Жары поляризациясы. Табии жне поляризацияланан жары. Малюс заы.

Кейбір жадайларда жары толыны тек белгілі бір баытта ана тербелуі де ммкін. Осындай жары поляризацияланан жары деп аталады ріс векторыны тербеліс баыты мен тербелістер таралатын баыт арылы тетін жазыты поляризацияланан жарыты тербеліс жазытыы, оан перпендикуляр жазыты поляризациялану жазытыы деп аталады Егер жары векторы тербелістері бір ана жазытыта болса, онда бл жары жазы поляризацияланан жары болады. Мысалы, турмалин пластинкасынан ткен жары толыныны электр векторы белгілі бір жазытыта тербеледі, демек табии жары турмалиннен ткенде поляризацияланады, сйтіп жары тербелістеріні клдене тербелістері болып табылады.

Егер кристалл пластинкадан шыан жары толыныны электр векторыны шы эллипс сызса, онда жары тербелістеріні траекториясы эллипс болады. Сонда жары толындары эллипс бойымен поляризацияланан толын деп аталады, сондытан бл былыс эллипстік поляризация делінеді.

Табии поляризацияланан жары

Жары толындары электромагниттік толындарды бір трі болып табылады да, оларды рісін электр рісі векторы Е мен магнит рісі векторы Н арылы сипаттауа болады. Бл векторлар зара жне толын таралатын баыта перпендикуляр болатындыын брыннан білеміз. Осындай жары толыны рісіні векторлары здіксіз згеріп тербелісте болады. Сондытан, мндай векторлар кейде жары векторлары деп аталады. Жары толындары затты атомдары мен молекулаларында жріп жатан кейбір процестер нтижесінде пайда болады. Ал жары кзі рамында сансыз кп атомдар бар. Осы атомдарды шыаратын жары толындарыны электр векторларыны баыттары р трлі болып ыли да згеріп отырады. Сйтіп, жары толыныны электр рісі векторы трлі жаа баытталан, яни р трлі жазытыта тербелуі ммкін. Олай болса, электр рісі векторыны кеістікте осылайша барлы баытта таралатын жарыы табии жары деп аталады (1, а-сурет). Табии жары толындарыны кез келген баыттаы интенсивтігі бірдей болады.

• Призманы ауытыту брышыны призманы сындырыш брышымен байланысы:

мндаы - призманы сыну крсеткіші.

• Сыну крсеткіші мен затты диэлектрлік тімділігі арасындаы байланыс:

• Жарыты заттаы лсіреуі (Бугер заы):

мндаы жне - жазы монохромат жары толыныны сйкес трде затты алыдыы жтыш абатына кірердегі жне одан шыардаы интенсивтіктері; - жту коэффициенті.

• Вавилов-Черенков эффекті:

мндаы -сулеленуді таралу быты мен блшекті жылдамды векторы арасындаы брыш; - ортаны сыну крсеткіші.

• Жарыты полярлану дрежесі:

жне - анализатор арылы тетін жартылай полярланан жарыты сйкес трде максималь жне минималь интенсивтіктері.

Малюс заы.Адамдарды жарыты тегі жніндегі танымы те кп. 1808 жылы Франция ылым академиясы жлде сыйлыын дайындай отырып, сулені осарланып сыну былысын тжірибемен теория жзінде талылады. Дл осы тста, Франция инженері Малюс (1775-1812) 1808 жылды бір ысы кешінде йінде отырып исландия тасы арылы Париждегі Лушенбург сарайыны терезесінен шаылысан кн кескініне кз тастап ос кескін креді. Бл белгілі іс бола трса да, исландия таы да айналдырып аланында, екі кескінні жары пен араылы дрежесінде де осыан сай згерісті боланы, исландия тасы айналып белгілі орына келгенде ос кескінні бірі айып боланы тадандырады.

з жаалыына уанан Малюс сол тні баса жары кздерін пайдаланып талай рет тжірибе жасап крді. Ол шам жарыын исландия тасынан ткізу, рі

оны су бетінде шаылыстыру арылы исландия тасынан ткен екі шо жары 36° брышпен су бетінде тскенде шам жалыныны бір ана кескіні крінетінін байады. Малюс жары кшіні баыта сай згеретін мндай былысын жарыты поляризациялануы, мндай жарыты “поляризациялы жары” деп атайды. Малюс тжірибесі адамдара мынадай фактіні ындырады: табии жары шаылысу жне осарланып сынумен бір уаытта поляризациялану барысын здігінен жасайды, ал шаылысу мен осарланып сыну, поляризацияны тудыру жне поляризацияны тексеру ролін атарады.

Малюс, сулені осарланып сыну былысын е бірінші тжірибе жне теория жзінде айтадан длелдегендіктен жне тсіндіргендіктен XIX асырдаы поляризацияланан былысты зерттеуге жол салушы болып есептеледі.

• Малюс заы:

мндаы -анализатор арылы ткен жазы полярланан жарыты интенсивтігі; - анализатора тсетін жазы полярланан жарыты интенсивтігі; - поляризатор мен анализаторды бас жазытытарыны арасындаы брыш.

• Брюсер заы:

мндаы - диэлектриктен шаылан суле жазы полярланан болатын кездегі тсу брышы; - салыстырмалы сыну крсеткіші.

• Ширек толын зындыы пластинкасы шін оптикалы жріс айырымы:

мнда «+» таба теріс пластиналара, «-» - о пластиналара сйкес келеді. – вакуумдегі толын зындыы.

• Полярлану жазытыыны брылу брышы:

• оптикалы актив кристалдар жне таза сйытар шін:

• оптикалы актив ертінділер шін:

мндаы - жарыты оптикалы актив затта ту жолы; - меншікті брылыс; -ертіндідегі оптикалы актив затты массалы концентрациясы.

Жарыты шаылу жне сыну кезіндегі поляризациялануы Жары екі ортаны шекарасында шаыланда жне сынанда азды-кпті поляризацияланады. Енді жарыты млдір екі диэлектрик орта шекарасында поляризациялануын арастырайы. Ол шін бір SO табии жары сулесі ZZ' шаылу жазы пластинка бетіне і брышпен тсіп, сол нктеде і' брышпен шаылатын болсын Шаылан ОС сулесі D поляроидтан тіп, экранды жарытандырады. Поляроидты бру арылы экрандаы жарыталынуды кштілігін згертуге болады. Егер экрандаы жарыталынуды интенсивтігі згерсе, онда жары сулесіні поляризацияланандыын байаймыз. Сонымен атар, шаылан сулені поляризациялануы оны тсу брышына да байланысты.

Олай болса, шаылан сулені толы поляризациялануы кезіндегі тсу брышы і толы поляризациялану брышы деп аталады. Аылшын физигі Д. Брюстер (1781 — 1863) кптеген эксперименттерді нтижесінен 1811 ж. мынадай орытынды жасады, яни жарыты поляризациялану брышыны тангенсі жары шаылатын ортаны сыну крсеткішіне те болады:

Осы формула Брюстер заы деп аталады да, кез келген заттарды сыну керсеткіштерін анытау шін пайдаланылады. Сйтіп шаылан суле р уаытта зіні тсу жазытыында поляризацияланады.

Ал сынан сулеге келетін болса, оларды шаылан суле сияты толы поляризацияланбай тек шала поляризациялануы шін оны таралу жолына бірнеше абат шыны пластинкалар ою ажет, себебі рбір шыны пластинкадан жары сулесі сынып ткен сайын оны поляризациялануы кшейе тседі де, сыну брышы толы поляризациялану брышына те боланда жары толы поляризацияланады. Сйтіп осындай шыны пластинкалар абаттары Столетов табаны деп аталады. Осындай табанды шаылан жне сынан сулелерді поляризациясын зерттеу шін олданады.

Табиатта жне техникада зіне тскен жары сулелерін осарландырып крсететін кристалдар кездеседі. Егер осындай кристалдар арылы біз затты кретін болса, онда оны осарланан кескінін байауа болады. Бл былысты бірінші рет 1647 жылы дат алымы Э. Бартолин (1625—1698) исланд шпатын зерттеуді нтижесінде ашан болатын. Сондытан мндай былысты жары сулелеріні осарланып сынуы деп атайды да, осындай асиеттері бар кристалдар осарландырып сындырушы делінеді. Кристалды негізгі оптикалы осіні санына байланысты олар бір немесе екі осьті болып блінеді. Бір осьті кристалдар тобына исланд шпаты, кварц ,турмалин жатады. Біра турмалин кристалыны сыртына бір ана суле шыады, йткені екінші суле турмалинні ішінде толы жтылады. Сулені осарланып сынуын зерттеу шін исланд шпатын олданады. Ол жмса, млдір минерал. Гипс, слюда, топаз сияты кристалдар екі осьті кристалдар тобына жатады. Кристала тскен суле мен суле тскен нктеден оптикалы ось арылы тетін жазыты кристалды бас имасы немесе бас жазытыы деп аталады. рбір млдір диэлектрик ортаны зіне тн толы поляризациялау брышы болады. Брюстерді таайындауы бойынша жарыты толы поляризациялану брышыны тангенсі жары шаылатын ортаны жары сыну крсеткішіне те

Мндаы n-салыстырма сапа крсеткіші.

Бл орытынды Брюстер заы деп аталады. Бл зады жары тек диэлектриктер (шыны, кварц, су т. т.) бетінен шаыланда ана олдануа болады.

Жарыты дисперсиясы. алыпты, аномаль дисперсия. А жары шыны призмадан ткен кезде бiрнеше тске жiктелетiнiн алаш рет И.Ньютон баылап, зерттеген болатын. Мндай монохроматты жары одан рi баса тстерге жiктелмейдi.

Жары дегенiмiз – электромагниттiк толындар. ртрлi тстегi жарытар бiр-бiрiнен толын зындыыны, немесе онымен байланысты жиiлiгiнi ртрлi болуымен згешеленедi. Ал жарыты шыны призмадан ткенде ртрлi тске жiктелуiнi себебi андай да бiр ортадаы жары жылдамдыыны жары жиiлiгiнен туелдiлiгiмен байланысты. Сыну крсеткiшiнi жары жиiлiгiнен осындай туелдiлiгiн дисперсия былысы деп атайды. Бл былысты тсiндiруге Максвеллдi электромагниттiк теориясын олдану о нтиже бермедi. Себебi бл жердегi мселе тек электромагниттiк толынны асиетiнде ана емес, сонымен атар ол толындарды затпен серлесу сипатымен де байланысты болатын.

Дисперсия былысын ХIХ асырды аяында алыптасан Г.Лоренцтi классикалы электронды теориясы ана тсiндiрiп бере алды. Бл теорияны тсiндiруi бойынша жарыты дисперсиясы зат атомдарындаы электрондарды электромагниттiк рiспен серлесуiнi нтижесiнде туындылайтын ерiксiз тербелiсiнi нтижесi болып табылады. Осы теорияны негiзiнде табылан дисперсия заы мынадай:

мндаы N – молекулалар концентрациясы, e – элементар заряд, m – электронны массасы, ₀ – электр тратысы, ₀ – электронны зiндiк жиiлiгi, – сырты электромагниттiк рiстi жиiлiгi. Бл суреттегi жиiлiк артан кездегi сыну крсеткiшi де артатын, зiндiк жиiлiктi мнiнен тысары жатан ab жне cd аймаы дрыс дисперсия деп аталады. Ал зiндiк жиiлiктi маында жатан bc аймаында, керiсiнше, жиiлiк артан кезде сыну крсеткiшi кемидi. Бл аномальдi дисперсия аймаы. Тжiрибе бл аймата жары зата атты жтылатындыын крсетедi. Бл оны резонансты былыстармен тере байланыста екендiгiнi длелi.

р трлі заттарды тстері туралы сра адам баласын ерте заманнан бері ызытырып келді. Сонда да Ньютона дейін бл салада ешандай белгілі нрсе болмады. Тс затты зіне тн асиет деп есептелді. Ал р уаытта трлі баылау жргізгенде жарытану шарты згерген жадайда денені тсі де згеретінін анытауа болады. Жары пен араыны араластыранда р трлі тстер пайда болады деген пікірлер де болды. Кемпіроса тсін жабыр тамшыларымен байланыстырды. Алмаз тстеріні ойнауы, шыны призмадан ткен тсті трленуі де белгілі болатын. Біра Ньютона дейін ешкім де бл былыстарды салыстырып, оларды арасындаы байланысты білуге мтылан жо. 1666 жылы сол кезге дейін белгілі болып келген тс жніндегі теорияларды іс жзінде жоа шыаратын эксперимент жасалынды. Бл экспериментті Ньютонны зі алай сипаттап жазанын келтірейік.

1666 жылы шыны деп жрген болатынын, мен тс жніндегі белгілі былыстарды тексеру шін шбрышты шыны призманы тауып алдым. Осы масатта мен зімні блмемді араыладым да кн сулесін ткізу шін жатауа те кішкене саылау жасадым. Осы саылауа мен призманы одан сынан суле арсы абыраа тсетін етіп орналастырдым. Осындай жолмен алынан трлі-тсті жне кшейтілген тстерді арау маан те лкен анааттандыру сезімін тудырды". Жары кзінен шыып, призма арылы ткенде пайда болан р трлі тстерден тратын жолатарды Ньютон спектр деп атады . Бл экспериментті екі ерекшелігі Ньютонды та алдырды. Шоты зындыын оны енімен салыстырып, оны зындыыны енінен 5 есе артык екенін тапты. Мны тсіндіру те иын болды. Біра Ньютон кн спектріні р тсін басалардан жеке бліп алып, оны екінші призмадан сынуа мжбр етті. Бл жадайда ол р трлі тстерді ралай сынатынын байады. Мысалы, ызыл тс басалара араанда лсіз, ал клгін тс брінен де кшті сынады.

Ньютон мны тсіндіре алмады. Біра эксперимент жарыты призмадан сынанда зынша болатынын тсіндірді. Бл эксперимент а тсті крделі тс екенін крсетті. Ол негізгі жеті тстен трады: ызыл, ызылт сары, сары, жасыл, кк, кгілдір жне клгін А тсті крделі тс екенін крсететін Ньютонны жасаган таы бір тжірибесі бар.

Ньютон дгелекті бетін сектор трінде негізгі жеті тсті бояп ойды. Бл дгелек озалтышты айналу осіне бекітілді. Айналуды белгілі бір жылдамдыында тсті дгелек а болып крінеді. Ньютонны ашан былысы жарыты дисперсиясы деген ата ие болды. Жары дисперсиясыны екі маынасы бар: 1) дисперсия — крделі а тсті спектрге ажырату былысы; 2) дисперсия — затты сыну крсеткішіні тсетін жарыты толын зындыына туелділігі. Бір затты ор трлі толын зындыына сйкес сыну крсеткіші бар. Жарыты жылдамдыы вакуумде 300 000 км/с екені белгілі. Ал баса млдір ортадан ткенде жары жылдамдыы згереді жне ол вакуумдегіден аз. ызыл тсті жары толыныны таралу жылдамдыы кез келген ортада максимал, ал клгін тсті жары толыныны таралу жылдамдыы — минимал болады. Вакуумде жары дисперсиясы болмайды, йткені онда барлы жары толындары бірдей жылдамдыпен таралады. Дисперсия былысыны ашылуы кемпіросак былысын тсіндіруге кмектесті. Жарыты су тамшыларында немесе атмосферадаы мз абыршатарында сынуы кн сулесіні суда немесе мзда жіктелу дисперсиясыны нтижесі сияты болады. Жарыты дисперсиясын алыпты жне аномальді деп бледі. Кп жадайда ортаны сыну крсеткіші толын зындыына кері пропорционал болатынын тжірибелер крсетті. Мндай дисперсия алыпты дисперсия деп аталады. Егер ортапы сыну крсеткіші толын зындыына тура пропорционал болса, ондай дисперсия аномалъді дисперсия деп аталады.

 

54. Абсолют ара денені суле шыару задары. Стефан-Больцман заы.1.Стефан – Болцман заы.Абсолют ара денені толы жарырауы (R) oны тртке дрежеленген абсолют температурасына пропорционал

мндаы - шымай ара денені сулеленуі (жарырауы); - термодинамикалы температура; - Стефан-Больцман тратысы. Ср дене жадайында:

мндаы - ср денені аралы коэффициенті.

Бл зады алаш эксперимент жасап Стефан, одан со теория жзінде Больцман таайындаан.

2. Винні заы. Абсолют ара денені спектрлік суле шыарышты абілетіні максимал мніне сйкес келетін толын зындыы max оны Т абсолют температурасына кері пропорционал: мндаы - сулелену энергиясыны максимумы келетін толын зындыы; - Винні тратысы.

Бл зады 1877 жылы Вин таайындаан.

3. Абсолют ара денені спектрлік суле шыарышты абілетіні максимал мні r оны беске дрежеленген Т абсолют температурасына пропорционал. Планкты формуласы:

мндаы - шымай ара денені сулеленуіні спектрлік тыыздыы; - толын зындыы; - вакуумдегі жары жылдамдыы; - Больцманны тратысы; - термодинамикалы температура.

• Берілген температура кезіндегі суллеленуді максималь спектрлік тыыздыы:

мндаы

Жарыты фазалы жне топты жылдамдыы. Тжірибе жасап жарыты р трлі ортада таралу жылдамдытарын лшеп тауып, оларды бір-бірімен салыстыруа болады. Майкельсонны лшеуішіне жарыты вакуумдаы жылдамдыыны ккіртті кміртегіндегі жылдамдыына атынасы 1,76-а те, ал ккіртті кміртегіні жары сындыру крсеткіші n=1,64. Толынды теория бойынша затты жары сындыру крсеткіші жарыты вакуумдаы жылдамдыы атынасына те. Олай болса, ккіртті кміртегіне келгенде бл аида орындалмай отыр. Мны себебі: жары жылдамдыы деген крделі ым; тжірибе жасап лшеп табатын жары жылдамдыы мен жарыты сыну заында айтылатын жары жылдамдыы екі трлі жылдамды. Натылы жары толындары шектеулі уаыт болатын шатау толындар, олар наыз монохромат толындар болып табылмайды. Біра сондай толындарды наыз монохромат толындардан рылан крделі толындар деп арастыруа болады. Сондай крделі толын кдімгі млдір ортада тараланда оны рбір монохромат раушыларыны жылдамдытары р трлі,яни толынны фазалы жылдамдыы толынны зындыына туелді болады.Осындай туелділік (дисперсия) білінетін орта дисперсиялаушы орта деп аталады. Бл жадайда фазалы жылдамдыпен атар толынны топты

жылдамдыы делінетін жылдамды арастырылады. Топты жылдамды (u) деп жеке монохромат толындар осылысу нтижесінде пайда болан крделі толынны тербеліс максимумы таралатын жылдамды айтылады. Есептеп келгенде бір баытта таралан толын зындытары мен таралу жылдамдытарыны мндері бір-біріне те жаын екі синусоидалы толынны рылан бір топ толынны топты жылдамдыы (u) былай рнектеледі:

U=v- u = v dv .мндаы v – толынны фазалы жылдамдыы, - толын зындыы. Егер > 0 dv , яни заранда v артатын болса, онда топты жылдамды фазалы жылдамдытан кем болады; егер

dv болса, яни заранда v кемитін болса,онда топты жылдамды фазалы жылдамдытан арты болады. Егер болса, онда топты жылдамды пен фазалы жылдамды те болады.Жары вакуумда тараланда оны топты жне фазалы жылдамдыы бірдей (с) болады. Жарыты ауада таралу жылдамдыыны толын зындыына туелділігі болымсыз аз, сондытан ауада жарыты топты жылдамдыы мен фазалы жылдамдыын те деп санауа болады.Жоарыда баяндалан дістер олданыланда жарыты топты жылдамдыы лшеніледі. Майкельсон тжірибесінде де жарыты ккіртті кміртегіндегі топты жылдамдыы (u) лшенілген, оны шамасы жарыты ккіртті кміртегіндегі фазалы жылдамдыы (v) шамасынан кем, сондытан бл жадайда расында да Майкельсонны лшеуінше:

Жарыты сыну заынша

Неміс алымы Кирхгоф (1859ж.) термодинамика задарына сйеніп, денені суле шыарышты абілетіні оны суле жтышты абілетіне атынасы сол температурадаы абсолют ара дене суле шыарышты абілетіне те екендігін таайындады,

Денені суле шыарышты абілетіні оны суле жтышты абілетіне атынасы денені табиатына байланысты емес, барлы денелерге бірдей, суле толыны зындыы мен температураа туелді универсал функция болады, ол абсолют ара денені суле шыарышты абілетіне те.