Магнетиктер. Диа-пара-феромагнетиктер

Магнетиктер деп өздігінен магнит өрісін тудыратын, болмаса сыртқы магнит өрісін өзгерте алатын ортаны айтады.Тағы да сыртқы өріске әкеліп ендіргенде өздері қосымша магнит өрісінің көзі болып табылатын заттарды айтады. Бұл жағдайда магнит өрісінің толық индукциясы сыртқы магнит өрісі мен магнетик туғызған магнит өрісінің индукцияларының қосындысына тең болады. Магнетиктің өзі қосымша магнит өрісінің көзі болған жағдайдағы, оның сыртқы магнит өрісі әсерінен күйінің өзгеруін магнетиктің магниттелінуі деп атайды. Магниттенудің әртүрлі механизмдері бар. Осыған байланысты магнетиктер диа-, пара-, ферро- және ферримагнетиктер болып бөлінеді. Антиферромагнетиктер магнетиктер тобына жатады (өзін қоршаған кеңістікте магнит өрісін туғызбаса да). Магнит өрісінің әсерінен көлемнің барлық элементтері магнит моментіне ие болады: , мұндағы -контурға тірелген беттің ауданы. Магнит моментінің бағыты бетке (контурға тірелген) түсірілген оң нормальдың бағытымен дэл.

Диамагнетиктерде магнит өрісіне енгізгенде молекулалар индукцияланған магнит моментіне ие болып қосымша өрістің көзі пайда болады. Парамагнетиктерде магнит моменттерінің бағдарларына басты (преимущественные) бағыт түзіледі. Бұл жағдайда көлем ішіндегі молекулалардың магнит моменттерінің қосындысына тең магнит моментіне ие болып, магнит өрісінің көздеріне айналады - магнетик магниттелінеді. Ферромагнетик пен ферромагнетиктердің магниттелінуі электрондардың магнит моментінің болуында.

Оптика пәні

Оптика физика ғылымының дербес салаларының бірі. Оптикада жарық пен электромагниттік, рентген сәулелерінің табиғаты мен қасиеті, олардың басқа заттармен әсерлесу қасиеттері қарастырылады.

Жарықтың табиғаты толық анықталғанға дейін геометриялық оптиканың негізгі заңдары белгілі болған.

Геометриялық оптиканың негізгі заңдары

Жарықтың табиғаты толық анықталғанға дейін төменде келтірілген заңдар белгілі болған:

Жарықтың түзу сызық бойымен таралу заңы – жарық сәулелері оптикалық біртекті ортада түзу сызық бойымен таралады.

Жарық сәулесі – бойынан жарық әнергиясы тасымалданатын сызық.

Біртекті ортада жарық сәулелері түзу сызықтар сияқты болады.

Жарық шоқтарының тәуелсіздік заңы – жарықтың бір шоғыныңың тудыратын әсері басқа шоқтардың әсерлеріне тәуелді емес, яғни жарық шоқтары бір - біріне ықпалын тигізбейді.

Шағылу заңы – тегіс бетке түскен сәуле, шағылған сәуле және екі ортаның бөліну шекарасындағы түсу нүктесі арқылы жүргізілген нормаль бір жазықтықта жатады; шағылу бұрышы түсу бұрышына тең:

Сыну заңы – түскен сәуле, сынған сәуле және екі ортаның бөліну шекарасындағы түсу нүктесі арқылы жүргізілген нормаль бір жазықтықта жатады, түсу бұрышының синусының сыну бұрышы синусына қатынасы берілген екі орта үшін тұрақты шама болып табылады, мұндағы n₂₁ – екінші ортаның бірінші ортаға қарағандағы салыстырмалы сыну көрсеткіші. Ол екі ортаның абсолют сыну көрсеткіштерінің қатынасына тең.

Сәйкесінше, сыну заңы былай өрнектеледі:

Ортаның абсолют сыну көрсеткіші дегеніміз электромагниттік толқындардың вакуумдағы жылдамдығының олардың ортадағы фазалық жылдамдығына қатынасына тең болатын физикалық шама n.

Когерентілік ұзындығы - когеренттілік уақыт аралығында толқынның жүріп өткен жолы.

Толқынның цугы таралу бағытына перпендикуляр жазықтықта екі нүктенің арасындағы фазалық айырымның кездейсоқ өзгерісі осы нүктелердің арақашықтығының өсуімен бірге өседі.

Кеңістіктік когеренттілік - тербелістердің бір уақыт мезетіндегі, бірақ осындай жазықтықтың әр түрлі нүктелеріндегі когеренттілік.Егер осы нүктелерде фазалардың айырмасы π -ге тең болса,кеңістіктік когеренттілік жоғалады.

Кеңістіктік когеренттіліктің ұзындығы (когеренттілік радиусы):

мұндағы λ - толқын ұзындығы, –фазалар айырмасы.

Жарық интерфренциясын бақылау үшін жарық көздері шығаратын толқындар кеңістіктік когерентті болу керек.

Жарық интерференциясы

Екі немесе одан да көп когерентті жарық толқындарының кеңістікте қабаттасуынан пайда болатын құбылыс жарық интерференциясы деп аталады. Жарық толқындарының кеңістікте қабаттасуының нәтижесінде кеңістіктің әр түрлі нүктелерінде қорытқы толқынның амплитудасы күшейеді немесе элсірейді.

Айталық, берілген M нүктесінде циклдік жиілігі екі монохромат толқын екі тербеліс тудырсын және М нүктесіне дейін бір толқын сыну көрсеткіші n₁ ортадан фазалық жылдамдықпен s₁ жол жүрсін, ал екінші толқын n₂ ортадан фазалық жылдамдықпен s₂ жолын жүрсін:

Қорытқы тербелістің амплитудасы:

Қорытқы толқынның интенсивтілігі :

М нүктесінде пайда болған тербелістердің фазаларының айырмасы төмендегі өрнекпен анықталады:

(мұндағы ; - толқынның вакуумдағы ұзындығы).

Жарық толқынының берілген ортадағы s жолының геометриялық ұзындығының осы ортаның n сыну көрсеткішіне көбейтіндісі жолдың оптикалық ұзындығы деп аталады:

Толқындардың жүрген жолдарының оптикалық ұзындықтарының айырмасы жолдың оптикалық айырмасы деп аталады.

Интерференцияның максимум шарты.

Егер оптикалық жол айырмасы вакуумдағы толқын ұзындықтарының бүтін санына тең болса (жарты толқынның жұп санына):

Онда және М нүктесінде пайда болған тербелістер бірдей фазада таралады.

Интерференцияның минимум шарты.

Егер оптикалық жол айырмасы жарты толқынның тақ санына тең болса,

Онда және М нүктесінде пайда болған тербелістер бір-біріне қарама-қарсы фазада таралады.

Жарық дифракциясы. Гюйгенс-Френель принципі

Электромагниттік толқын біртекті ортада таралған кезде толқын фронтының геометриялық пішіні өзгермейді. Егер де толқын мөлдір емес кедергілері бар немесе сыну көрсеткіші шұғыл өзгеретін аймақтары бар біртекті емес мөлдір ортада тарлатын болса, онда толқын фронты бүлінеді, кеңістікте интенсивтіліктің үлестірілуі өзгереді. Толқындардың жолдарында кездесетін кедергілер мен бөгеттерді орап, айналып өту құбылысы дифракция деп аталады. Кең мағынада, дифракция деп жарықтың түзу сызықты жолдан кез-келген ауытқуын немесе бұрылу құбылысы айтылады. Яғни, толқынның түзу сызықты таралуынан, геометриялық оптиканың заңдарынан ауытқуы дифракция деп аталады.

Жарық дифракциясының заңдылықтарын екі негізгі қарапайым принциппен түсіндіруге болады.

· Гюйгенс принципі: Толқын фронтының кез-келген нүктесі екінші толқын көздері болып табылады да, олар біртекті ортада жылдамдықпен таралады.

· Интерференция заңы: Толқын фронтының барлық нүктелері бірдей жиілікте және бірдей фазада тербеледі, когерент жарық көздерінің жиыны болып табылады, когерентті толқындар интерференцияланады, яғни беттеседі.

Бұл принциптер бойынша жарық дифракциясына сан жағынан анализ беруге жеткіліксіз, сондықтан Френель 3–ші болжау айтты: егер толқын фронтының S жазықтығының бір бөліктері жарық өткізбейтін тосқауылмен жабылған болса, онда 2–ші толқындар S жазықтықтықтың ашық беттерімен ғана тарайды.

Оптикада Френель дифракциясы мен Фраунгофер дифракциясы деп шартты түрде екіге бөлінеді. Френель дифракциясы – сфералық толқындар дифракциясы, Фраунгофер дифракциясы – параллель шоқтар немесе жазық толқындар дифракциясы.

Егер жарық көзінің алдына тар саңылауы бар тосқауылды қоятын болсақ, онда тосқауылдың артындағы экранда көлеңкелік интерференциялық max және min-дарды көре аламыз. Мысалы нүктелік жарық көзінің алдына жарық өткізбейтін кішкене дискіні орнататын болсақ, онда дискінің арғы жағында тұрған экранда концентрлі қара-қоңыр және ақ сақиналар пайда болады. Ал дискінің радиусын ұлғайтқан сайын, ақ сақиналадың немесе дақтың интенсивтілігі азая береді.

Дифракциялық тор көмегімен алынған дифракциялық спектр

Жарық дисперсиясы. Дисперсияның электрондық теориясы

Жарық дисперсиясы

Жарық дисперсиясы деп n сыну көрсеткішінің жарық жиілігіне (λ толқын ұзындығына) тәуелділігін айтады (немесе жарық толқынның фазалық жылдамдығының осы толқын жиілігіне тәуелділігі).

Ақ жарық шоғының призмадан өткен кездегі спектрге жіктелуі дисперсияның салдары болып табылады. Дисперсия тек монохромат емес толқын таралғанда пайда болады.

Призмадағы жарық дисперсиясын қарастырайық. Айталық, монохромат сәуле α₁

бұрышымен сыну көрсеткіші n және сыну бұрышы Апризмаға түссін.

Призманың сол және оң қабырғаларынан екі рет сынғыннан кейін сәуле φ бұрышына ауытқиды:

φ=(α₁-γ₁)+(α₂-γ₂)= α₁+α₂-A

α₂ =nγ₂=n(A- γ₁)=n(A- α₁/n)=nA-α₁, бұдан α₁+α₂= nA.

Сол себептіφ =A(n-1) – сәулелердің призмадан ауытқу бұрышы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым призманың сыну бұрышы үлкен болады.

- шамасы заттың дисперсиясы деп аталады. Барлық мөлдір заттар үшін сыну көрсеткіші толқын ұзындығы өскенде кемиді:

(суретке қараңыз). Мұндай дисперсия қалыпты (немесе теріс) деп аталады. Қатты жұтылу сызықтар мен жолақтар маңындағы қисықтың жолы n(λ) – дисперсия қисығы– кері:

ЖҮТ есептерін қорғауМұндай дисперсия аномальды дисперсия деп аталады. Призмалық спектографтардың жұмыс істеу принципі қалыпты дисперсия құбылысына негізделген. Сәулелердің призмадан ауытқу бұрышы сыну көрсеткішіне тәуелді, ал ол өз кезегінде толқын ұзындығына тәуелді. Сол себепті призма ақ жарықты спектрге жіктейді, бұл жағдайда қызыл сәулелер (толқын ұзындығы ұзын) азырақ, ал күлгін сәулелер (толқын ұзындығы қысқа) көбірек бұрышқа аутқиды.

Дисперсияның электрондық теориясы

Лоренцтің дисперсияның электрондық теориясы жарық дисперсиясын толқынның айнымалы электромагниттік өрісінде мәжбүр тербеліс жасайтын және заттың құрамына кіретін зарядталған бөлшектердің электромагниттік толқынмен әсерлесуінің нәтижесі ретінде қарастырады.

Ортаның абсолютті сыну көрсеткіші , мұндағы - ортаның диэлектрлік өтімділігі, - магниттік өтімділік. Спектрдің оптикалық аймағында барлық заттар үшін , сондықтан .

Лоренц теориясы бойынша, жарық дисперсиясы –нің жарық толқынының жиілігіне (толқын ұзындығына) тәуелділігінің нәтижесі. Анықтама бойынша

Мұндағы – ортаның диэлектрлік қабылдағыштығы, - электрлік тұрақты, Р және Е поляризацияланғыштық пен сыртқы электр өрісі кернеулігінің лездік мәндері.

Спектрдің оптикалық аймағында жарық толқынының электр өрісінің тербеліс жиілігі жоғары ( ), сол себепті диэлектриктердің ориентациялық поляризациясы мардымсыз, және электрондық (деформациялық) поляризация негізгі роль атқарады – жарық толқын өрісінің электрлік құраушысының әсерінен электронның жасайтын мәжбүр тербелістері.

Айталық, тек бір, атом ядросымен элсіз байланыс жасайтын, сыртқы электрон ғана мәжбүр тербеліс жасасын – оптикалық электрон. Онда атомның дипольдік моменты р=ех, мұндағы е – электрон заряды, х– жарық толқынның электр өрісінің әсерінен электронның ығысуы.

Поляризацияланғыштықтың лездік мәні Р=n₀p=n₀ех, мұндағы n₀- диэлектриктегі атомдардың концентрациясы. Бұдан:

Айталық, сыртқы өріс Е гармониялық заңдылық бойынша өзгерсін . Сонда электронның мәжбүр тербелісінің теңдеуі (түскен толқын әнергиясы жұтылуының нәтижесінде пайда болған кедергі күші ескерілмеген кезде):

Мұндағы - жарық толқынының өрісі тарабынан электронға әсер ететін күштің амплитудалық мәні, - электронның меншікті тербеліс жиілігі, m - электронның массасы.

Бұл теңдеудің шешімі: , мұндағы

сондықтан:

Алынған тәуелділік дисперсия құбылысын сипаттайды: n =n(ω).

Бұл тәуелділіктің графигі суретте келтірілген. ω₀айналасындағы n– нің үзілісті болуы ортаның кедергі күшін ескермегендіктің салдары (ортаның электромагниттік толқындарды жұтуы).

Егер жұтылу ескерілсе, ω₀ аймақта n(ω) тәуелділігі АВ пунктир сызықтарымен көрсетілген – бұл аномаль дисперсия аймағы (ω өссе, n азаяды).

Қалған бөлік қалыпты дисперсияны сипаттайды (ω өссе, n өседі).

Жалпы жағдайда, егер затта массалары m_iәр түрлі e_iзарятар болса, және бұл зарядтар әр түрлі ω_0iменшікті жиілікте мәжбүр тербеліс жасайтын болса, онда

n(ω)қисығының әрбірω_0iменшікті жиіліктің жанында ерекшеліктері болады.

Жарықтың поляризациясы. Брюстер және Малюс заны.

Табиғи және поляризацияланған жарық

Жарық денеге әсер еткенде жарық толқынның электромагниттік өрісінің электрлік құраушысының мәні өте зор, себебі электр өрісі заттың атомдарындағы электрондарға үлкен ықпал етеді. Сол себепті, поляризацияның заңдылықтарын сипаттау үшін біз тек жарық векторы - оның ішінде электр өрісі кернеулігінің векторын қарастырамыз.

Жарық көптеген тәуелсіз жарық шығаратын атомдардың электромагниттік сәулелерінің қосындысы болып келеді. Осыған байланысты, векторының барлық ориентациялары тең ықтималды болады. Осындай жарық табиғи жарық деп аталады (сурет (а)).

Поляризацияланған жарық деп векторының тербеліс бағыты реттелген жарықты айтады.

Аздап поляризацияланған жарық деп (сурет (б)) негізінен векторының тербеліс бағытымен сипатталатын жарық.

Жазық поляризацияланған жарық деп – векторы тек сәуле өтетін бір жазықтықта тербелетін жарықты айтады (жоғарғы суреттегі (в) және төменгі суреттегі (а) және (б)). Бұл жазықтық - поляризация жазықтығы деп аталады.

Егер векторының ұштары уақыт өте сәулеге перпендикуляр жазықтықта шеңберді немесе эллипсті бейнелесе (сурет (в)), онда жарық циркулярлы немесе эллипстіполяризацилянған деп аталады.

Поляризациялану дәрежесі деп Р шамасы аталады:

мұндағыI_max жәнеI_min – сәйкесінше поляризацияланған жарықтың максимал және минимал интенсивтіліктері. Табиғи жарық үшін I_max =I_min және Р=0, жазық поляризацияланған жарық үшін I_min=0және Р=1.

Табиғи жарықты, тек белгілі бір бағыттағы тербелістерді өткізетін, поляризаторлар деп аталатын затты пайдалана отырып, жазық поляризацияланған жарыққа түрлендіруге болады. Поляризатор ретінде векторының тербелуіне қатысты анизатропты орталар қолданылады.

Малюс заңы.

Интенсивтілігі I_табиғи табиғи жарықты Т₁ поляризаторынан өткізелік. Поляризатор жазықтығымен φ бұрыш жасайтын жазықтықта тербелетін А тербеліс амплитудасын А_||=Acosφ және A_{_|_}=A sinφ екі тербеліске жіктеуге болады. Өткен толқынның интенсивтілігі А²_||=A²cos²φпропорционал. Табиғи жарықта φ –дің барлық мәні тең ықтималды, осыған байланысты поляризатордан өткен жарықтың бір бөлігі орташа мәніне тең болады, ал бірінші Т₁поляризатордан өткен жазық поляризацияланған жарықтың интенсивтілігі:

Жазық поляризацияланған жарықтың жолына бірінші поляризаторға ψ бұрыш жасайтындай етіп екінші Т₂ поляризаторды (анализатор) қоялық. Анализатордан өткен жарықтың I интенсивтілігі ψ бұрышқа тәуелді өзгереді – Малюс заңы бойынша :

I=I₀cos²ψ

Сәйкесінше екі поляризатордан өткен жарықтың интенсивтілігі :

Осыдан поляризаторлар параллель болғанда,

поляризаторлар бір-біріне ψ=90⁰ бұрыш жасағанда I_min=0.

Жарықтың шағылу және сыну кезінде поляризациялануы

Егер табиғи жарық екі диэлектриктің бөліну шегарасына түссе, онда шағылған және сынған сәулелер аздап поляризацияланады.

Шағылған сәуледе түсу жазықтығына перпендикуляр тербелістер көп болса, ал сынған сәуледе түсу жазықтығында жатқан тербелістер көп.

Егер түсу бұрышы tgi_B=n₂₁ қатынасы арқылы анықталатын Брюстер бұрышына тең болса, онда шағылған сәуле жазық поляризацияланады.

Сынған сәуле бұл жағдайда максимал поляризациаланады бірақ толық емес.

Шағылған және сынған бұрыштар }