Care este unghiul de difracție 1

§ 124. Difracția de fante. Spectrele de difracție. Grilajul de difracție. dispersia luminii în medii cu turbiditate

In practica de laborator modelul de difracție sunt de obicei fante înguste strălucitoare. Prin urmare, evenimentele de difracție de lumină de la una, două, și multe sloturi paralele ne vom uita mai detaliat.

1. Difracția de la o fantă. Lăsați ecranul într-o formă dreptunghiulară fascicul incident de fantă îngustă de raze monocromatice paralele normale pe ecran (Fig. 325, a). Toate razele care trec prin fanta în direcția inițială este colectată printr-o lentilă într-un singur punct C. Pe ecranul localizat în planul focal al lentilei (mai precis, razele merge într-o linie dreaptă care se extinde paralelă cu fanta prin O). Diferența de drum dintre toate aceste raze este zero, deoarece obiectivul nu creează o diferență cale. În consecință, prin punctul O va lua o dungă de lumină (iluminare max), fante paralele.

Noi acum recunoaștem că, datorită difracției grinzilor din fanta vor fi utilizate nu numai în direcția inițială, dar în unghiuri diferite față de această direcție se numește unghiul de difracție). Să considerăm un fascicul de raze difractate de fantă la un unghi astfel încât diferența

cursă între fasciculul extreme de raze este egală cu lungimea undei de lumină Apoi, întregul fascicul poate fi împărțită în astfel două zone egale numite zone Fresnel pentru care diferența de drum dintre fiecare fascicul al primei zone și grinda respectivă a doua zonă va fi egală colectate printr-o lentilă pe o linie care trece prin acestea prointerferiruyut raze și stinse reciproc. Ca rezultat, se trece printr-o dungă întunecată - minim de difracție. Evident, același cu nivelul minim de difracție a trece printr-un punct de fascicule punctiforme simetrice care formează cel puțin nu este prezentată).

Considerare un alt fascicul de raze difractate la un unghi astfel că diferența de drum dintre razele extreme ale grinzii este egală cu (Fig. 325 in). Apoi, întregul fascicul poate fi împărțit în trei zone Fresnel: și III. Se înțelege că două zone adiacente (de exemplu, I și II) se anulează reciproc (ca diferența de drum dintre grinzile acestor zone este egală cu o a treia zonă va fi remarcabile și ar difracția de vârf pe o linie care trece prin punctul apare un vârf similară pe o linie care trece prin punct de iluminare vârfuri simetrice va fi considerabil mai mică decât iluminarii O maximă, O pierde deoarece întregul fasciculul de lumină care trece prin fanta, in timp ce rateaza numai o treime porțiune a fasciculului.

Prin raționament similar este ușor de a arăta că, maximele vor fi amplasate minimele generate de razele difractante la un unghi la care fasciculul de raze poate fi divizat în patru Fresnel zone în continuare să fie amplasate maximele produse de raze difractante la un unghi care corespund celor cinci zone ale Fresnel Aceste maxime omite deja o cincime din fasciculul care trece prin golul, astfel încât acestea vor avea mai puține iluminare maxime de luminanță

Revenind la generaliza, putem spune că

fascicule de raze difractate la unghiuri care corespund unui număr impar de zone Fresnel creează un maxim de difracție ecran, în timp ce fascicule de raze difractate la unghiuri corespunzătoare unui număr chiar de zone Fresnel creează minimele difracție. Iluminare maxima descrește cu creșterea unghiului de difracție raze care creează aceste maxime.

Astfel, modelul de difracție obținută dintr-un decalaj, este o alternanță de benzi de lumină și întuneric, așezate simetric pe fiecare parte a fâșiei luminii centrale. forma unor benzi luminoase Iluminare scade rapid odată cu creșterea distanței de banda centrală. Acest model de difracție este prezentat în Fig. 326 (a se vedea. De asemenea, fotografia din fig. 321, b).

Așa cum am arătat, vârfurile de difracție obținute prin diferența dintre razele și difracție

minime - dar în Fig. 325 este clar că, în cazul în care a - lățimea fantei. În consecință, vârfurile de difracție la lumină difracție de la o fantă observată la unghiuri pentru care

și minimele difracție - unghiuri, pentru care

2. Difracția a două sau mai multe fante paralele. Lăsați un fascicul de raze paralele monocromatice cad perpendicular pe ecran în două fante paralele, situate la o distanță unul față de celălalt (Fig. 327). Apoi, aceste fisuri devin surse de lumină coerente.

În cazul în care ecranul este plasat într-o lentilă de colectare C, ecranul localizat în planul focal al lentilei, de difracție apare carte pe care este rezultatul a două procese: difracția luminii de la fiecare fantă individuală și lumina interferență din cele două fantelor. Cu toate acestea, principalele caracteristici ale acestui proces sunt determinate de a doua, să se familiarizeze cu care ne întoarcem acum.

Luați în considerare razele care se încadrează, de exemplu, pe marginea din stânga a celor două fantelor. Datorită difracția luminii din fisuri se va răspândi în toate direcțiile (Fig. 327, a). Fig. 327 b că diferența cale de raze paralele difractate de fante la un unghi egal cu

Acesta este colectat prin lentila C într-o linie (extinzându-se fante paralele prin punctul de ecran), aceste raze prointerferiruyut; imixtitudinea va depinde de valoarea diferenței de cale În cazul în care diferența de cale egală cu un număr întreg de valuri, t. e. în timpul

Razele va ecran o interferență maximă. Când diferența cale egală cu un număr impar de lungimi de undă și jumătate, adică. E. În timpul

grinzi de a da ecran un minim de interferență.

Astfel, unghiurile de difracție corespunzătoare maximele luminanța ecranului, determinată din relația

iar unghiurile de difracție corespunzătoare minimelor iluminării, din relația

unde întreg (pozitive și negative) sunt întregi pozitivi

În conformitate cu formula (8), pe fiecare parte a vârfului central, care corespunde primei valori maxime situate - dreapta și stânga sunt aranjate mai doua maxime etc. Cu toate acestea, numărul posibil de maxima este limitata: ea nu poate fi mai mare decât cea ... De fapt, în conformitate cu formula (8)

Iluminarea diferitelor picuri variază. Cel mai puternic iluminat de prim maximele centrale vârf iluminate doua vârfuri slabe mai slabe, etc. (Figura 328; ... iluminare verticală este întârziată

Modelul de difracție, orizontală - distanța de la vârf central). Acest lucru se datorează faptului că, așa cum a fost explicat atunci când se analizează difracția dintr-o singură fantă, iluminare ecran produs difractantă raze scade odată cu creșterea unghiului de difracție.

Calculele care nu vom face față, arată că difracția luminii dintr-un set de mai multe spații paralele sunt situate aproape unul de altul, creează același model de difracție, ca și în cazul a două fante. Numai vârfurile sunt mai luminoase și înguste, și cota de minimele lor - largă și aproape complet întuneric. Distanța dintre maximele adiacente și lor crește luminozitatea pe măsură ce numărul de fante.

Formula (8) care definește locația în maximele de difracție din două fante, rămâne valabilă în cazul multor fante de difracție.

În conformitate cu formula (8), amplasarea fiecărui vârf depinde de lungimea de undă a luminii, mai mare, X, așa mai departe. E. Vârful de difracție de unghi înalt obținut pentru acea lungime de undă. Rezultă că, atunci când se utilizează lumina albă fiecare vârf (cu excepția central) capătă o culoare roz, cu marginea ei interioară (în raport cu vârf central) va fi violet, iar la exterior - roșu ca culoare purpurie corespunde celei mai scurte lungime de undă, și roșu - cel mai mult lung; între violet și roșu margini ridicate vor rezolva culorile spectrale rămase (Fig. 329). În acest sens, vârfurile de difracție sunt numite difracție

spectre, precum și numărul de ordine ale spectrului. Zero spectrul de comandă rămâne alb, deoarece, în conformitate cu formula (8), la un unghi de difracție pentru toate lungimile de undă

Trebuie remarcat faptul că spectrul de difracție a mai mare începe ordinele să fie suprapuse unul pe celălalt. Astfel, în cazul spectrelor luminii albe al doilea și al treilea ordinele deja se suprapun parțial porțiunea de lungime de undă lungă a spectrului de ordinul 2 este impusă pe porțiunea scurtă lungime de undă a spectrului de ordinul 3).

Colectarea unui număr mare de fante paralele înguste situate aproape unul de altul se numește o rețea de difracție, iar distanța dintre fante adiacente - o perioadă de grilaj (. Figura 330, circuitul). Lattice perioadă constantă și având aceeași lățime a fantelor sunt numite regulat.

difracției sunt realizate grătare prin depunerea zgârieturi subțiri (zgârieturi) pe suprafața plăcii de sticlă (grilaj transparent) sau o oglindă metalică (reflexie grilaj). Este evident că, în astfel de rol Grile intervale de sloturi între accidente vasculare cerebrale. Strokes sunt aplicate cuțit de diamant cu o mașină de separare. Cele mai bune grilaje trebuie sa 1200-1500 linii pe milimetru, care corespunde perioadei

Prin intermediul grătarului sunt ținute determinări foarte precise a lungimii undelor luminoase. Pentru a face acest lucru, utilizați un spectroscop de difracție prezentat schematic în Fig. 331. difracție 1 este montat pe discul staționar 2 având diviziunea unghiulară. Lumina de la sursa trece prin fanta îngustă a colimatorului 3 și cade pe grilajul. Prin rotirea telescopului 4, nabodyat linia ei vedere pe spectrul de difracție investigate. Unghiul de difracție Numărătoarea inversă corespunzătoare acestei linii produc 5 folosind Vernier asociată cu telescopul. Apoi, în formula

obținută din formula (8) substituit valoarea măsurată unghiului și ordinea spectrului în care se observă o linie și calcularea o lungime de undă

In general, o rețea de difracție poate servi ca nu numai o combinație de fante, ci și orice colecție de un număr mare de nereguli (deschideri și bariere) pe un plan sau volum; în acest din urmă caz, se numește o rețea spațială. Dimensional (neregulat) răzuirea este, de exemplu, așa-numitul mediu opalescentă, adică. E. Mediul în care pluralitatea ponderată a particulelor foarte fine ale unei substanțe străine. La mediul turbiditate includ soluții coloidale, gaze de fum și m. P.

Trecând prin mediul turbiditate, lumina difractate de la ea în mod aleatoriu (neregulat) dispus neomogenitati microscopice și se extinde în toate direcțiile, și anume. E. Se spune împrăștiate (nu prezintă nici un anumit model de difracție). Prin urmare, difracția luminii în medii turbiditate numită în mod obișnuit împrăștierea luminii. O astfel de împrăștiere se observă, de exemplu, în aer cu praf, lumina soarelui pătrunde: datorită împrăștierea luminii de către particulele de praf devin raze vizibile din lateral.

De un interes deosebit este așa-numita difuzia moleculară a luminii, care are loc în lichide și gaze, complet fără particule străine. În acest caz, lumina este refractată (împrăștiate) la cel mai mic mediu de etanșare (fluctuații de densitate) cauzate de acumulări de număr substanțial aleatoare de molecule în volum locații discrete de lichid (sau gaz); Aceste grupuri sunt create prin mișcarea termică haotică a moleculelor.

Intensitatea luminii dispersate la difuzia moleculară foarte mică; devine vizibil numai când lumina trece printr-o grosime mare a mediului de imprastiere.

In concluzie, difuzia moleculară a luminii în atmosferă explică culoarea albastră a cerului și tenta gălbuie a discului solar. Potrivit lui Rayleigh,

intensitatea luminii dispersate este invers proporțională cu puterea a patra a lungimii de undă

Prin urmare, alb (solar) de lumină care trece prin atmosferă, în principal, împrăștiate valuri corespunzătoare albastru și culoarea albastră. În acest sens, lumina transmisă prin atmosfera compune în principal din valuri lungi, și oferindu-i discul galben-portocaliu umbra solară.