Si ndryshon spektri dispersiv nga spektri i difraksionit? Mënyra të ndryshme për të zbërthyer dritën në një spektër

Në optikë, bëhet një dallim midis difraksionit dhe dispersionit spektrat e dritës. Cilat janë veçoritë e tyre?

Cili është spektri i difraksionit?

Ky spektër formohet kur drita kalon nëpër shumë vrima ose çarje të vogla. Pra, ju mund ta shihni atë nëse shikoni sytë nga dielli ose një llambë. Nëse i kushtoni vëmendje hënës në dimrin e ftohtë, është e lehtë të shihni rrathë me shumë ngjyra rreth saj: ato janë gjithashtu spektrat e difraksionit. NË në këtë rast ato formohen për shkak të kalimit të dritës përmes grimcave të ujit të ngrirë në atmosferë. Për të kryer eksperimentet shkencore një lloj spektri standard difraksioni krijohen duke përdorur grila speciale të difraksionit.

Spektri i difraksionit

Lloji i spektrit në shqyrtim karakterizohet nga devijimi i rrezeve, i cili është proporcional me gjatësinë e valës. Prandaj, rrezet ultravjollcë, si dhe rrezet vjollce të spektrit, të cilat kanë valë të shkurtra, devijojnë në masën më të vogël. Nga ana tjetër, e kuqja me valë të gjatë dhe infra e kuqe janë e kundërta. Mund të vërehet se spektri në shqyrtim në në masën më të madhe shtrirë drejt rrezeve me valë të gjata.

Çfarë është një spektër dispersiv?

Ky spektër formohet si rezultat i thyerjes së dritës - për shembull, kur kalon nëpër një prizëm. Duket si një koleksion vijash të lehta ngjyra të ndryshme. Shpërndarja e dritës është zbërthimi i fluksit të saj, i cili ka Ngjyra e bardhë, në rrezet monokromatike që formojnë spektrin e dritës.

Një fakt i jashtëzakonshëm dihet në historinë e fizikës: para se të zbulohej spektri dispersiv , ishte një pikëpamje e zakonshme që drita e bardhë ngjyrosej kur kalonte nëpër një prizëm. Doli që nuk ishte kështu.

Në spektrin e dispersionit, devijimi më i madh gjatë përthyerjes është karakteristik për rrezet vjollcë. Spektri në shqyrtim shtrihet në mënyrë më të barabartë se spektri i difraksionit - në të gjitha llojet e rrezeve, por në masën më të madhe - drejt atyre me gjatësi vale të shkurtër.

Krahasimi

Dallimi kryesor midis spektrit të difraksionit dhe spektrit shpërndarës është se spektri i parë formohet si rezultat i kalimit të dritës nëpër vrima të ngushta (dhe zona të tjera që nuk ndërhyjnë në kalimin e rrezeve midis disa objekteve të vendosura afër), dhe e dyta - si rezultat i thyerjes së saj (për shembull, për shkak të kalimit nëpër një prizëm ).

Mund të ketë gjithashtu dallime midis spektrave në shqyrtim për sa i përket:

• devijimet e rrezeve të kuqe dhe vjollcë;
• shkalla e shtrirjes së spektrit;
• shkalla e shtrirjes së spektrit në raport me rrezet e kuqe dhe vjollcë.

Për të treguar më qartë se cili është ndryshimi midis spektrit të difraksionit dhe shpërndarjes për sa i përket parametrave të shënuar, një tabelë e vogël do të na ndihmojë.

PËRKUFIZIM

Spektri i difraksionitështë shpërndarja e intensitetit në ekran që rezulton nga difraksioni.

Në këtë rast, pjesa kryesore e energjisë së dritës është e përqendruar në maksimumin qendror.

Nëse marrim një grilë difraksioni si pajisjen në shqyrtim, me ndihmën e së cilës kryhet difraksioni, atëherë nga formula:

(ku d është konstanta e grilës; është këndi i difraksionit; është gjatësia e valës së dritës; . është një numër i plotë), rrjedh se këndi në të cilin shfaqen maksimat kryesore lidhet me gjatësinë e valës së dritës që bie në grilë (drita bie normalisht në grilë). Kjo do të thotë se maksimumi i intensitetit të prodhuar nga drita me gjatësi vale të ndryshme ndodhin në vende të ndryshme në hapësirën e vëzhgimit, gjë që bën të mundur përdorimin e një grilë difraksioni si instrument spektral.

Nëse drita e bardhë bie në një grilë difraksioni, atëherë të gjitha maksimumet, me përjashtim të maksimumit qendror, zbërthehen në një spektër. Nga formula (1) rrjedh se pozicioni i maksimumit të rendit të th mund të përcaktohet si:

Nga shprehja (2) rezulton se me rritjen e gjatësisë valore, distanca nga maksimumi qendror në maksimum me numrin m rritet. Rezulton se pjesa vjollce e çdo maksimumi kryesor do të përballet me qendrën e modelit të difraksionit, dhe pjesa e kuqe do të përballet nga jashtë. Duhet mbajtur mend se kur zbërthimi spektral drite e bardhe Rrezet vjollce devijohen më shumë se ato të kuqe.

Një grilë difraksioni përdoret si një pajisje e thjeshtë spektrale me të cilën mund të përcaktohet gjatësia e valës. Nëse dihet periudha e grilës, atëherë gjetja e gjatësisë valore të dritës do të reduktohet në matjen e këndit që korrespondon me drejtimin në vijën e zgjedhur të rendit të spektrit. Në mënyrë tipike, përdoren spektra të rendit të parë ose të dytë.

Duhet të theksohet se spektrat e difraksionit të rendit të lartë mbivendosen njëra me tjetrën. Kështu, kur drita e bardhë zbërthehet, spektrat e rendit të dytë dhe të tretë tashmë mbivendosen pjesërisht.

Difraksioni dhe shpërndarja e dekompozimit në spektër

Duke përdorur difraksionin, si dispersioni, një rreze drite mund të ndahet në përbërësit e saj. Megjithatë ka dallimet themelore në këto dukuritë fizike. Kështu që, spektri i difraksionit- Ky është rezultat i përkuljes së dritës rreth pengesave, të tilla si zonat e errëta pranë një grilë difraksioni. Një spektër i tillë përhapet në mënyrë të barabartë në të gjitha drejtimet. Pjesa vjollce e spektrit është përballë qendrës. Një spektër dispersiv mund të merret duke kaluar dritën përmes një prizmi. Spektri shtrihet në drejtim vjollce dhe ngjeshet në të kuqe. Pjesa vjollce e spektrit zë një gjerësi më të madhe se pjesa e kuqe. Gjatë dekompozimit spektral, rrezet e kuqe devijojnë më pak se rrezet vjollce, që do të thotë se pjesa e kuqe e spektrit është më afër qendrës.

Rendi maksimal spektral gjatë difraksionit

Duke përdorur formulën (2) dhe duke marrë parasysh faktin se ajo nuk mund të jetë më e madhe se një, marrim se:

Shembuj të zgjidhjes së problemeve

SHEMBULL 1

SHEMBULL 2

Shpërndarja e dritës është zbërthimi i fluksit të saj të bardhë në rrezet monokromatike që formojnë spektrin e dritës.

Ato ndryshojnë në rendin e ngjyrave. Në modalitetin dispersiv ata shkojnë (duke llogaritur nga rrezja fillestare) - e kuqe, portokalli, e verdhë, jeshile, blu, indigo, vjollcë; në difraksion (duke llogaritur nga maksimumi kryesor) - vjollcë, blu, cian, jeshile, e verdhë, portokalli, e kuqe.

45. Efekti fotoelektrik i jashtëm. Ligjet e Stoletovit.

Do ta shkurtoj më vonë.

Efekti i jashtëm fotoelektrik është fenomeni i nxjerrjes së elektroneve nga të ngurta dhe trupa të lëngshëm nën ndikimin e dritës.

Pastaj në 1888-1890 Efekti fotoelektrik u studiua në vitet 1980 Alexander Grigorievich Stoletov(1839 – 1896).

Ai zbuloi se:

rrezet ultraviolet kanë efektin më të madh;

me rritje fluksi ndriçues rritet fotorryma;

ngarkesa e grimcave të emetuara nga lëndët e ngurta dhe lëngjet nën ndikimin e dritës është negative.

Para se të formulojmë këto ligje, le të shqyrtojmë një skemë moderne për vëzhgimin dhe studimin e efektit fotoelektrik. Është e thjeshtë. Dy elektroda (katodë dhe anodë) janë ngjitur në enën e qelqit, në të cilën aplikohet tension U. Në mungesë të dritës, ampermetri tregon se nuk ka rrymë në qark.

Kur katoda ndriçohet me dritë, edhe në mungesë të tensionit ndërmjet katodës dhe anodës, ampermetri tregon praninë e një rryme të vogël në qark - fotorrymë. Kjo do të thotë, elektronet e emetuara nga katoda kanë njëfarë energjie kinetike
dhe arrijnë në anodë "vetë".

Me rritjen e tensionit, rritet fotorryma.

Varësia e fotorrymës nga tensioni ndërmjet katodës dhe anodës quhet karakteristikë e tensionit aktual.

Duket kështu: Me të njëjtin intensitet të dritës monokromatike, me rritjen e tensionit, rryma fillimisht rritet, por më pas rritja e saj ndalet. Duke u nisur nga një vlerë e caktuar e tensionit përshpejtues, fotorryma ndalon së ndryshuari, duke arritur vlerën e saj maksimale (me një intensitet të caktuar drite). Kjo fotorrymë quhet rrymë e ngopjes.

Për të "kyçur" një fotocelë, domethënë për të ulur fotorrymën në zero, është e nevojshme të aplikoni një "tension bllokues"
. Në këtë rast, fusha elektrostatike funksionon dhe ngadalëson fotoelektronet e emetuara

. (1)

Kjo do të thotë që asnjë nga elektronet e emetuara nga metali nuk arrin në anodë nëse potenciali i anodës është më i ulët se potenciali i katodës për një sasi.

Eksperimenti tregoi se kur frekuenca e rënies së dritës ndryshon pikënisje zhvendosja grafike përgjatë boshtit të stresit. Nga kjo rezulton se madhësia e tensionit bllokues, dhe, rrjedhimisht, energjia kinetike dhe shpejtësia maksimale e elektroneve të emetuara, varen nga frekuenca e dritës rënëse.

Ligji i parë i efektit fotoelektrik . Shpejtësia maksimale e elektroneve të emetuara varet nga frekuenca e rrezatimit rënës (rritet me rritjen e frekuencës) dhe nuk varet nga intensiteti i tij.

Nëse krahasojmë karakteristikat e rrymës-tensionit të marra në intensitete të ndryshme (në figurën I 1 dhe I 2) të dritës monokromatike (me një frekuencë) rënëse, mund të vërejmë sa vijon.

Së pari, të gjitha karakteristikat e tensionit të rrymës e kanë origjinën në të njëjtën pikë, domethënë, në çdo intensitet drite, fotorryma bëhet zero në një tension vonues specifik (për secilën vlerë të frekuencës). Ky është një tjetër konfirmim i vlefshmërisë së ligjit të parë të efektit fotoelektrik.

Së dyti. Me rritjen e intensitetit të dritës së rënies, natyra e varësisë së rrymës nga tensioni nuk ndryshon, rritet vetëm vlera e rrymës së ngopjes.

Ligji i dytë i efektit fotoelektrik . Madhësia e rrymës së ngopjes është proporcionale me madhësinë e fluksit të dritës.

Gjatë studimit të efektit fotoelektrik, u zbulua se jo i gjithë rrezatimi shkakton efektin fotoelektrik.

Ligji i tretë i efektit fotoelektrik . Për çdo substancë ekziston një frekuencë minimale (gjatësia maksimale e valës) në të cilën efekti fotoelektrik është ende i mundur.

Kjo gjatësi vale quhet "buza e kuqe e efektit fotoelektrik" (dhe frekuenca quhet buza e kuqe përkatëse e efektit fotoelektrik).

5 vjet pas shfaqjes së veprës së Max Planck, Albert Einstein përdori idenë e diskretitetit të emetimit të dritës për të shpjeguar ligjet e efektit fotoelektrik. Ajnshtajni propozoi që drita jo vetëm që emetohet në pjesë, por gjithashtu përhapet dhe absorbohet në pjesë. Kjo do të thotë se diskretiteti i valëve elektromagnetike është një veti e vetë rrezatimit, dhe jo rezultat i ndërveprimit të rrezatimit me lëndën. Sipas Ajnshtajnit, një kuant rrezatimi është në shumë mënyra i ngjashëm me një grimcë. Kuanti ose absorbohet plotësisht ose nuk absorbohet fare. Ajnshtajni paraqiti emetimin e një fotoelektroni si rezultat i një përplasjeje midis një fotoni dhe një elektroni në një metal, në të cilin e gjithë energjia e fotonit transferohet tek elektroni. Kështu krijoi Ajnshtajni teoria kuantike dritë dhe, bazuar në të, shkroi një ekuacion për efektin fotoelektrik:

.

Këtu është konstantja e Planck, - frekuenca,
- funksioni i punës së elektronit që largohet nga metali,
është masa e pushimit të elektronit, v është shpejtësia e elektronit.

Ky ekuacion shpjegoi të gjitha ligjet e vendosura eksperimentalisht të efektit fotoelektrik.

Meqenëse funksioni i punës së një elektroni nga një substancë është konstant, atëherë, me rritjen e frekuencës, rritet edhe shpejtësia e elektroneve.

Çdo foton rrëzon një elektron. Prandaj, numri i elektroneve të nxjerra nuk mund të jetë më shumë numër fotone. Kur të gjitha elektronet e nxjerra arrijnë në anodë, fotorryma ndalon së rrituri. Me rritjen e intensitetit të dritës, rritet edhe numri i fotoneve që bien në sipërfaqen e substancës. Rrjedhimisht, numri i elektroneve që këto fotone nxjerrin jashtë rritet. Në të njëjtën kohë, rritet fotorryma e ngopjes.

Nëse energjia e fotonit është e mjaftueshme vetëm për të përfunduar funksionin e punës, atëherë shpejtësia e elektroneve të emetuara do të jetë zero. Ky është "kufiri i kuq" i efektit fotoelektrik.

Efekti i brendshëm fotoelektrik vërehet në gjysmëpërçuesit kristalorë dhe dielektrikë. Ai konsiston në faktin se nën ndikimin e rrezatimit përçueshmëria elektrike e këtyre substancave rritet për shkak të rritjes së numrit të transportuesve të lirë të rrymës (elektrone dhe vrima) në to.