Dağınık spektrumun kırınım spektrumundan farkı nedir? Işığı spektruma ayırmanın farklı yolları

Optikte kırınım ve dağılım arasında bir ayrım yapılır. ışık spektrumu. Özellikleri nelerdir?

Kırınım spektrumu nedir?

Bu spektrum, ışık birçok küçük delikten veya yarıktan geçtiğinde oluşur. Yani gözlerinizi kısarak güneşe veya bir lambaya baktığınızda bunu görebilirsiniz. Soğuk kış aylarında aya dikkat ederseniz çevresinde rengarenk daireler görmek kolaydır: onlar aynı zamanda kırınım spektrumları. İÇİNDE bu durumdaışığın atmosferdeki donmuş su parçacıklarının içinden geçmesi nedeniyle oluşurlar. Gerçekleştirmek için bilimsel deneylerözel kırınım ızgaraları kullanılarak bir tür standart kırınım spektrumu oluşturulur.

Kırınım spektrumu

Söz konusu spektrum türü, ışınların dalga boyuyla orantılı sapması ile karakterize edilir. Bu nedenle, spektrumun ultraviyole ve mor ışınları kısa dalgalar, en az ölçüde sapma. Buna karşılık, uzun dalga kırmızısı ve kızılötesi bunun tersidir. Dikkate alınan spektrumun şu şekilde olduğu belirtilebilir: büyük ölçüde uzun dalga ışınlarına doğru uzanıyordu.

Dispersif spektrum nedir?

Bu spektrum, ışığın kırılması sonucu oluşur - örneğin, bir prizmadan geçerken. Açık renk şeritlerden oluşan bir koleksiyona benziyor farklı renkler. Işığın dağılımı, akısının ayrışmasıdır; beyazışık spektrumunu oluşturan monokromatik ışınlara dönüşür.

Fizik tarihinde dikkate değer bir gerçek bilinmektedir: keşfedilmeden önce dağıtıcı spektrum Beyaz ışığın prizmadan geçerken renklendiği yaygın bir görüştü. Durumun böyle olmadığı ortaya çıktı.

Dağılım spektrumunda kırılma sırasındaki en büyük sapma mor ışınların karakteristiğidir. Söz konusu spektrum, tüm ışın türlerinde, ancak en büyük ölçüde kısa dalga boylu olanlara doğru kırınım spektrumundan daha eşit bir şekilde gerilir.

Karşılaştırmak

Kırınım spektrumu ile dağılım spektrumu arasındaki temel fark, ilk spektrumun, ışığın dar deliklerden (ve bazı yakın konumlu nesneler arasındaki ışınların geçişine müdahale etmeyen diğer alanlardan) geçmesi sonucu oluşmasıdır ve ikincisi - kırılmasının bir sonucu olarak (örneğin, bir prizmadan geçme nedeniyle).

Ayrıca, söz konusu spektrumlar arasında şu açılardan da farklılıklar olabilir:

• kırmızı ve mor ışınların sapmaları;
• spektrum genişleme derecesi;
• kırmızı ve mor ışınlara göre spektrumun genişleme derecesi.

Belirtilen parametreler açısından kırınım ve dağılım spektrumu arasındaki farkın ne olduğunu daha net bir şekilde göstermek için küçük bir tablo bize yardımcı olacaktır.

TANIM

Kırınım spektrumu kırınımdan kaynaklanan ekrandaki yoğunluk dağılımıdır.

Bu durumda ışık enerjisinin büyük kısmı merkezi maksimumda yoğunlaşır.

Kırınım ızgarasını ele alınan cihaz olarak alırsak, bunun yardımıyla kırınım gerçekleştirilir, o zaman formülden:

(burada d ızgara sabitidir; kırınım açısıdır; ışığın dalga boyudur; . bir tamsayıdır), buradan ana maksimumun göründüğü açının ızgaraya gelen ışığın dalga boyuyla ilişkili olduğu sonucu çıkar (ışık normalde ızgaranın üzerine düşer). Bu, farklı dalga boylarındaki ışık tarafından üretilen maksimum yoğunlukların gözlem uzayındaki farklı yerlerde meydana geldiği anlamına gelir; bu da bir kırınım ızgarasının aşağıdaki şekilde kullanılmasını mümkün kılar. spektral alet.

Beyaz ışık bir kırınım ızgarasına düşerse, merkezi maksimum hariç tüm maksimumlar bir spektruma ayrıştırılır. Formül (1)'den, inci derece maksimumun konumunun şu şekilde belirlenebileceği anlaşılmaktadır:

İfade (2)'den dalga boyu arttıkça merkezi maksimumdan m sayısıyla maksimuma olan mesafenin arttığı sonucu çıkar. Her bir ana maksimumun mor kısmının kırınım deseninin merkezine bakacağı ve kırmızı kısmın dışarıya bakacağı ortaya çıktı. Unutulmamalıdır ki ne zaman spektral ayrışma beyaz ışık Mor ışınlar kırmızı ışınlara göre daha fazla saptırılır.

Dalga boyunun belirlenebildiği basit bir spektral cihaz olarak bir kırınım ızgarası kullanılır. Izgara periyodu biliniyorsa, ışığın dalga boyunun bulunması, spektrum düzeninin seçilen çizgisinin yönüne karşılık gelen açının ölçülmesine indirgenecektir. Tipik olarak birinci veya ikinci dereceden spektrumlar kullanılır.

Yüksek dereceli kırınım spektrumlarının birbiriyle örtüştüğüne dikkat edilmelidir. Bu nedenle, beyaz ışık ayrıştırıldığında ikinci ve üçüncü derecenin spektrumları zaten kısmen örtüşmektedir.

Kırınım ve spektruma ayrıştırma

Dağılım gibi kırınım kullanılarak bir ışık demeti bileşenlerine ayrılabilir. Ancak var temel farklılıklar bunlarda fiziksel olaylar. Bu yüzden, kırınım spektrumu- Bu, kırınım ızgarasının yakınındaki karanlık alanlar gibi engellerin etrafında ışığın bükülmesinin sonucudur. Böyle bir spektrum her yöne eşit şekilde yayılır. Spektrumun mor kısmı merkeze bakar. Işığın bir prizmadan geçirilmesiyle dispersif spektrum elde edilebilir. Spektrum mor yönde uzatılır ve kırmızı yönde sıkıştırılır. Spektrumun mor kısmı kırmızı kısımdan daha büyük bir genişliğe sahiptir. Spektral ayrışma sırasında kırmızı ışınlar mor ışınlara göre daha az sapar, bu da spektrumun kırmızı kısmının merkeze daha yakın olduğu anlamına gelir.

Kırınım sırasında maksimum spektral düzen

Formül (2)'yi kullanarak ve birden büyük olamayacağı gerçeğini hesaba katarak şunu elde ederiz:

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

ÖRNEK 2

Işık dağılımı, beyaz akısının ışık spektrumunu oluşturan monokromatik ışınlara ayrışmasıdır.

Renk sırasına göre farklılık gösterirler. Dağıtıcı modda giderler (ilk ışından itibaren sayarak) - kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi, mor; kırınımda (ana maksimumdan sayılarak) - mor, mavi, camgöbeği, yeşil, sarı, turuncu, kırmızı.

45. Dış fotoelektrik etki. Stoletov'un yasaları.

Daha sonra kısaltacağım.

Dış fotoelektrik etki, elektronların katıdan fırlatılması olgusudur ve sıvı cisimlerışığın etkisi altındadır.

Sonra içeri 1888-1890 Fotoelektrik etki 1980'lerde araştırıldı Alexander Grigorievich Stoletov(1839 – 1896).

Şunu buldu:

ultraviyole ışınları en büyük etkiye sahiptir;

büyüme ile ışık akısı fotoakım artar;

Işığın etkisi altında katı ve sıvılardan yayılan parçacıkların yükü negatiftir.

Bu yasaları formüle etmeden önce, fotoelektrik etkiyi gözlemlemek ve incelemek için modern bir şema düşünelim. Çok basit. U voltajının uygulandığı cam kaba iki elektrot (katot ve anot) lehimlenmiştir. Işık olmadığında ampermetre devrede akım olmadığını gösterir.

Katot ışıkla aydınlatıldığında, katot ile anot arasında voltaj olmasa bile ampermetre devrede küçük bir akımın varlığını gösterir - fotoakım. Yani katottan yayılan elektronların bir miktar kinetik enerjisi vardır.
ve anoda “kendi başlarına” ulaşırlar.

Gerilim arttıkça fotoakım da artar.

Fotoakımın katot ile anot arasındaki gerilime bağımlılığına akım-gerilim karakteristiği denir.

Şuna benziyor: Aynı monokromatik ışık yoğunluğunda, voltaj arttıkça akım önce artar, ancak daha sonra büyümesi durur. Hızlanma voltajının belirli bir değerinden başlayarak, fotoakım değişmeyi durdurarak maksimum (belirli bir ışık yoğunluğunda) değerine ulaşır. Bu fotoakıma doyma akımı denir.

Bir fotoseli “kilitlemek”, yani fotoakımı sıfıra indirmek için bir “engelleme voltajı” uygulamak gerekir.
. Bu durumda elektrostatik alan çalışır ve yayılan fotoelektronları yavaşlatır.

. (1)

Bu, anot potansiyelinin katot potansiyelinden bir miktar düşük olması durumunda metalden yayılan elektronların hiçbirinin anoda ulaşamayacağı anlamına gelir.

Deney, gelen ışığın frekansı değiştiğinde şunu gösterdi: başlangıç ​​noktası grafikler gerilim ekseni boyunca kayar. Bundan, engelleme voltajının büyüklüğünün ve dolayısıyla yayılan elektronların kinetik enerjisinin ve maksimum hızının gelen ışığın frekansına bağlı olduğu sonucu çıkar.

Fotoelektrik etkinin birinci yasası . Yayılan elektronların maksimum hızı, gelen radyasyonun frekansına bağlıdır (frekans arttıkça artar) ve yoğunluğuna bağlı değildir.

Gelen monokromatik (tek frekanslı) ışığın farklı yoğunluklarında (Şekil I 1 ve I 2'de) elde edilen akım-voltaj özelliklerini karşılaştırırsak aşağıdakileri fark edebiliriz.

Öncelikle tüm akım-gerilim karakteristikleri aynı noktadan kaynaklanır, yani herhangi bir ışık şiddetinde, belirli bir (her frekans değeri için) geciktirme geriliminde fotoakım sıfır olur. Bu, fotoelektrik etkinin birinci yasasının geçerliliğinin bir başka onayıdır.

İkincisi. Gelen ışığın yoğunluğu arttıkça akımın gerilime bağımlılığının niteliği değişmez, yalnızca doyma akımının değeri artar.

Fotoelektrik etkinin ikinci yasası . Doyma akımının büyüklüğü ışık akısının büyüklüğü ile orantılıdır.

Fotoelektrik etkiyi incelerken, tüm radyasyonun fotoelektrik etkiye neden olmadığı bulundu.

Fotoelektrik etkinin üçüncü yasası . Her madde için fotoelektrik etkinin hala mümkün olduğu bir minimum frekans (maksimum dalga boyu) vardır.

Bu dalga boyuna "fotoelektrik etkinin kırmızı kenarı" (ve frekans - fotoelektrik etkinin karşılık gelen kırmızı kenarı) denir.

Max Planck'ın çalışmasının ortaya çıkmasından 5 yıl sonra Albert Einstein, fotoelektrik etkinin yasalarını açıklamak için ışık emisyonunun ayrıklığı fikrini kullandı. Einstein, ışığın sadece kısımlar halinde yayılmadığını, aynı zamanda kısımlar halinde yayılıp emildiğini de öne sürdü. Bu, elektromanyetik dalgaların ayrıklığının, radyasyonun madde ile etkileşiminin sonucu değil, radyasyonun kendisinin bir özelliği olduğu anlamına gelir. Einstein'a göre radyasyon kuantumu birçok yönden parçacığa benzer. Kuantum ya tamamen emilir ya da hiç emilmez. Einstein, bir fotoelektronun emisyonunu, bir fotonun tüm enerjisinin elektrona aktarıldığı bir metaldeki bir elektron ile bir foton arasındaki çarpışmanın sonucu olarak sundu. Einstein böyle yarattı kuantum teorisiışık ve buna dayanarak fotoelektrik etki için bir denklem yazdı:

.

İşte Planck sabiti, - sıklık,
– metalden ayrılan elektronun iş fonksiyonu,
elektronun geri kalan kütlesidir, v elektronun hızıdır.

Bu denklem, fotoelektrik etkinin deneysel olarak belirlenmiş tüm yasalarını açıkladı.

Bir maddeden gelen elektronun iş fonksiyonu sabit olduğundan, frekans arttıkça elektronların hızı da artar.

Her foton bir elektronu yok eder. Bu nedenle, çıkarılan elektronların sayısı olamaz. daha fazla sayı

Eğer fotonun enerjisi yalnızca iş fonksiyonunu tamamlamaya yetiyorsa, yayılan elektronların hızı sıfır olacaktır. Bu, fotoelektrik etkinin “kırmızı sınırıdır”.

Dahili fotoelektrik etki kristal yarı iletkenlerde ve dielektriklerde gözlenir. Işınlamanın etkisi altında, bu maddelerin elektriksel iletkenliğinin, içlerindeki serbest akım taşıyıcılarının (elektronlar ve delikler) sayısındaki artışa bağlı olarak artması gerçeğinden oluşur.