|
Yorug’likning yutilishi. Buger qonuni
|
| bet | 4/6 | | Sana | 14.05.2024 | | Hajmi | 1,93 Mb. | | #231695 |
Bog'liq YORUG\'LIKNING YUTILISHI BUGER LAMBERT BER QONUNI. Shunday qilib, ga teng qalinlikdagi qatlam energiya oqimining zichligini 2,72 marta susaytirar ekan. Yutilish koeffitsiyentining son qiymatlari turli moddalar uchun juda keng miqyosda tebranadi. Ko‘rinuvchi yorug‘lik sohasida bir atmosfera bosimdagi havo uchun k taxminan shisha uchun metallar uchun esa k o‘n minglab tartibda bo‘ladi. Barcha moddalarning k yutilish koeffitsiyenti to‘lqin uzunligiga ozmi-ko‘pmi bog‘liq. 5.2-rasmda 0oS va bir atmosfera bosimdagi gaz holatli xlor uchun lgk ning to‘lqin uzunligi l ga bog‘liqligi tasvirlangan. 2-rasm. Xlorning k yutish koeffitsiyenti logarifimining to‘lqin uzunligiga bog‘liqligi Rasmdan ko‘rinishicha, binafsha sohada koeffitsiyent katta bo‘ladi, undan so‘ng - sarik, yashil, sohada keskin pasayib ketadi va qizil sohada yana ko‘tariladi. Tajribada yorug‘likning shaffof erituvchida eritilgan moddada yutilishida, yutilish yorug‘lik nurining eritmadagi yo‘l uzunligi birligiga to‘g‘ri keladigan yutuvchi molekulalar soniga proporsional ekanini ko‘rsatadi. Yo‘l birligiga to‘g‘ri keladigan molekulalar soni eritma konsentratsiyasi S ga proporsional bo‘lgani uchun k yutilish koeffitsiyenti S ga proporsional bo‘ladi, bundan esa deb olish mumkin. Bundagi - eritma konsentratsiyasiga bog‘liq bo‘lmaydigan, faqatgina yutuvchi modda molekulalarining xususiyatlari bilan belgilanuvchi yangi o‘zgarmas koeffitsiyentdir. k ning bu qiymatini (5.4) formulaga qo‘ysak . (5.5) -koeffitsiyent eritma konsentrasiyasiga bog‘liq emas degan tasdiq Beyer qonuni deb ataladi. Bu qonun har bir molekulaning xususiyatini unga qo‘shni molekulalarning mavjudligi o‘zgartirmagandagina bajariladi. Yuqori konsentratsiyali eritmalarda molekulalarning o‘zaro ta’sirlari sezilarli bo‘ladi va unda Beyer qonuni bajarilmay qoladi. Bu qonun bajarilgan hollarda (5.5) munosabat yorug‘likning eritmada yutilish darajasiga qarab eritma konsentratsiyasini aniqlash imkoniyatini beradi. Yuqori konsentratsiyali eritmalarda Beyer qonunidan chetlanish mavjud.
Yorug’lik yutilishi. Yorug’lik yutilish (absordsiya) deb moddadan o’tishda yorug’lik energiyasining yo’qotishiga aytiladi. Bunga sabab – yorug’lik energiyasining moddaning ichki energiyasiga aylanishi. Yutilish natijasida o’tayotgan yorug’likning intensivligi kamayadi.
Buger qonuni va uning qo’llanishi. Moddadan o'tuvchi yorug’lik ntensivligi
I = Iо е-cd
Io - tushuvchi yorug’lik intensivligi, d - qalinlik,
d = 1/c bo'lsa, I = I0/е.
Jismdan o'tayotgan yorug’lik intensivligini e marta kamaytiradigan qatlamning qalinligiga teskari bo'lgan kattalik yutilish koeffitsiyentidir:
c = 1/d
Yutilish koeffitsienti modda xarakteristikasi bo'lib, u to'lqin uzunligi, temperatura kabi faktorlarga bog’liq.
2.2. Vavilov - Cherenkov nurlanishi.
Vavilov – Cherenkov. Gamma nurlar suyuq-
lik orqali o'tganda havorang tusdagi kuchsizgina
nurlanish kuzatiladi (Cherenkov). Gamma
nurlar suyuqlik atomlaridan urib chiqaradigan tez harakatlanuvchi elektronlar bu nurlanishni vujudga keltirishi aniqlandi.
Lekin bu tormozlanish natijasida emas.
Vavilov-Cherenkov nurlanishi ro'y berganda elektron tezligi yorug’likning shu muhitdagi tezligidan katta ekanligi ma'lum bo'ldi:
U = c/n, n > 1, u < c.
Agar c > J > c/n shart bajarilsa, Vavilov- Cherenkov effekti kuzatilishi mumkin.
Masalan: Suvga joylashtirilgan So60 izotopidan tarqalayotgan yuqori energiyali - zarralarning tezligi 0,8 S ga teng. Suvda yorug’likning tarqalish tezligi esa 0,75 S. Shuning uchun suvda Vavilov - Cherenkov effekti o'qi elektronnning harakat yo'nalishi bilan mos tushgan konusning yasovchilari bo'ylab kuzatiladi. Nurlanish burchagi :
соs q = с/n J
Ma'nosi. Zaryadli zarrracha o'tgach, kuchsiz bog’langan elektronlar siljib, dipol avvalgi holatiga qaytganda elektromagnit to'lqin nurlantiradi. Bu to'lqin kogerent bo'lib interferensiyalanadi va yuqoridagi munosabat aniqlaydigan yo'nalishdan boshqa yo'nalishlarda nurlanish so'nadi.
Yoruglik biror muxitga tushsa yutiladi, sochiladi xam yoruglik tushishi natijasida nurlanadi (lyuminessensiya) 1934 yilda Cherenkov lyuminessensiya xodisasini urganish vaktida va nurlari tasirida tinik suyukliklarda lyuminessensiyaga uxshamagan nurlanishni anikladi. Lyuminessensiya xodisasi moddaning ximiyaviy tarkibiga boglik buladi. Cherenkov aniklagan bu nurlanish moddaning ximiyaviy tarkibi va fizikaviy xolatiga boglik emasligi aniklandi.
Bu masalani urganib, akademik Vavilov, Cherenkov aniklagan nurlanish erkin elektronlarning modda orkali xarakatiga boglik degan fikrni berdi. Xisoblashlar shuni kursatdiki, Cherenkov kuzatgan xamma suyukliklarda nurlanish intensivligi juda kam bulishiga karamay, elektronlarning nurlanish tormozlanish intensivligi orkali buladi.
Erkin elektonlarning modda orkali utishidagi bu yangi nurlanishning tabiatini tushuntirish Vavilov-Cherenkov nurlanishi (effekti) deb ataladi.
Nurlanish intensivligining elektronlarning nurlanish tormozlanish intensivligi orkali bulishi
Bu nurlanishning tabiatini 1937 yilda rus fiziklar akademik Tamm va Franklar tula ochib berdilar. Bizga ma’lumki, zaryadli zarracha fakat tezlanish bilan xarakatlangandagina elektromagnit tulkinlari sochiladi. Lekin xech kanday zarracha yoruglik tezligidan katta tezlikda xarakat kila olmaydi ( Bu fikr nisbiylik nazariyasidan kelib chikadi). Tam va Frankka kadar xech kim buni analiz kilmagan edi. Nisbiylik nazariyasiga asosan xar kanday zarracha yoruglikning vakumdagi S tezligidan kichik tezlikda xarakat kiladi ya’ni C1 < C sh.u. vakumda tugri chizikli xarakat kilayotgan zarracha elektromagnit tulkinlari chikarmaydi.Tinik muxitda yoruglikning fazaviy tezligi S dan kichik ya’ni, bu yerda ( n > 1) buladi.
Bu fikrdan zarracha tinik muxitda yoruglik fazaviy tezlikdan katta ya’ni,
C > C1 > tezlikda xarakatlanadi.
Tamm va Franklarning fikricha muxitda yoruglikning fazaviy tezligidan katta tezlikda xarakatlanuvchi zarracha elektromagnit tulkinlari sochadi.
Vavilov-Cherenkov effektida tinik muxitda xarakatlanuvchi zarracha muxitning atom va molekulalarini tebratadi natijada zarrachaning energiyasi va tezligi kamayib boradi va manfiy tezlanishga ega buladi. Tebrangan muxitning zarrachalari elektromagnit tulkinlarini sochadi. Bu yoruglik tulkinlari muxitning xar bir nuktasidan sferik tulkinlar xolda tarkaladi. Vavilov-Cherenkov effektini chizmada xam kurish mumkin
Vavilov-Cherenkov effektida tinik muxitda xarakatlanuvchi zarracha muxitning atom va molekulalarini tebratadi natijada zarrachaning energiyasi va tezligi kamayib boradi va manfiy tezlanishga ega buladi. Tebrangan muxitning zarrachalari elektromagnit tulkinlarini sochadi. Bu yoruglik tulkinlari muxitning xar bir nuktasidan sferik tulkinlar xolda tarkaladi. Vavilov-Cherenkov effektini chizmada xam kurish mumkin
Elektron 1,2,3,4 chizik buylab xarakatlansa bu vaktda xar bir nuktada 11, 21,31 sferik tulkinlar tarkaladi. Elektron S1 > tezlik bilan xarakatlansin.Xar bir keyingi nukta ma’lum kechikish bilan tebranadi, natijada 11, 21,31 sferik tulkin radiuslari kiskaradi. Bu elementar sferik tulkinlarning interferensiyasi uchi 4 nuktada yotuvchi konusni bildiradi. Agar e – elektron 1 sekundda 1-4 yulni utsa tulkin 1-11 yulni utadi. 1-4 va 1-11 bulaklar mos xolda S1 va ga tugri keladi.
U xolda uchburchak 1, 11, 4 dan Cos = , C1 = C yoki, = bu yerda burchak , S1 va orasidagi burchakdir ekanini xisobga olib, Cos = deb yozish mumkin.
Oxirgi tenglik Vavilov-Cherenkov effektini xarakterlaydigan muxim konunni ifodalaydi.
Vavilov-Cherenkov effekti yadro fizikasida yukori energiyali zarralar tezligini aniklashda juda keng kullanilmokda.
Zaryadlangan zarrachalar faqat tezlanish bilan harakat qilsa, elektromagnit maydon hosil qilinadi degan nazariya bor edi. Vavilov rahbarligida Cherenkov lyumenesensiya hodisasini tekshirayetganda agar zaryadli zarra muhitda yorug’lik tezligidan katta (fazoviy tezligi ) tezlik bilan harakat qilsa elektromagnit nurlanish chiqaradi.
Zaryadlangan zarrachalar faqat tezlanish bilan harakat qilsa, elektromagnit maydon hosil qilinadi degan nazariya bor edi. Vavilov rahbarligida Cherenkov lyumenesensiya hodisasini tekshirayetganda agar zaryadli zarra muhitda yorug’lik tezligidan katta (fazoviy tezligi ) tezlik bilan harakat qilsa elektromagnit nurlanish chiqaradi.
Bu nurlanish lyumenesensiya nurlanishi emas Vavilov-Cherenkov effekti, ( >c/n shart bajarilishi kerak) nurlanish nomini oldi (n-muhit sindirish kursatgichi.s-yorug’lik tezligi)
Shaffof muhitdan erkin elektronlar utganidan chaqnashlar ruy beradi. Bu hodisani keyinchalik Тamm, Frank 1937 yilda nazariy tasdiqlaydi. Тarqalish burchagi quyidagicha aniqlanadi.
Nur yunalishi uki va zarra tezligi yunalishi bir xil bo’lib qisqa konus hosil qiladi. Keyinchalik bu nur Cherenkov schetchiqlarida ishlatiladi.
Qutblanish. Тabiiy yorug’lik (elektromagnit to’lqin) tarkibi N va Ye vektordan iborat. Bo’lar perpendikulyar tekislikda tebranadilar. Yorug’lik jismdagi hamma yunalishlarda bir xilda Ye-vektori ko’rinishida tebranadi. Bunday yorug’lik tabiiy yorug’lik deyiladi, (2-rasm a). Yorug’likni ta’siri Ye vektor bilan aniqlanadi.
Qutblanish. Тabiiy yorug’lik (elektromagnit to’lqin) tarkibi N va Ye vektordan iborat. Bo’lar perpendikulyar tekislikda tebranadilar. Yorug’lik jismdagi hamma yunalishlarda bir xilda Ye-vektori ko’rinishida tebranadi. Bunday yorug’lik tabiiy yorug’lik deyiladi, (2-rasm a). Yorug’likni ta’siri Ye vektor bilan aniqlanadi.
Agar Yorug’lik Ye-vektori biror yunalishda tartiblangan bo’lsa, bunday yorug’lik qutblangan yorug’lik deyiladi. Qutblanish darajasi qisman (2,b-rasm), to’la (2,v-rasm) bo’lishi mumkin.
Qutblanish darajasi quyidagi ifoda bilan ko’rsatiladi.
2-rasm
Bunda Imax, Imin - qutblangan nurlanish intensivligi. O’zaro perpendikulyar holatlar uchun.
Bunda Imax, Imin - qutblangan nurlanish intensivligi. O’zaro perpendikulyar holatlar uchun.
Bunda Imax, Imin - qutblangan nurlanish intensivligi. O’zaro perpendikulyar holatlar uchun.
Тabiiy nurlanish uchun Imax=Imin P=O bo’ladi. Ya’ni qutblanish darajasi RO bo’ladi.
Qutblangan nurlanish uchun Imin =O R=1 bo’ladi.
Ba’zi bir shaffof moddalar Yorug’likni Ye-vektorini O’zaro perpendikulyar tekisliklarda tebranishlarni ma’lum yunalishlarda o’tkazadi.
Masalan: (turmalin) kristalini ko’rib chiqamiz.
Cherenkov nurlanish
Cherenkov nurlanish ( / tʃ ə r ɛ n k ɒ f / ; [1] rus : Черенков) bo'lgan elektromagnit nurlanish bir paytda chiqadigan zaryadlangan zarracha (masalan, bir, deb elektronlar ) bir orqali o'tadi dielektrik bir da o'rta tezlikda kattaroqdir o'zgarishlar tezligi ( to'lqinning muhitda tarqalish tezligi) yorug'lik shu muhitda. Maxsus nisbiylik buzilmaydi, chunki nur sindirish ko'rsatkichiga ega materiallarda sekinroq harakat qiladibirdan kattaroq va bu vakuumdagi yorug'likning massasi bo'lgan zarralar tomonidan oshib ketmaydigan (yoki ularga etib boradigan) tezligi. Cherenkov nurlanishining klassik namunasi suv osti yadro reaktorining xarakterli ko'k nuridir . Uning sababi sonik bomning sababiga o'xshaydi, tovushdan tezroq harakatlanish paytida eshitiladigan keskin ovoz. Ushbu hodisa 1958 yilda fizika bo'yicha Nobel mukofotini o'z kashfiyoti bilan baham ko'rgan sovet fizigi Pavel Cherenkov uchun berilgan.
Nurlanish nomidagi qilingan Sovet olimi Pavel Cherenkov , 1958 Nobel mukofoti nazorati ostida eksperimental uni aniqlash uchun birinchi bo'ldi g'olib, Sergey Vavilov da Lebedev instituti Shuning uchun ham sifatida tanilgan 1934 yilda Vavilov-Cherenkov nurlanishi . [2] Cherenkov tajribalar paytida suvdagi radioaktiv preparat atrofida zaif mavimsi nurni ko'rdi. Doktorlik dissertatsiyasi tez-tez ko'rinib turadigan kam energetik ko'rinadigan yorug'lik o'rniga gamma nurlari bilan hayajonlangan uran tuzi eritmalarining lyuminesansiyasiga bag'ishlangan . U anizotropiyani kashf etdi nurlanishidan kelib chiqib, mavimsi porlash lyuminestsent hodisa emas degan xulosaga keldi.
Bu ta'sir A nazariyasi keyinchalik 1937 yilda ishlab chiqilgan [3] doirasida Eynshteyn «s maxsus nisbiylik Cherenkov hamkasblari tomonidan nazariyasi Igor Tamm va Ilya Frank ham 1958 yilgi Nobel mukofoti bilan birgalikda.
Cherenkov nurlanishini konusning to'lqinlar jabhasi sifatida nazariy jihatdan ingliz polimati Oliver Heaviside 1888 va 1889 yillarda nashr etilgan [4] va 1904 yilda Arnold Sommerfeld [5] tomonidan nashr etilgan [5], ammo ikkalasi ham nisbiylik nazariyasining cheklangan supero'tkazishidan keyin tezda unutilgan edi. c 1970 yilgacha zarralar. [ iqtibos kerak ] Mari Kyuri 1910 yilda yuqori konsentratsiyali radiy eritmasida xira ko'k nurni kuzatgan [ ishora kerak ], lekin uning manbasini o'rganmagan. 1926 yilda frantsuz radioterapevti Lucien Mallet ning nurli nurlanishini tasvirlab berdiuzluksiz spektrga ega radiusli nurlantiruvchi suv. [6]
2019-yilda, tadqiqotchilar jamoasi tashqari, uning va Dartmut-Hitchcock "s Norris Cotton Saraton markazida hosil Cherenkov nur kashf shishasimon hazil ostida bemorlarning insultni boshdan . Yorug'lik CDose deb nomlangan kameraning tasvirlash tizimi yordamida kuzatildi, bu biologik tizimlarning yorug'lik chiqindilarini ko'rish uchun maxsus ishlab chiqilgan. [7] [8] O'nlab yillar davomida bemorlar miya saratoniga qarshi nurlanish muolajalarini olayotganda "yorqin yoki ko'k nurning chaqnashi" [9] kabi hodisalar haqida xabar berishgan , ammo bu ta'sirlar tajribada hech qachon kuzatilmagan. [8]
Esa yorug'lik tezligi bir yilda vakuum bir bo'lgan universal doimiy ( c = 299.792.458 m / s ) u o'rta tomonidan sekinlashtirdi kerak idrok qilinadi, deb, bir ma'lumotdan tez, kam sezilarli bo'lishi mumkin. Masalan, suvda u atigi 0,75 s . Yadro reaktsiyalari paytida va zarrachalar tezlatgichlarida materiya bu tezlikdan ( v- da yorug'lik tezligi vakuumda kamroq bo'lsa ham ) tezlashishi mumkin . Cherenkov nurlanishi, zaryadlangan zarracha, odatda elektron , dielektrik orqali harakatlanganda paydo bo'ladi (elektr polarizatsiyalanishi mumkin) tezligi shu muhitdagi yorug'lik tezligidan katta.
Esa yorug'lik tezligi bir yilda vakuum bir bo'lgan universal doimiy ( c = 299.792.458 m / s ) u o'rta tomonidan sekinlashtirdi kerak idrok qilinadi, deb, bir ma'lumotdan tez, kam sezilarli bo'lishi mumkin. Masalan, suvda u atigi 0,75 s . Yadro reaktsiyalari paytida va zarrachalar tezlatgichlarida materiya bu tezlikdan ( v- da yorug'lik tezligi vakuumda kamroq bo'lsa ham ) tezlashishi mumkin . Cherenkov nurlanishi, zaryadlangan zarracha, odatda elektron , dielektrik orqali harakatlanganda paydo bo'ladi (elektr polarizatsiyalanishi mumkin) tezligi shu muhitdagi yorug'lik tezligidan katta.
Ta'sirni intuitiv ravishda quyidagi tarzda ta'riflash mumkin. Klassik fizikadan ma'lumki, zaryadlangan zarralar EM to'lqinlarini chiqaradi va Gyuygens printsipi orqali bu to'lqinlar sharsimon to'lqin frontlarini hosil qiladi , ular shu muhitning fazaviy tezligi bilan tarqaladi (ya'ni shu muhitdagi yorug'lik tezligi{\ displaystyle c / n}c / n, uchun {\ displaystyle n}n, sinish ko'rsatkichi ). Har qanday zaryadlangan zarracha muhitdan o'tib ketganda, muhit zarralari javoban uning atrofida qutblanadi. Zaryadlangan zarracha polarizatsiyalanadigan muhitdagi molekulalarni qo'zg'atadi va avvalgi holatiga qaytganda , molekulalar foton sifatida qo'zg'alishga erishish uchun ularga berilgan energiyani qayta chiqaradi. Ushbu fotonlar harakatlanuvchi zarrachadan kelib chiqqanligini ko'rish mumkin bo'lgan sferik to'lqinlar frontlarini hosil qiladi. Agar{\ displaystyle v_ {p} c / n}{\ displaystyle v_ {p}> c / n}, qutblanish maydoni zarrachaning harakat yo'nalishi bo'yicha assimetrikdir, chunki muhit zarralari o'zlarining "normal" tasodifiy holatlariga qaytish uchun etarli vaqtga ega emaslar. Buning natijasida to'lqin shakllari bir-birini qoplaydi (animatsiyada bo'lgani kabi) va konstruktiv aralashuv xarakterli burchak ostida kuzatilgan konusga o'xshash yorug'lik signaliga olib keladi: Cherenkov nuri.
Umumiy o'xshashlik emas Sonic boom bir süpersonik samolyot . Ovoz samolyot ko'ra sekinroq bo'ladi, va uning o'rniga bir konusning tashkil, samolyot dan oldinga targ'ib mumkin emas tovush tezligi, da samolyot sayohat hosil to'lqin shock old . Xuddi shu tarzda, zaryadlangan zarracha izolyator orqali o'tayotganda ko'rinadigan yorug'likning "zarba to'lqini" ni yaratishi mumkin. O'tish kerak bo'lgan tezlik - bu yorug'likning guruh tezligidan ko'ra yorug'likning fazaviy tezligi . Faza tezligini davriy muhit yordamida keskin o'zgartirish mumkin va bu holda Smit-Pursel effekti deb ataladigan hodisa, zarrachalarning minimal tezligi bo'lmagan holda Cherenkov nurlanishiga erishish mumkin . Fotonik kristal kabi ancha murakkab davriy muhitda, shuningdek, boshqa anomal Cherenkov effektlarini olish mumkin, masalan, orqaga qarab nurlanish (pastga qarang), oddiy Cherenkov nurlanishi zarralar tezligi bilan keskin burchak hosil qiladi. [10] Reed tadqiqot reaktoridagi Cherenkov nurlanishi . Cherkkov nurlanishining nazariy asoslariga bag'ishlangan dastlabki ishlarida Tamm va Frank shunday yozishgan: "Ushbu o'ziga xos nurlanishni tezkor elektronning individual atom bilan o'zaro ta'siri yoki elektronlarning atom yadrolariga nurli tarqalishi kabi keng tarqalgan mexanizm bilan izohlash mumkin emas. Boshqa tomondan, muhitda harakat qilayotgan elektronning tezligi yorug'lik tezligidan katta bo'lishi sharti bilan bir tekis harakatlanayotgan bo'lsa ham, uning nurlanishini hisobga oladigan bo'lsak, bu hodisani sifat jihatidan ham, miqdoriy jihatdan ham tushuntirish mumkin. vosita. ".
|
| |
