Kuo dispersinis spektras skiriasi nuo difrakcijos spektro? Įvairūs šviesos skaidymo į spektrą būdai

Optikoje išskiriama difrakcija ir dispersija šviesos spektrai. Kokios jų savybės?

Kas yra difrakcijos spektras?

Šis spektras susidaro, kai šviesa praeina per daug mažų skylių ar plyšių. Taigi, galite tai pamatyti, jei prisimerksite ir pažvelgsite į saulę ar lempą. Jei šaltą žiemą atkreipiate dėmesį į mėnulį, aplink jį nesunku pamatyti įvairiaspalvius apskritimus: jie taip pat difrakcijos spektrai. IN šiuo atveju jie susidaro dėl šviesos prasiskverbimo per atmosferoje esančias sušalusias vandens daleles. Norint atlikti moksliniai eksperimentai naudojant specialias difrakcijos gardeles sukuriami savotiški standartiniai difrakcijos spektrai.

Difrakcijos spektras

Nagrinėjamam spektro tipui būdingas spindulių nuokrypis, proporcingas bangos ilgiui. Todėl ultravioletiniai, taip pat violetiniai spektro spinduliai, kurie turi trumpos bangos, nukrypti kuo mažiau. Savo ruožtu ilgųjų bangų raudona ir infraraudonoji spalva yra priešinga. Galima pastebėti, kad nagrinėjamas spektras didžiausiu mastu ištemptas link ilgųjų bangų spindulių.

Kas yra dispersinis spektras?

Šis spektras susidaro dėl šviesos lūžio – pavyzdžiui, kai ji praeina per prizmę. Tai atrodo kaip šviesių juostelių kolekcija skirtingos spalvos. Šviesos sklaida yra jos srauto skilimas, kuris turi baltas, į monochromatinius spindulius, kurie sudaro šviesos spektrą.

Fizikos istorijoje žinomas nuostabus faktas: iki jo atradimo dispersinis spektras , buvo įprastas požiūris, kad balta šviesa nuspalvina, kai praeina per prizmę. Paaiškėjo, kad taip nėra.

Dispersijos spektre didžiausias nuokrypis lūžio metu būdingas violetiniams spinduliams. Nagrinėjamas spektras yra ištemptas tolygiau nei difrakcijos spektras - per visus spindulių tipus, bet daugiausia - link trumpųjų bangų.

Palyginimas

Pagrindinis skirtumas tarp difrakcijos spektro ir dispersinio spektro yra tas, kad pirmasis spektras susidaro dėl šviesos pratekėjimo per siauras skylutes (ir kitas sritis, kurios netrukdo spinduliams praeiti tarp kai kurių arti esančių objektų), ir antrasis - dėl jo lūžio (pavyzdžiui, dėl praėjimo per prizmę).

Taip pat gali būti skirtumų tarp nagrinėjamų spektrų:

• raudonų ir violetinių spindulių nukrypimai;
• spektro tempimo laipsnis;
• spektro ištempimo laipsnis, palyginti su raudonais ir violetiniais spinduliais.

Norėdami aiškiau parodyti, kuo skiriasi difrakcijos ir dispersijos spektrai pagal nurodytus parametrus, mums padės nedidelė lentelė.

APIBRĖŽIMAS

Difrakcijos spektras yra intensyvumo pasiskirstymas ekrane, atsirandantis dėl difrakcijos.

Šiuo atveju pagrindinė šviesos energijos dalis yra sutelkta centriniame maksimume.

Jei nagrinėjamu prietaisu laikysime difrakcijos gardelę, kurios pagalba atliekama difrakcija, tada iš formulės:

(kur d yra gardelės konstanta; yra difrakcijos kampas; yra šviesos bangos ilgis; . yra sveikas skaičius), tai reiškia, kad kampas, kuriame atsiranda pagrindiniai maksimumai, yra susijęs su šviesos bangos ilgiu, patenkančiu į gardelę (šviesą). paprastai krenta ant grotelių). Tai reiškia, kad skirtingo bangos ilgio šviesos intensyvumo maksimumai atsiranda skirtingose ​​stebėjimo erdvės vietose, todėl galima naudoti difrakcinę gardelę kaip spektrinis instrumentas.

Jei balta šviesa krinta ant difrakcijos gardelės, tai visi maksimumai, išskyrus centrinį maksimumą, suskaidomi į spektrą. Iš (1) formulės išplaukia, kad didžiausio laipsnio padėtis gali būti nustatyta taip:

Iš (2) išraiškos matyti, kad didėjant bangos ilgiui, atstumas nuo centrinio maksimumo iki maksimumo su skaičiumi m didėja. Pasirodo, kiekvieno pagrindinio maksimumo violetinė dalis bus nukreipta į difrakcijos modelio centrą, o raudona – į išorę. Reikėtų prisiminti, kad kada spektrinis skilimas balta šviesa Violetiniai spinduliai nukreipiami labiau nei raudoni.

Difrakcinė gardelė naudojama kaip paprastas spektrinis įtaisas, kuriuo galima nustatyti bangos ilgį. Jei gardelės laikotarpis yra žinomas, tada šviesos bangos ilgio nustatymas bus sumažintas iki kampo, atitinkančio kryptį į pasirinktą spektro eilės liniją, matavimas. Paprastai naudojami pirmos arba antros eilės spektrai.

Reikėtų pažymėti, kad didelės eilės difrakcijos spektrai persidengia vienas su kitu. Taigi, suskaidžius baltą šviesą, antros ir trečios eilės spektrai jau iš dalies sutampa.

Difrakcija ir dispersinis skilimas į spektrą

Naudojant difrakciją, kaip ir dispersiją, šviesos spindulį galima suskaidyti į jo komponentus. Tačiau yra esminių skirtumųšiuose fiziniai reiškiniai. Taigi, difrakcijos spektras- Taip yra dėl šviesos lenkimo aplink kliūtis, pvz., tamsias vietas šalia difrakcijos grotelių. Toks spektras tolygiai pasiskirsto visomis kryptimis. Violetinė spektro dalis yra nukreipta į centrą. Dispersinį spektrą galima gauti leidžiant šviesą per prizmę. Spektras ištemptas violetine kryptimi ir suspaustas raudonai. Violetinė spektro dalis užima didesnį plotį nei raudonoji. Spektrinio skaidymo metu raudoni spinduliai nukrypsta mažiau nei violetiniai, vadinasi, raudonoji spektro dalis yra arčiau centro.

Didžiausia spektrinė tvarka difrakcijos metu

Naudodami (2) formulę ir atsižvelgdami į tai, kad ji negali būti didesnė už vieną, gauname, kad:

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

2 PAVYZDYS

Šviesos dispersija yra jos baltojo srauto skilimas į monochromatinius spindulius, kurie sudaro šviesos spektrą.

Jie skiriasi spalvų tvarka. Dispersiniu režimu jie eina (skaičiuojant nuo pradinio spindulio) - raudona, oranžinė, geltona, žalia, mėlyna, indigo, violetinė; difrakcijoje (skaičiuojant nuo pagrindinio maksimumo) - violetinė, mėlyna, žalsvai mėlyna, žalia, geltona, oranžinė, raudona.

45. Išorinis fotoelektrinis efektas. Stoletovo dėsniai.

Vėliau sutrumpinsiu.

Išorinis fotoelektrinis efektas – tai elektronų išstūmimo iš kietųjų ir kūno dalių reiškinys skysti kūnai veikiant šviesai.

Tada į 1888-1890 Fotoelektrinis efektas buvo tiriamas devintajame dešimtmetyje Aleksandras Grigorjevičius Stoletovas(1839 – 1896).

Jis nustatė, kad:

ultravioletiniai spinduliai turi didžiausią poveikį;

su augimu šviesos srautas didėja fotosrovė;

iš kietųjų medžiagų ir skysčių, veikiant šviesai, išsiskiriančių dalelių krūvis yra neigiamas.

Prieš formuluodami šiuos dėsnius, panagrinėkime modernią fotoelektrinio efekto stebėjimo ir tyrimo schemą. Tai paprasta. Du elektrodai (katodas ir anodas) yra lituojami į stiklinį indą, į kurį tiekiama įtampa U. Jei nėra šviesos, ampermetras rodo, kad grandinėje nėra srovės.

Kai katodas apšviečiamas šviesa, net nesant įtampos tarp katodo ir anodo, ampermetras rodo, kad grandinėje yra nedidelė srovė - foto srovė. Tai reiškia, kad iš katodo skleidžiami elektronai turi tam tikrą kinetinę energiją
ir pasiekti anodą „savaime“.

Didėjant įtampai, didėja fotosrovė.

Fotosrovės priklausomybė nuo įtampos tarp katodo ir anodo vadinama srovės-įtampos charakteristika.

Tai atrodo taip: Esant tokiam pat monochromatinės šviesos intensyvumui, didėjant įtampai, srovė pirmiausia didėja, bet vėliau jos augimas sustoja. Pradedant nuo tam tikros greitėjimo įtampos vertės, fotosrovė nustoja keistis, pasiekdama maksimalią (esant tam tikram šviesos intensyvumui) reikšmę. Ši fotosrovė vadinama soties srove.

Norint „užrakinti“ fotoelementą, tai yra sumažinti fotosrovę iki nulio, reikia įjungti „blokavimo įtampą“.
. Tokiu atveju elektrostatinis laukas veikia ir sulėtina skleidžiamus fotoelektronus

. (1)

Tai reiškia, kad nė vienas iš metalo skleidžiamų elektronų nepasiekia anodo, jei anodo potencialas yra mažesnis už katodo potencialą.

Eksperimentas parodė, kad pasikeitus krintančios šviesos dažniui pradžios taškas grafika pasislenka išilgai įtempių ašies. Iš to išplaukia, kad blokuojančios įtampos dydis, taigi, ir skleidžiamų elektronų kinetinė energija bei didžiausias greitis, priklauso nuo krintančios šviesos dažnio.

Pirmasis fotoelektrinio efekto dėsnis . Didžiausias išspinduliuojamų elektronų greitis priklauso nuo krintančios spinduliuotės dažnio (didėja didėjant dažniui) ir nepriklauso nuo jos intensyvumo.

Jei palygintume srovės ir įtampos charakteristikas, gautas esant skirtingam krentančios vienspalvės (vieno dažnio) šviesos intensyvumui (I 1 ir I 2 pav.), galime pastebėti štai ką.

Pirma, visos srovės įtampos charakteristikos kyla tame pačiame taške, ty esant bet kokiam šviesos intensyvumui, fotosrovė tampa lygi nuliui esant tam tikrai (kiekvienai dažnio vertei) lėtinamajai įtampai. Tai dar vienas pirmojo fotoelektrinio efekto dėsnio galiojimo patvirtinimas.

Antra. Didėjant krintančios šviesos intensyvumui, srovės priklausomybės nuo įtampos pobūdis nekinta, tik didėja soties srovės reikšmė.

Antrasis fotoelektrinio efekto dėsnis . Soties srovės dydis yra proporcingas šviesos srauto dydžiui.

Tiriant fotoelektrinį efektą, buvo nustatyta, kad ne visa spinduliuotė sukelia fotoelektrinį efektą.

Trečiasis fotoelektrinio efekto dėsnis . Kiekvienai medžiagai yra nustatytas minimalus dažnis (didžiausias bangos ilgis), kuriam esant vis dar galimas fotoelektrinis efektas.

Šis bangos ilgis vadinamas „raudonuoju fotoelektrinio efekto kraštu“ (o dažnis – atitinkama raudona fotoelektrinio efekto briauna).

Praėjus 5 metams po Maxo Plancko kūrinio pasirodymo, Albertas Einšteinas panaudojo šviesos emisijos diskretiškumo idėją paaiškindamas fotoelektrinio efekto dėsnius. Einšteinas pasiūlė, kad šviesa ne tik sklinda dalimis, bet ir sklinda bei absorbuojama dalimis. Tai reiškia, kad elektromagnetinių bangų diskretiškumas yra pačios spinduliuotės savybė, o ne spinduliuotės sąveikos su medžiaga rezultatas. Anot Einšteino, spinduliuotės kvantas daugeliu atžvilgių panašus į dalelę. Kvantas arba visiškai absorbuojamas, arba visai neįsisavinamas. Einšteinas pristatė fotoelektrono emisiją kaip fotono ir elektrono susidūrimo metale rezultatą, kurio metu visa fotono energija perduodama elektronui. Taip sukūrė Einšteinas kvantinė teorijašviesą ir, remdamasis ja, parašė fotoelektrinio efekto lygtį:

.

Čia yra Plancko konstanta, - dažnis,
– iš metalo išeinančio elektrono darbo funkcija,
yra likusioji elektrono masė, v yra elektrono greitis.

Ši lygtis paaiškino visus eksperimentiškai nustatytus fotoelektrinio efekto dėsnius.

Kadangi elektrono iš medžiagos darbo funkcija yra pastovi, tai, didėjant dažniui, didėja ir elektronų greitis.

Kiekvienas fotonas išmuša vieną elektroną. Todėl išmestų elektronų skaičius negali būti daugiau numerio

Jei fotono energijos užtenka tik darbo funkcijai atlikti, tada išspinduliuotų elektronų greitis bus lygus nuliui. Tai yra fotoelektrinio efekto „raudona riba“.

Vidinis fotoelektrinis efektas stebimas kristaliniuose puslaidininkiuose ir dielektrikuose. Tai susideda iš to, kad apšvitos įtakoje šių medžiagų elektrinis laidumas padidėja dėl to, kad jose daugėja laisvųjų srovės nešėjų (elektronų ir skylių).