Gaismas difrakcija un polarizacija

Gaismas difrakcija un polarizācija.

P. Puķītis. Fizika 12. klasei: 86.-93. lpp.

Sasniedzamie rezultāti• Izprot redzamās gaismas difrakcijas parādību.

• Izprot interferences un difrakcijas savstarpējo saistību.

• Izprot polarizētās gaismas izmantošanu zinātnē un tehnikā.

• Izmantojot funkcionālās sakarības, aprēķina difrakcijas režģa parametrus.

• Lieto skaitļa normālformu un decimālos daudzkārtņus.

• Analizē gaismas viļņu īpašību apguves nozīmi inženiertehniskajās profesijās.

Difrakcija• Gaismas difrakcija ir gaismas viļņu apliekšanās

ap šķēršļiem un nehomogenitātēm vidē.

http://giphy.com/search/diffraction

Difrakcija• Uz divām spraugām, kas atrodas attālumā d,

krīt paralēls gaismas staru kūlis• Viļņu frontes ir paralēlas līnijas, kuras atrodas

viena no otras attālumā, kas vienāds ar viļņa garumu λ (lamda)

Difrakcija• Maza izmēra spraugas var uzskatīt par sekundāro

gaismas viļņu avotiem• Sekundārie viļņi pārklājoties veido interferences

ainu• Virzienos m = 0, m = 1, m = 2 rodas maksimumi

Difrakcijas režģis• Difrakcijas režģis ir ierīce gaismas sadalīšanai

spektrā:– daudzu paralēlu spraugu sistēma un savācējlēca– gaisma, kas iziet cauri režģim, lēcas fokālajā plaknē veido

interferences ainu (MG 87.lpp.)– Difrakcijas režģi raksturorežģa konstante jeb periods d (spraugas + svītras platums)

http://b1v.lv/wp-content/files/fizika_12/default.aspx@tabid=3&id=302_2.html

Mācību video: difrakcija

http://www.macibuvideo.lv/lazera-stara-difrakcija

Difrakcijas novērošana ikdienā

• Gaisma caur skropstām • CD, DVD disks

http://giphy.com/search/diffraction http://www.uzdevumi.lv/p/fizika/12-klase/gaismas-vilni-9199/re-bd9b97c5-7468-4484-a13c-45c0fbb9e226

Difrakcijas režģa darbība• Ja režģī vienā mm ievelk

tūkstošiem svītru, atstarpe starp tām ir tuva gaismas viļņa garumam

• Izejot cauri svītrām, notiek gaismas difrakcija

• Punktā O gājumu diference ir 0 – interferences maksimums, veidojas centrālais difrakcijas attēls

Difrakcijas režģa darbība• Sekundāro viļņu frontē BC

gaismas stariem ir gājumu diference Δ

• Ja gājumu diferencē ietilpst viens viļņu garums λ, tad lēcas fokālajā plaknē punktam O abās pusēs veidojas pirmais difrakcijas attēls (maksimums) punktā O1.

Difrakcijas režģa darbība• Sekundārie stari, kas apliecas

ap spraugu lielākā leņķī tā, lai gājumu diference būtu 2λ, simetriski punktam O rada otro difrakcijas attēlu tālāk no O1

• Baltai gaismai centrālais attēls ir balts, bet pārējie attēli ir kā baltās gaismas spektrs, jo katra krāsa pastiprinās citā vietā lēcas fokālajā plaknē

Difrakcijas režģa formula• Gājumu diference Δ = d sinϕ• Gājienu diferencei Δ jābūt vienādai ar vesela

skaita viļņa garumiem Δ = kλ (k – difrakcijas attēla kārtas skaitlis)

• d = režģa konstante

http://www.dzm.lu.lv/fiz/f_www/F_formulas.pdf

P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 88. lpp.

l0 = 1 mm =

d = ?

N = 400

Difrakcijas režģim vienā mm ir 400 svītru. Režģis novietots paralēli ekrānam 0,3 m attālumā. Virzienā uz ekrānu perpendiku-lāri iet šaurs gaismas stars no lāzera, viļņu garums 640 nm.A. Noteikt režģa konstanti (periodu)

Režģa konstante d ir vienas svītras un spraugas kopējais platums

d =l0

N= 1 ∙ 10-3 md =

1 ∙ 10-3

400 =

=0,001400

=

= 0,0000025 = 2,5 ∙ 10-6m= 2,5 ϻm

P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 88. lpp.

λ = 640 nm =

φ1 = ?

k = 1

Difrakcijas režģim vienā mm ir 400 svītru. Režģis novietots paralēli ekrānam 0,3 m attālumā. Virzienā uz ekrānu perpendiku-lāri iet šaurs gaismas stars no lāzera, viļņu garums 640 nm.B. Noteikt gaismas kūļa nolieces leņķi φ1 pirmās kārtas difrakcijas attēlam.Leņķi izsaka no difrakcijas formulas

sinφ1 =kλd= 640 ∙ 10-9 m

sinφ1 =1∙640∙10-9

2,5 ∙ 10-6 =

= 256 ∙ 10-3 = 0,256

φ1 = 14,8o

P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 88. lpp.

L = 0,3 m

l = ?

Difrakcijas režģim vienā mm ir 400 svītru. Režģis novietots paralēli ekrānam 0,3 m attālumā. Virzienā uz ekrānu perpendiku-lāri iet šaurs gaismas stars no lāzera, viļņu garums 640 nm.C. Noteikt pirmās kārtas difrakcijas attēla attālumu l no centrālā attēla.Trigonometriskās sakarības trijstūrī

l = L ∙ tg φ1l =0,3 ∙ tg 14,8o =

= 0,3 ∙ 0,264 = = 0,079 m

http://www.uzdevumi.lv/p/matematika/12-klase/geometrijas-atkartojums-3062/re-f53031c2-d83a-47b4-bf37-8d53e15891b1

lL

P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 88. lpp.

Difrakcijas režģim vienā mm ir 400 svītru. Režģis novietots paralēli ekrānam 0,3 m attālumā. Virzienā uz ekrānu perpendiku-lāri iet šaurs gaismas stars no lāzera, viļņu garums 640 nm.D. Noteikt maksimālo difrakcijas spektra attēlu skaitu, ieskaitot centrālo attēlu, kuru var iegūt režģī.Maksimālais attēlu kārtas skaitlis k būs, ja gaismas kūļa nolieces leņķis 90o. Tad sinφ 1

kmax =dλ

2,5∙10-6

640 ∙ 10-9 =3,9

Veidosies centrālais attēls + 3 attēli katrā pusē

=

Maksimālais difrakcijas attēlu skaits k = 7

Gaismas polarizācija

• Dabisku gaismu veido vienlaikus daudzi atomi, radot nesaskaņotus viļņus

• Caur polarizatoru (viela, kurā atomi izvietoti nesimetriski – optiski anizotropi) iziet tikai tās svārstības, kas paralēlas polarizācijas asij E

• Caur polarizatoru izgājušai gaismai elektriskā lauka intensitātes vektori svārstās vienā virzienā – lineāri polarizēta gaisma.

Polarizācijas filtri

• Plēves ar piejaukumvielām• Kvarca kristāli• Turmalīns• Optiski aktīvas vielas

– vitamīni– antibiotikas– cukurs

https://latfoto.lv/fototehnika/2659-filtri-fotografesanai.html

Polarizācijas izmantošana

• Optiskie filtri – fotoaparātiem, brillēm• Optiski aktīvo vielu koncentrācijas noteikšanai

(polarimetri)• Iekšējā sprieguma pētīšanai detaļām (detaļas

modelis no caurspīdīga materiāla tiek deformēts, analizē polarizētās gaismas interferenci)

• LCD displejos ar spriegumu pagriež šķidro kristālu šūnas

http://giphy.com/search/polarized

Sasniedzamie rezultāti• Izprot redzamās gaismas difrakcijas parādību.

• Izprot interferences un difrakcijas savstarpējo saistību.

• Izprot polarizētās gaismas izmantošanu zinātnē un tehnikā.

• Izmantojot funkcionālās sakarības, aprēķina difrakcijas režģa parametrus.

• Lieto skaitļa normālformu un decimālos daudzkārtņus.

• Analizē gaismas viļņu īpašību apguves nozīmi inženiertehniskajās profesijās.

Papildus informācijas avoti:• https://www.fizmix.lv/fiztemas/gaismas-vilni-9/difrakcija • http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_12/default.aspx@tabid=3&id=330_3.html#navtop • http://www.macibuvideo.lv/lazera-stara-difrakcija • Simulācija: https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/wave-interference

• Поляризация света http://interneturok.ru/physics/11-klass/boptikab/polyarizatsiya-sveta-koleboshin-s-v

• http://interneturok.ru/physics/11-klass/boptikab/polyarizatsiya-sveta • Дифракция света http://interneturok.ru/physics/11-klass/boptikab/difraktsiya-sveta

Materiāli krievu valodā:

JAUTĀJUMI?