenie kvantových čísel úplne charakterizuje stav častice.

Niektoré kvantové čísla sú spojené s pohybom v priestore a charakterizujú priestorové rozloženie vlnovej funkcie častice. Toto je napríklad radiálny (hlavný) ( n r), orbitálne ( l) a magnetické ( m) kvantové čísla elektrónu v atóme, ktoré sú definované ako počet uzlov radiálnej vlnovej funkcie, hodnota orbitálneho momentu hybnosti a jeho priemet na danú os, resp.

7) Pauliho princíp.

Pauliho princíp(princíp vylúčenia) je jedným zo základných princípov kvantovej mechaniky, podľa ktorého dva alebo viac rovnakých fermiónov (elementárnych častíc, ktoré tvoria látku alebo častice s pol celočíselnou hodnotou spinu (vlastný moment hybnosti elementárnych častíc) ) nemôže byť súčasne v rovnakom kvantovom stave.

Pauliho princíp možno formulovať nasledovne: v rámci jedného kvantového systému môže byť v danom kvantovom stave iba jedna častica, stav inej sa musí líšiť aspoň o jedno kvantové číslo.

8) Atómové jadro, jeho zloženie a vlastnosti.

atómové jadro- centrálna časť atómu, v ktorej je sústredená jeho hlavná hmotnosť a ktorej štruktúra určuje chemický prvok, ku ktorému atóm patrí.

atómové jadro pozostáva z nukleónov - kladne nabitých protónov a neutrálnych neutrónov, ktoré sú vzájomne prepojené pomocou silnej interakcie. Protón a neutrón majú svoj vlastný uhlový moment (spin), ktorý sa rovná magnetickému momentu, ktorý je s ním spojený.

Atómové jadro, považované za triedu častíc s určitým počtom protónov a neutrónov, sa bežne nazýva nuklid.

Počet protónov v jadre sa nazýva jeho nábojové číslo - toto číslo sa rovná poradovému číslu prvku, ktorému atóm patrí v periodickej tabuľke. Počet protónov v jadre úplne určuje štruktúru elektrónového obalu neutrálneho atómu a tým aj chemické vlastnosti príslušného prvku. Počet neutrónov v jadre sa nazýva jeho izotopové číslo. Jadrá s rovnakým počtom protónov a rôznym počtom neutrónov sa nazývajú izotopy. Jadrá s rovnakým počtom neutrónov, ale rôznym počtom protónov sa nazývajú izotóny.

Celkový počet nukleónov v jadre sa nazýva jeho hmotnostné číslo (samozrejme ) a približne sa rovná priemernej hmotnosti atómu uvedenej v periodickej tabuľke.

Hmotnosť jadra m i je vždy menšia ako súčet hmotností jeho častíc. Je to spôsobené tým, že keď sa nukleóny spoja do jadra, uvoľní sa väzbová energia nukleónov medzi sebou. Pokojová energia častice súvisí s jej hmotnosťou vzťahom E 0 = mc 2. Preto je energia pokojového jadra menšia ako celková energia interagujúcich pokojových nukleónov o hodnotu E st = c 2 (-m i ). Táto hodnota je väzbová energia nukleónov v jadre.Rovná sa práci, ktorú treba vykonať, aby sa oddelili nukleóny tvoriace jadro a odstránili sa od seba na také vzdialenosti, na ktoré spolu prakticky neinteragujú. Hodnota Δ=-n i sa nazýva defekt jadrovej hmoty.Hmotnostný defekt súvisí s väzbovou energiou pomerom Δ=E sv /c 2 .

hromadný defekt je rozdiel medzi pokojovou hmotnosťou atómového jadra daného izotopu, vyjadrenou v jednotkách atómovej hmotnosti, a súčtom pokojových hmotností nukleónov, z ktorých sa skladá. Zvyčajne je určený.

Podľa Einsteinovho vzťahu sú hmotnostný defekt a väzbová energia nukleónov v jadre ekvivalentné:

Kde Δ m- hromadný defekt a s je rýchlosť svetla vo vákuu. Hromadný defekt charakterizuje stabilitu jadra.

10) Vzájomné premeny nukleónov.

Beta žiarenie je prúd β - častíc emitovaných atómovými jadrami pri β - rozpadu rádioaktívnych izotopov. β-rozpad - rádioaktívny rozpad atómového jadra, sprevádzaný odchodom elektrónu alebo pozitrónu z jadra. Tento proces je spôsobený spontánnou premenou jedného z nukleónov jadra na nukleón iného druhu, a to: transformáciou buď neutrónu (n) na protón (p), alebo protónu na neutrón. Elektróny a pozitróny emitované počas rozpadu β sa súhrnne nazývajú beta častice. Vzájomné premeny nukleónov sú sprevádzané objavením sa ďalšej častice - neutrína (n) v prípade β + - rozpadu alebo antineutrína v prípade β - - rozpadu.

11) Prirodzená a umelá rádioaktivita.

Rádioaktivita - spontánna premena niektorých jadier na iné, sprevádzaná emisiou rôznych častíc alebo jadier.

prirodzená rádioaktivita pozorované v jadrách, ktoré existujú v prirodzených podmienkach.

umelá rádioaktivita- v jadrách umelo získaných jadrovými reakciami

12) Reťazová reakcia štiepenia uránu.

Štiepne reakcie sú proces, pri ktorom sa nestabilné jadro rozdelí na dva veľké fragmenty porovnateľných hmotností.

Pri bombardovaní uránu neutrónmi sa objavujú prvky strednej časti periodického systému – rádioaktívne izotopy bária (Z = 56), kryptónu (Z = 36) atď.

Urán sa v prírode vyskytuje vo forme dvoch izotopov: (99,3 %) a (0,7 %). Pri bombardovaní neutrónmi sa jadrá oboch izotopov môžu rozdeliť na dva fragmenty. V tomto prípade prebieha štiepna reakcia najintenzívnejšie pri pomalých (tepelných) neutrónoch, kým jadrá vstupujú do štiepnej reakcie len s rýchlymi neutrónmi s energiou rádovo 1 MeV.

Jadrové štiepenie je prvoradým záujmom jadrovej energetiky.V súčasnosti je známych asi 100 rôznych izotopov s hmotnostnými číslami od asi 90 do 145, ktoré sa vyskytujú počas štiepenia tohto jadra. Dve typické štiepne reakcie tohto jadra majú tvar: V dôsledku jadrového štiepenia iniciovaného neutrónom vznikajú nové neutróny, ktoré môžu spôsobiť štiepne reakcie iných jadier. Produktmi štiepenia jadier uránu-235 môžu byť aj iné izotopy bária, xenónu, stroncia, rubídia atď.

13) Termonukleárna fúzia a problém riadených termonukleárnych reakcií.

termonukleárna reakcia(synonymum: jadrová fúzna reakcia) - druh jadrovej reakcie, pri ktorej sa ľahké atómové jadrá spájajú a vytvárajú ťažšie jadrá. Využitie jadrovej fúznej reakcie ako prakticky nevyčerpateľného zdroja energie je spojené predovšetkým s perspektívou zvládnutia technológie riadenej fúzie.

Riadená termonukleárna fúzia(UTS) - syntéza ťažších atómových jadier z ľahších za účelom získania energie, ktorá je na rozdiel od výbušnej termonukleárnej fúzie (využívanej v termonukleárnych zbraniach) riadená. Riadená termonukleárna fúzia sa od tradičnej jadrovej energie líši tým, že využíva štiepnu reakciu, počas ktorej sa z ťažkých jadier získavajú ľahšie jadrá. Hlavné jadrové reakcie, ktoré sa plánujú využiť na riadenú termonukleárnu fúziu, budú využívať deutérium (2H) a trícium (3H) a z dlhodobého hľadiska hélium-3 (3He) a bór-11 (11B).

Riadená termonukleárna fúzia je možná, ak sú súčasne splnené dve kritériá:

Rýchlosť zrážky jadier zodpovedá teplote plazmy:

Súlad s kritériom Lawson:

(pre D-T reakciu)

kde je hustota vysokoteplotnej plazmy a je čas zadržania plazmy v systéme.

Hodnota týchto dvoch kritérií určuje hlavne rýchlosť konkrétnej termonukleárnej reakcie.

V súčasnosti (2010) sa riadená termonukleárna fúzia ešte v priemyselnom meradle neuskutočnila.

Dĺžky svetelných vĺn vnímaných okom sú veľmi malé (rádovo ). Šírenie viditeľného svetla preto možno považovať za prvú aproximáciu, pričom sa abstrahuje od jeho vlnovej povahy a predpokladá sa, že svetlo sa šíri pozdĺž určitých línií, nazývaných lúče. V obmedzujúcom prípade zodpovedajúcom zákonom optiky možno formulovať v jazyku geometrie.

V súlade s tým sa odvetvie optiky, v ktorom sa zanedbáva konečnosť vlnových dĺžok nazýva geometrická optika. Ďalším názvom pre túto sekciu je lúčová optika.

Základ geometrickej optiky tvoria štyri zákony: 1) zákon priamočiareho šírenia svetla; 2) zákon nezávislosti svetelných lúčov; 3) zákon odrazu svetla; 4) zákon lomu svetla.

Zákon priamočiareho šírenia hovorí, že svetlo sa v homogénnom prostredí šíri priamočiaro. Tento zákon je približný: keď svetlo prechádza cez veľmi malé otvory, pozorujú sa odchýlky od priamosti, čím väčší je otvor.

Zákon nezávislosti svetelných lúčov hovorí, že mesiace sa pri prechode navzájom nerušia. Priesečníky lúčov nebránia tomu, aby sa každý z nich šíril nezávisle od seba. Tento zákon platí len pre nie príliš vysoké intenzity svetla. Pri intenzitách dosahovaných lasermi sa už nerešpektuje nezávislosť svetelných lúčov.

Zákony odrazu a lomu svetla sú formulované v § 112 (pozri vzorce (112.7) a (112.8) a text za nimi nasledujúci).

Geometrická optika môže byť založená na princípe, ktorý zaviedol francúzsky matematik Fermat v polovici 17. storočia. Z tohto princípu vyplývajú zákony priamočiareho šírenia, odrazu a lomu svetla. Vo Fermatovej vlastnej formulácii princíp hovorí, že svetlo sa pohybuje po dráhe, ktorá trvá najmenej času.

Ak chcete prejsť úsekom cesty (obr.

115.1) svetlo potrebuje čas, kde v je rýchlosť svetla v danom bode v médiu.

Nahradením v cez (pozri (110.2)) dostaneme, že čas strávený svetlom na cestu z bodu do bodu 2 sa teda rovná

(115.1)

Množstvo s rozmerom dĺžky

sa nazýva dĺžka optickej dráhy.

V homogénnom prostredí sa dĺžka optickej dráhy rovná súčinu dĺžky geometrickej dráhy s a indexu lomu média:

Podľa (115.1) a (115.2)

Úmernosť doby prechodu k dĺžke optickej dráhy L umožňuje formulovať Fermatov princíp takto: svetlo sa šíri po takej dráhe, ktorej optická dĺžka je minimálna. Presnejšie povedané, dĺžka optickej dráhy musí byť extrémna, t.j. buď minimálna alebo maximálna, alebo stacionárna – rovnaká pre všetky možné dráhy. V druhom prípade sa všetky dráhy svetla medzi dvoma bodmi ukážu ako tauchrónne (vyžadujú si na prechod rovnaký čas).

Fermatov princíp predpokladá reverzibilitu svetelných lúčov. Optická dráha, ktorá je minimálna v prípade šírenia svetla z bodu 1 do bodu 2, bude totiž minimálna aj v prípade šírenia svetla v opačnom smere.

Preto lúč vypustený smerom k lúču, ktorý prešiel z bodu 1 do bodu 2, bude sledovať rovnakú dráhu, ale v opačnom smere.

Pomocou Fermatovho princípu získame zákony odrazu a lomu svetla. Nechajte svetlo vstúpiť z bodu A do bodu B odrazené od povrchu (obr. 115.2; priamu cestu z A do B blokuje nepriehľadná clona E). Prostredie, v ktorom lúč prechádza, je homogénne. Preto je minimalizácia dĺžky optickej dráhy redukovaná na minimálnu jej geometrickú dĺžku. Geometrická dĺžka ľubovoľne vedenej dráhy sa rovná (pomocný bod A je zrkadlovým obrazom bodu A). Z obrázku je vidieť, že najkratšiu dĺžku má dráha lúča odrazeného v bode O, pre ktorý sa uhol odrazu rovná uhlu dopadu. Všimnite si, že ako sa bod O vzďaľuje od bodu O, geometrická dĺžka dráhy sa donekonečna zväčšuje, takže v tomto prípade existuje len jeden extrém – minimum.

Teraz nájdime bod, v ktorom sa musí lúč lámať, šíriaci sa z A do B, aby dĺžka optickej dráhy bola extrémna (obr. 115.3). Pre ľubovoľný lúč je dĺžka optickej dráhy

Aby sme našli extrémnu hodnotu, diferencujeme L. vzhľadom na x a deriváciu prirovnáme k nule)

Faktory at sú rovnaké, teda dostaneme vzťah

vyjadrujúci zákon lomu (pozri vzorec (112.10)).

Uvažujme odraz od vnútorného povrchu rotačného elipsoidu (obr. 115.4; - ohniská elipsoidu). Podľa definície elipsy sú cesty atď. rovnako dlhé.

Preto všetky lúče, ktoré zmizli zo zaostrenia a po odraze sa zaostria, sú tauchrónne. V tomto prípade je dĺžka optickej dráhy stacionárna. Ak nahradíme povrch elipsoidu povrchom MM, ktorý má menšie zakrivenie a je orientovaný tak, aby lúč, ktorý opúšťa bod po odraze od MM, dopadol na bod, potom bude dráha minimálna. Pre povrch, ktorý má zakrivenie väčšie ako elipsoid, bude dráha maximálna.

Stacionarita optických dráh nastáva aj pri prechode lúčov cez šošovku (obr. 115.5). Lúč má najkratšiu dráhu vo vzduchu (kde sa index lomu prakticky rovná jednotke) a najdlhšiu dráhu v skle ( Lúč má dlhšiu dráhu vo vzduchu, ale kratšiu dráhu v skle. Výsledkom je, že dĺžka optickej dráhy pretože všetky lúče sú rovnaké, preto sú lúče tauchrónne a dĺžka optickej dráhy je stacionárna.

Uvažujme vlnu, ktorá sa šíri v nehomogénnom izotropnom prostredí pozdĺž lúčov 1, 2, 3 atď. (obr. 115.6). Nehomogenitu budeme považovať za dostatočne malú, aby sa index lomu mohol považovať za konštantný na segmentoch lúčov dĺžky X.