Линза

 

мұндағы N – молекулалар концентрациясы, e – элементар заряд, m – электронның  массасы, ε₀ – электр тұрақтысы, ω₀ – электронның өзiндiк жиiлiгi, ω – сыртқы электромагниттiк өрiстiң жиiлiгi. Бұл тәуелдiлiктiң сызбасы 8 – суретте келтiрiлген. Мұндағы үзiк сызық осы өрнекпен есептелген дисперсияның теориялық тәуелдiлiгiне, ал тұтас сызық тәжiрибенiң нәтижесiне сәйкес келедi. Бұл суреттегi жиiлiк артқан кездегi сыну көрсеткiшi де артатын, өзiндiк жиiлiктiң мәнiнен тысқары жатқан ab және cd аймағы дұрыс дисперсия деп аталады. Ал өзiндiк жиiлiктiң маңында жатқан bc аймағында, керiсiнше, жиiлiк артқан кезде сыну көрсеткiшi кемидi. Бұл аномальдi дисперсия аймағы. Тәжiрибе бұл аймақта жарық затқа қатты жұтылатындығын көрсетедi. Бұл оның резонансты құбылыстармен терең байланыста екендiгiнiң дәлелi.

Жарық  интерференциясы. Жұқа қабыршықтағы жарық интерференциясы. Интерференцияның техникада қолданылуы

Жарық бiр мезгiлде бiр емес бiрнеше  көзден тарауы мүмкiн. Осылай әртүрлi жарық  көзiнен шыққан толқындар бiр-бiрiмен  қабаттасқан кезде қандай құбылыс  байқалатынын қарастыралық. Кеңiстiктiң  берiлген нүктесiне бiр мезгiлде екi жарық көзiнен шыққан толқындар  келiп жетсiн делiк. Толқын теңдеулерi :

E_1y=E_mcos (ω - k₁ r₁ + φ₁)

E_2y=E_mcos (ω - k₂ r₂ + φ₂)

Мұндағы k₁ = 2πn₁/ λ және k₂ = 2πn₂/λ сәйкес толқындық сандар, ал n₁ және n₂ жарық тарап жатқан орталардың сыну көрсеткiштерi. Бұл жерде есептеулердi жеңiлдету үшiн тербелiс амплитудаларын және жиiлiктерiн бiрдей етiп алдық. Ендi кеңiстiктiң берiлген нүктесiнде осы екi толқынның қабаттасуынан пайда болған қортқы тербелiстi табалық. Ол үшiн элементер математика курсынан белгiлi тригонометриялық өрнектердi пайдалана отырып, мынаны аламыз:

 

Мұндағы

 

 

қортқы тербелiстiң амплитудасы, ал

 

бастапқы фазасы. Амплитуданың өрнегiндегi Δ=n₂r₂ - n₁r₁ шамасын оптикалық жол айырымы деп атайды. Егер екi толқын да бiр оптикалық ортада тараса, онда n₁=n₂, ал одан Δ=|r₂ - r₁|, яғни оптикалық жол айырымы геометриялық жол айырымына тең.

Жарықтың берiлген нүктедегi интенсивтiлiгi осы нүктедегi тербелiс амплитудасының квадратына пропорционал екендiгi белгiлi, яғни

Бұл өрнектен қортқы интенсивтiлiктiң  толқындардың Δ жол айырымына және δ=φ₁ - φ₂ фазалар айырымына тәуелдi екенi көрiнiп тұр. Бiр-бiрiнен тәуелсiз жарық шығарып тұрған көздер үшiн δ фазалар айырымы кездейсоқ түрде өзгередi. Ал аргументi кездейсоқ өзгерген косинустың квадратының орташа мәнiнiң 1/2 ге тең екенiн ескерсек, онда бұл жағдайдағы жарық интенсивтiлiгi үшiн

 

 

өрнегiн аламыз. Яғни, берiлген нүктедегi интенсивтiлiк әрбiр жеке көздерден түскен жарықтың интенсивтiлiктерiнiң қарапайым қосындысына тең.

Ендi екi жарық көзiнен шыққан толқындардың фазалар айырымы тұрақты болып қалсын делiк, яғни δ=φ₁-φ₂=const. Мұндай фазалар айырымы уақытқа қатысты өзгермейтiн жарық көздерiн когеренттi жарық көздерi деп атайды Онда, жоғарыдағы жарық интенсивтiлiгiнiң берiлген нүктедегi мәнi тек Δ жол айырымы арқылы ғана анықталады.. Дербес жағдайда δ=φ₁-φ₂=0 деп алсақ, өрнегiнен берiлген нүктедегi жарық интенсивтiлiгiнiң мәнiнiң   болғанда максимальдi, ал болғанда минимальдi екенi көрiнiп тұр.

Ал бұл шарттардан жол айырымына қатысты мына шарттар шығады: Δ=mλ болғанда интенсивтiлiк максимальдi, ал Δ=(2m+1)·λ/2 болғанда интенсивтiлiк минимальдi. Және де ең маңыздысы бұл интенсивтiлiктiң мәндерi уақытпен байланысты өзгермейдi, яғни тұрақты интерференциялық сурет аламыз.

 

 

Мiне, осылай когеренттi толқындардың қабаттасуының салдарынан кеңiстiктiң әрбiр нүктесiнде жарық интенсивтiлiгiнiң күшейiп, не бәсеңсуiнiң уақыт бойынша өзгермейтiн орнықты бейнесiн алу жарық интерференциясы деп аталады.

Жоғарыда анықтағанымыздай орнықты интерференциялық суреттi алудың негiзгi шарты жарық көздерiнiң когеренттi болуы. Алайда, жарықтың шығуы жекелеген атомдарда өтетiн процесстермен байланысты болғандықтан, табиғи жарық көздерi бiр-бiрiне ешқашанда когеренттi болмайды. Сондықтан, әдетте интерференциялық суреттi бiр жарық көзiнен шыққан толқындарды екiге жiктеп, қайтадан қабаттастыра отырып алады.

Оның мысалдары Френельдiң қос призмасы (9- сурет), Ньютон сақиналары (10 - сурет) және жұқа қабыршықтағы интерференция (11-сурет). Жұқа қабыршықтағы интерференцияны бiз сабын көпiршiктерiнiң немесе асфальттағы шалшық бетiне тамған майда түрлi-түстi болып құбылып тұратын дақ түрiнде байқаймыз. Мұның

себебi қабыршыққа түскен жарық оның жоғарғы және

төменгi беттерiнен шағыла отырып, бiр-бiрiмен қабаттасып интерференцияланады.

Интерференция құбылысы әртүрлi зерттеу  жұмыстарында өте дәл өлшеулер жүргiзуге мүмкiндiктер бередi. Себебi, мұндай өлшеулер

кезiнде жарықтың толқын ұзындығымен  шамалас болатын өте аз өзгерiстiң  өзi

интерференциялық суретте өлшеуге  болатын елеулi ығысуларға алып келедi. Интерференция құбылысын пайдалана  отырып өлшеулер жүргiзуге арналған құралдарды интерферометрлер деп атайды. Алғашқы  жасалған мұндай құралдардың бiрi Майкельсон интерферометрi. 1887 жылы А.Майкельсон және Э.Морли осы құралдың көмегiмен "жарықтың жылдамдығына Жер қозғалысының әсерi бола ма?" деген сұраққа жауап iздеген әйгiлi тәжiрибесiн жасады. Эйнштейннiң  салыстырмалы теориясын жасауда  бұл тәжiрибенiң шешушi роль атқарғаны  ғылым тарихынан белгiлi.                                 

Интерференция құбылысы сонымен қатар  әртүрлi беттердiң өңделу сапасын  тексеруге, оптикалық құралдарда жарықтың әртүрлi линзалардың бетiнен шағылып, бейненiң сапасының төмендеуiн болдырмауға т.с.с. қолданылады.

Жарық дифракциясы. Дифракциялық тор

Жарық дифракциясы деп жарық толқындарының өзiнiң алдында кездескен кедергiлердi орап өту қабiлетiн айтады. Дифракция құбылысы жарықтың толқындық қасиетiнiң айқын дәлелi болып табылады. Бұл құбылыс геометриялық оптика заңдылықтарының қай кезде бұзылатындығына нұсқайды.

Дифракцияның сандық теориясы, яғни бұл құбылыстың әсерiнен экрандағы  жарық интенсивтiлiгiнiң өзгерiп  таралуын түсiндiру Гюйгенс-Френель  принципiне негiзделген.

 

Бұл принцип былай дейдi :

1. Жарық толқындары келiп  жеткен беттiң әрбiр нүктесi өз  кезегiнде жаңа толқын көздерi болып табылады 

2. Бұл жаңа толқын көздерi бiр-бiрiне  когеренттi. Ал кеңiстiктiң кез-келген  нүктесiндегi жарықтың интенсивтiлiгi  осы когеренттi жаңа көздерден 

тараған толқындардың интерференциясының салдары болып табылады.

Гюйгенс-Френель принципi дифракциялық бейнелермен қатар жарықтың түзу сызық бойымен таралу себебiн де түсiндiредi.

Жарық дифракциясының бiр жарқын мысалы оның тар жолақ саңлау арқылы өткен кездегi дифракциясы. Бiрақ, бұл жағдайдағы дифракциялық суреттiң солғындау болуы оны нақтылы мақсаттарда қолдануда қиындықтар туғызады. Мұндай кемшiлiктер дифракциялық тор деп аталатын қондырғыда жоқ.

Дифракциялық тор деп бiр-бiрiне жақын, әрi параллель орналасқан тар жолақ саңлаулар жүйесiнен тұратын спектральдық құралды айтады (12 – сурет ). Мұндағы a - күңгiрт жолақтың енi, b – саңлаудың енi, ал d=a+b – дифракциялық тордың тұрақтысы деп аталады.

Қазiргi кезде қолданылатын дифракциялық торлардың бiр миллиметрiне 2000–ға дейiн саңлаулар салынады. Гюйгенс-Френель принципiне сәйкес мұндай әрбiр саңлау өз кезегiнде жаңа когеренттi толқын көздерi болып табылады да бұл көзден туындылаған толқындар бiр-бiрiмен

интерференцияланады. Егер дифракциялық торға перпендикуляр бағытта  параллель жарық сәулелерi түсетiн  болса, онда линзаның фокальдық жазықтығында орналасқан экранда қандай да бiр φ бұрышымен дифракциялық максимумдар байқалады. 13-суреттен көрiнiп тұрғанындай бұл максимумдар мынадай шарттарды қанағаттандырады.

 

d sinφ = n λ

 

мұндағы n=0, 1, 2, … - бас максимумдар  ретi деп аталады.

Дифракциялық торлар жарықты спектрлерге  жiктеу үшiн, сонымен қатар жарықтың белгiсiз толқын ұзындығын анықтау  үшiн де қолдаылады.

Нақтылы зерттеулерде бiр өлшемдi торлармен  қатар екi өлшемдi торлар да жиi қолданылады. Екi өлшемдi торлар деп жолақтарын бiр-бiрiне перпендикуляр орналастырып, беттестiрген екi жәй тордан тұратын жүйенi айтады. Мұндай жүйеден өткен жарық (14 – суреттегiдей) болып дифракцияланады.

Электромагниттiк сәуле шығарудың  шкаласы. Осы сәулелердiң қасиеттерi және оны пайдалану                  

 Қоршаған орта жөнiндегi бiлiмiмiздiң тереңдеуiнiң барысында алғашқы кезде бiр-бiрiнен тәуелсiз болып көрiнген көптеген құбылыстардың арасында терең байланыс бар екенi белгiлi болды. Бұл күнде бұл физикалық нысандардың бәрiнiң табиғатының бiр - олардың бәрiнiң электромагниттiк толқын екенi, олардың бiр-бiрiнен тек толқын ұзындығының мәнiмен ғана ажыратылатыны белгiлi.

ХIХ ғасырдағы ғылымның даму барысында  қысқа электромагниттiк толқындар  аймағын зерттеу одан әрi жүргiзiлдi. Осындай зерттеулердiң нәтижесiнде 1895 жылы В.Рентген толқын ұзындығы ультракүлгiн  сәулелердiң толқын ұзындығынан  да кем сәулелердi байқады. Бұл сәулелер вакуум түтiгiнiң iшiндегi анодты катодтан ұшып шыққан аса шапшаң (энергиясы  ондаған мың электронвольт) электрондармен атқылаған кезде туындылайды. Алғашқы  кезде Х-сәулелер деп аталған  бұл сәулелердiң толқын ұзындығы 5·10^-8 - 8·10^-12 м аралығында жатыр. Рентген сәулелерi көзге көрiнбейдi. Ол заттардың қалың қабаты арқылы аса көп жұтылмай-ақ өтiп кете бередi. Оның осы қасиетiн әртүрлi заттардың iшкi құрылысын зерттеуде (рентгеноструктурный анализ), әсiресе медицинада (рентгенография) табыспен қолданады.

    Электромагниттiк толқындардың iшiндегi толқын ұзындығы ең аз  болатын сәулелер гамма-сәулелер. Олардың толқын ұзындығы шамамен  5·10^-11 м-ден кем. Бұл сәулелер атом ядросында өтетiн құбылыстармен, радиоакитвтi ыдыраумен байланысқан. Гамма-сәулелердiң аса үлкен ағыны космостан келедi. Бiрақ олар негiзiнен Жер атмосферасында жұтылып қалады. Егер бұл сәулелер Жер бетiне жеткен болса, онда Жер бетiндегi тiршiлiктi жойып жiберер едi.

                                  

                                 Жазық және сфералық айналар  

Жазық айна–жалтыратылған металл пластина не болмаса бір беті металдың (әдетте, күміс не алюминий) жұқа қабатымен жабылған шыны пластина болып табылады. Жазық айналар қол жетпейтін объектілерді бақылау үшін қолданылады.

  Жазық айнадағы нәрсе кескіні мынадай ерекшеліктері бар:

кескін жалған, тура, өлшемдері нәрсенің өлшемдеріне тең, нәрсе айна алдына қандай қашықтықта тұрса, кескін айнаның ар жағына сондай аралықта орналасады.

Сфералық айна шағылдырушысы ретінде сыртқы не болмаса ішкі айналық бет қолданылады. Сонымен бірге айналар дөңес немесе ойыс болуы мүмкін. Дөңес айнаның фокусы жалған болады. Бұл айнадан шағылған сәулелер шашыраңқы болады.Ойыс айна көбіне үлкейткіш ретінде қолданылады.   

 

                        Судың физикалық және химиялық қасиеттері

 

Дүние жүзінің ¾ бөлігін су алып жатыр. Су- баға жетпес табиғат байлығы. Жер жүзіндегі барлық тіршілік суға байланысты. Сусыз тіршілік болуы мүмкін емес. Ол зат алмасу процесінде шешуші роль атқарады. Ал зат алмасу процесі- барлық органикалық өмірдің негізгі екені белгілі.

Су – иіссіз, дәмсіз көбінде түссіз мөлдір сұйықтық.

Судың химиялық формуласы: H₂O.

Су молекуласының массасы — 18,0160.

Су – табиғи ортада заттардың  үш тірлі агрегаттық күйлерінде бола алатын жалғыз ғана белгілі зат, тіршіліктің көзі. Су – бірегей еріткіш. Көптеген тұздар мен соған ұқсас қоспаларды ерітеді. Басқа ешқандай сұйықтық судың еріткендеріндей мөлшерде еріте алмайды. Су – тұрақты, мығым зат. Оны қышқылдандыру, ыдырату, жағу және бөліктерге жіктеп тастау өте қиын. Су барлық металдарды дерлік қышқылдандыра алады. Тау жыныстарын бұзып, бүлдіре алады. Судың мұз болып қатқан кезде көлемін ұлғайтатыны анық. Қатты дене ретінде мұз суға батпайды, яғни, салмағы сұйықтықтан азырақ болады. Мұндай қасиет тек висмут, галий және германий секілді

санаулы элементтерде ғана бар.Тұщы су 0°C деңгейінде қатады, 100°C деңгейінде қайнайды.Су өзінің бойына көп жылуды сіңіріп, аздаған деңгейде ғана жылына алады. Судың ішкі жасырын  жылуы болады. Судың қызуы 100°C болғанда қайнады, буға айналу процесі қарқынды түрде жүреді. Дистилляцияланған су токты әлсіз өткізеді. Бірақ аздаған мөлшердегі тұздардың қоспасы оны өткізгішке айналдыра алады.Судың меншікті жылу сыйымдылығы басқа заттарға қарағанда жоғары. Мұз осындай қасиетке байланысты ериді. Егер айналадағы ортаның температурасы артса, судың меншікті жылу сыймдылығы төмендейді. Тек, 40°C-тен асқан жағдайда қайта арта бастайды. Судың меншікті жылу сыйымдылығы: 4,183 кДж·кг-1·K-1. Атмосфералық қысым артқан сайын судың қату температурасы төмендей береді. Атмосфералық қысым 2200 болғанда судың қату температурасы минимумына жетеді. Ол минимум — -22°C. Температурасы 20°C болатын судағы жарықтың сынуы — 1,3330.Су полимеризацияға өте бейім. Қарапайым су молекулалары біріге алады. Полимерлі су физикалық тұрғыдан жаңа қасиеттерге ие болады. Олардың қайнау температурасы қалыпты жағдайдағыдан 4-5 есеге артық.Тұщы судағы дыбыстың жылдамдығы 1450 м/с, температурасы 25°С болатын теңіз суындағы дыбыс жылдамдығы 1496 м/с.Дистильденген (Дистилляцияланған) судағы pH көрсеткіші 7 (pH 7) болады. Су қыздырылған сайын ондағы pH көрсеткіші төмендейді. 100°C болғанда pH көрсеткіші 6-ға тең (pH 6).1 атмосфералық қысымда температурасы 100°C болатын 1 литр судан 1600 литр бу түзіледі.