4.9. Pikksilm
Pikksilm on optikariist kaugete esemete vaatlemiseks. See koosneb nagu mikroskoopki objektiivist ja okulaarist. Kaugetest esemetest tuleb pikksilma praktiliselt paralleelne kiirtekimp, mis tekitab kujutise objektiivi fookuses. Seda kujutist vaadeldakse okulaari kui luubiga. Niisugusel juhul langevad pikksilma objektiivi ja okulaari fookused praktiliselt kokku ja pikksilmast väljub paralleelne kiirtekimp. Selliseid optilisi süsteeme nimetatakse teleskoopilisteks. Selline süsteem suurendab vaatenurka ja süsteemi nurksuurendus avaldub järgmiselt:
sn = fob / fok ,
kus fob on objektiivi fookuskaugus ja fok okulaari fookuskaugus.
Kui objektiivi ja okulaarina kasutatakse kahte kumerläätse, siis saadakse esemest ümberpööratud kujutis. See on nn. Kepleri pikksilm, mis sobib kasutamiseks taevavaatlustel.
Maapealsetel vaatlustel kasutatakse nn. Galilei pikksilma, kus okulaariks on nõguslääts. Selline pikksilm annab esemest päripidise kujutise .
Kujutise konstrueerimise 10 käsku
Paneme paika läätse ja optilise telje.
Valime fookuste asukohad nii, et mõlemal pool läätse oleks need võrdsel kaugusel läätsest, st f1 = f2.
Paneme paika eseme.
Võtame eseme tipust optilise teljega paralleelse kiire.
Kumerläätse korral murdub kiir suunas, mis läbib tagumist fookust.
Nõgusläätse korral murdub kiir nii, et selle pikendus läbib eesmist fookust.
Võtame eseme tipust kiire, mis läbib läätse keskpunkti.
Selline kiir läbib läätse suunda muutmata.
Leian eseme tipu kujutise asukoha, milleks on punkt, kus lõikuvad kiired või nende pikendused.
Eseme kujutise leidmiseks tõmban kujutise tipust ristsirge optilise teljeni
5. Valguse ja aine vastastikmõju
KATSE: prismaga spektri saamine
Miks saab prisma abil valguse lahutada komponentideks? Sellepärast , et aine murdumisnäitaja on lainepikkuse funktsioon:
n = f ()
Enamikul ainetest murdumisnäitaja väheneb nähtavas piirkonnas lainepikkuse kasvades.
Murdumisnäitaja sõltuvust valguse lainepikkusest nimetatakse dispersiooniks.
Muutused on küllalt väikesed, ca 1 – 2 %. Näiteks H2O korral on 400 nm juures
n = 1,342 , aga 700 nm juures 1,330.
Miks oleneb murdumisnäitaja lainepikkusest?
Vastuse saab kõige lihtsamalt dispersiooni elektronteooriast. Me ei kasuta selle teooria matemaatilist aparatuuri, vaid ainult mõttekäike.
Aine absoluutne murdumisnäitaja n =  . Enamikel ainetel on magnetiline läbitavus võrdne ligikaudselt 1-ga. Seega on murdumisnäitaja määratud aine dielektrilise läbitavusega:  .
Elektrikursusest on teada, et aine dielektriline läbitavus on lineaarses seoses dipoolmomnendiga p, mis on võrdne dipooli laengu q ja dipooli õla x korrutisega:
p = qx (dipooli õlg on kaugus dipooli laengute vahel).
Missugused dipoolid siis valgust läbilaskvas aines on? Klassikaline dispersiooniteooria loeb dipooli kuuluvaks ühe valentselektroni ( miinuslaeng) ja tuum koos ülejäänud elektronidega (plusslaeng).
Sellisele süsteemile langedes paneb valguslaine E–vektor valentselektroni võnkuma valguslaine sagedusega. Elektron võngub aga juba aatomis omavõnkesagedusega. Probleem: kuidas on omavahel kooskõlas elektronide võnkumine aatomis ja Bohri järgi tiirlemine ümber tuuma?
Mida lähemal elektroni omavõnkesagedusele on valguslaine sagedus, seda suurema amplituudiga sundvõnkumised tekivad (resonants). See viib aga x suurenemisele, sest võnkumised pole harmoonilised, amplituudid pole võrdsed. See suurendab valentselektroni keskmist kaugust x tuumast. Kui suureneb x , siis suureneb ka p ja ning seega ka murdumisnäitaja. Kuna elektronide omavõnkesagedused on tavaliselt UV piirkonnas, siis nähtavas piirkonnas murdumisnäitaja suureneb UV piirkonnale lähenedes, ehk lainepikkuse vähenedes.
Dispersiooni olemust võib seletada ka ilma elektriliste suuruste abita. Teame, et valgus levib aines korduvate neeldumiste ja kiirgumistega aatomites. Valguse kiirus aines oleneb ajast, mis kulub valguse neeldumiseks ja kiirgumiseks aatomeis. See on nö. "peatuseks" kulunud aeg. Mida lähemal elektroni omavõnke sagedusele on valguslaine sagedus, seda suurema amplituudiga pannakse elektron aatomis sooritama sundvõnkeid. Selle tekitamine ja lõppemine võtavad üha rohkem aega. See tähendab "peatuste" pikenemist ehk levimiskiiruse vähenemist, järelikult absoluutse murdumisnäitaja suurenemist (n = c/v). Kuna enamikul läbipaistvatel ainetel on elektronide omavõnkesagedused ultravalguse piirkonnas, siis sellele lähenedes nähtava piirkonna poolt hakkab murdumisnäitaja suurenema.
Dispersiooni kasutatakse prismades, et valgust lahutada komponentideks.
Prismat kasutatakse spektraalriistades. Prisma asemel võib kasutada ka difraktsioonivõret ja seda viimasel ajal peamiselt tehaksegi, sest võred on palju odavamad kui prismad.
1 – sisenemispilu, 2 – kollimaatori lääts, 3 – prisma, 4 – koondav lääts, 5 – fotoplaat.
Spektraalriistu nimetatakse erinevalt vastavalt oma otstarbele.
Spektroskoobis vaadatakse spektrit pikksilmaga, spektromeetris registreeritakse elektriliselt , spektrograafis fotografeeritakse, monokromaatoris lastakse valgus riistast väljuda läbi pilu.
Spektraalriistu kasutatakse spektraalanalüüsi korral: so. ainete keemilise koostise kindlakstegemiseks. Selleks kasutatakse aatomist või molekulist kiirgunud või neeldunud valgust. Kiirgusspektri saamiseks tuleb aine panna helenduma (soojuskiirgus, sädelahendus, luminestsents, jne). Tekkinud valgus juhitakse spektraalriista ja registreeritakse spekter. kiirgusspektrid võivad olla kas pidevad või joonspektrid. Pidevaid spektreid annavad hõõguvad tahkised, vedelikud ja väga tihedad gaasid. Joonspektri annavad hõredad hõõguvad gaasid. Kiirgusspekter näitab kiirgunud valguse intensiivsuse jaotust lainepikkuste järgi.
Neeldumisspektri saamiseks kasutatakse pideva kiirgusspektriga valgusallika valgust, pannes uuritava aine valgusallika ja spektraalriista sisenemispilu vahele. Ka neeldumisspektrid võivad olla pidevad või joonspektrid. Neeldumisspekter näitab ainest läbiläinud valguse intensiivsuse jaotust lainepikkuste järgi.
Dispersiooniga seletub ka vikerkaar.
Kõrgemat järku vikerkaared on ka olemas, näiteks laboris on saadud kolmteist vikerkaare järku. Aga looduses pole lootust neid näha, sest nad on väga nõrgad ja mõned (näiteks 3. järku vikerkaar) tekivad päikese ümber, kust on neid võimatu näha heleda päikesevalguse taustal.
|
