İşıq nə ilə ölçülür? Elektromaqnit dalğasının intensivliyi, təzyiqi və impulsu

Bu, çox fərqli ola bilər və vizual olaraq biz işıqlandırma dərəcəsini təyin edə bilmirik, çünki insan gözü müxtəlif işıqlandırma şəraitinə uyğunlaşmaq qabiliyyətinə malikdir. Bu arada, işıqlandırma intensivliyi son dərəcə yüksəkdir əhəmiyyəti müxtəlif fəaliyyət sahələrində. Məsələn, film və ya video çəkiliş prosesini, eləcə də, məsələn, böyüməyi götürə bilərik qapalı bitkilər.

İnsan gözü işığı 380 nm-dən qəbul edir ( bənövşəyi) 780 nm-ə qədər (qırmızı). Ən yaxşısı, bitkilər üçün ən uyğun olmayan dalğa uzunluğu ilə dalğaları qəbul edirik. Parlaq və gözümüzə xoş gələn işıqlandırma, fotosintez üçün vacib olan dalğaları qəbul etməyən istixana bitkiləri üçün uyğun olmaya bilər.

İşığın intensivliyi lüks ilə ölçülür. Parlaq günəşli bir günortadan sonra orta zolaq təxminən 100.000 lüksə çatır, axşamlar 25.000 lüksə düşür. Sıx kölgədə onun dəyəri bu dəyərlərin onda biri qədərdir. daxili intensivlik günəş işığı daha az, çünki işıq ağaclar tərəfindən zəiflədilir və pəncərə şüşələri. Ən parlaq işıqlandırma (yayda cənub pəncərəsində, şüşənin arxasında) ən yaxşı halda 3-5 min lüks, otağın ortasında (pəncərədən 2-3 metr) - cəmi 500 lüksdür. Bu, bitkilərin yaşaması üçün lazım olan minimum işıqdır. Normal böyümə üçün, hətta iddiasız olanlar da ən azı 800 lüks tələb edir.

Gözlə işığın intensivliyini təyin edə bilmirik. Bunun üçün adı lüksmetr olan bir cihaz var. Onu alarkən, onunla ölçülən dalğa diapazonunu dəqiqləşdirmək lazımdır, çünki. Cihazın imkanları insan gözünün imkanlarından daha geniş olsa da, hələ də məhduddur.

İşığın intensivliyi kamera və ya fotometr ilə də ölçülə bilər. Düzdür, alınan vahidləri suitlərə yenidən hesablamalı olacaqsınız. Ölçmə aparmaq üçün ölçmə yerinə qoymaq lazımdır Ağ siyahı kağıza çəkin və həssaslığı 100-ə, diyaframı 4-ə təyin edilmiş kameranı ona yönəldin. Çekim sürətini təyin etdikdən sonra onun məxrəci 10-a vurulmalıdır, nəticədə alınan dəyər təxminən lüksdə işıqlandırmaya uyğun olacaq. Məsələn, 1/60 saniyə çekim sürəti ilə. təxminən 600 lüks işıqlandırma.

Əgər çiçək yetişdirməyi və onlara qulluq etməyi sevirsinizsə, təbii ki, normal fotosintez üçün bitkilər üçün işıq enerjisinin həyati əhəmiyyət daşıdığını bilirsiniz. İşıq çiçəyin böyümə sürətinə, istiqamətinə, inkişafına, yarpaqlarının ölçüsünə və formasına təsir göstərir. İşıq intensivliyinin azalması ilə bitkilərdəki bütün proseslər mütənasib olaraq yavaşlayır. Onun miqdarı işıq mənbəyinin nə qədər uzaqlığından, pəncərənin baxdığı üfüqün tərəfində, kölgəlik dərəcəsindən asılıdır. küçə ağacları, pərdələrin və ya jalüzlərin mövcudluğundan. Otaq nə qədər parlaq olsa, bitkilər bir o qədər fəal böyüyür və suya, istilik və gübrəyə daha çox ehtiyac duyurlar. Bitkilər kölgədə böyüyərsə, daha az qulluq tələb edir.

Film və ya televiziya şousu çəkərkən işıqlandırma çox vacibdir. Xüsusi lampaların köməyi ilə televiziya studiyasında əldə edilən təxminən 1000 lüks işıqlandırma ilə yüksək keyfiyyətli çəkiliş mümkündür. Ancaq məqbul görüntü keyfiyyəti daha az işıqlandırma ilə əldə edilə bilər.

Çəkilişdən əvvəl və çəkiliş zamanı studiyada işıqlandırmanın intensivliyi ekspozisiya metrləri və ya video kameraya qoşulmuş yüksək keyfiyyətli rəngli monitorlardan istifadə etməklə ölçülür. Çəkilişdən əvvəl, görüntülərə baxarkən mənfi hadisələrin qarşısını almaq üçün onun qaranlıq və ya həddindən artıq işıqlı sahələrini müəyyən etmək üçün ekspozisiya metrini bütün dəst ətrafında gəzmək yaxşıdır. Bundan əlavə, işıqlandırmanı düzgün tənzimləməklə siz çəkilən səhnənin əlavə ifadəliliyinə və istədiyiniz rejissor effektlərinə nail ola bilərsiniz.

Sahəsi olan elementar bir sahəni nəzərdən keçirək, radiasiya ilə dolu bir məkanda yerləşir müxtəlif mənbələr. Saytın kosmosda oriyentasiyasını onun səthinə normal vektoru ilə xarakterizə edəcəyik.

Əhəmiyyətli əmlak intensivlik: bu dəyər mənbənin radiasiya xassələrini xarakterizə edir və elementar sahənin ondan nə qədər uzaqda yerləşməsindən asılı deyil. Gəlin platformanı bir qədər uzaqlaşdıraq. Doğrudan da, məsafə artdıqca r mənbədən əvvəl ərazidən keçən radiasiyanın gücü kimi azalır r2, lakin mənbənin göründüyü bərk bucaq da eyni qanuna uyğun olaraq düşür. Elementar sahə müşahidəçi ilə birləşdirilə bilər və ya mənbənin səthində təmsil oluna bilər. İntensivlik eyni olacaq.

Tərif. Radiasiya intensivliyi vahid bərk bucaqda seçilmiş istiqamətə perpendikulyar yerləşən vahid bölmənin sahəsindən keçən işıq enerjisinin gücüdür (vahid vaxtda radiasiya axını).

Kandela– (CANDLE INTERNATIONAL 1970-ci ilə qədər) emissiya edən belə bir nöqtə mənbəyinin işıq intensivliyinə bərabər intensivlik vahidi (işıq intensivliyi) vahid bərk bucaq daxilində bir lümenin işıq axını (steradian), yəni 1cd \u003d 1lm / sr

Parlaq enerjinin intensivliyi ölçüyə malikdir - w/sr, erg/s*sr

Saytın kosmosda oriyentasiyasını da nəzərə almaq lazımdır. Ümumiyyətlə, əgər normal və seçilmiş istiqamət arasındakı bucaq q, sonra

burada = bərk bucağın elementidir.

Mənbənin göründüyü möhkəm bucaq bərabərliklə ifadə edilir:

burada S - r radiuslu bir sferada konus ilə kəsilmiş sahədir. Bərk bucaq 1 olduqda.

Bu dəyər deyilir steradian. Bütün fəzanın 4p-ə bərabər möhkəm bucağı var.

Bu cür, mənbə intensivliyi steradiana bərabər möhkəm bucaq daxilində radiasiya axınıdır.

Tərif. Mənbənin intensivliyi kosmosdakı istiqamətdən asılı deyilsə, onun izotrop şüalanması deyilir.

(2.1)-dən vahid sahədən keçən şüalanmanın gücünü əldə etmək olar. Bunu etmək üçün, biz möhkəm bucaq üzərində intensivliyi inteqrasiya edirik.

İzotrop şüalanma sahəsi üçün ərazidən keçən ümumi axını = 0 düsturu ilə alırıq. İzotrop şüalanan sonsuz sahə üçün yarımkürə üzərində inteqrasiya axını verir.

İşıqlandırma.

Müşahidə yerindəki mənbədən axını nəzərdən keçirin. Absorbsiya olmadıqda, mənbənin göründüyü bərk bucağın azalması səbəbindən axın məsafə ilə azalır. Buna görə də axını mənbənin yaratdığı müşahidə nöqtəsində işıqlandırma kimi qəbul etmək olar.

Tərif. İşıqlandırma E vahid sahəyə düşən işıq axınıdır.

(2.2) nəzərə alınmaqla əldə edirik:

Konusu bağlayan platforma normala q bucaq altında yerləşirsə, onda ümumi görünüş sahənin işıqlandırılması üçün ifadəni aşağıdakı formada yaza bilərik:

Lüks işıqlandırma vahidi kimi qəbul edilir - 1 lümenə bərabər bir axın 1m2 sahədən keçdikdə. 1lx \u003d 1lm / m 2

Enerji vahidlərində işıqlandırma - W / sm 2, erg / san * sm 2

Nöqtə mənbəyindən teleskop yalnız radiasiya axınını qeyd edə bilər, intensivliyi yox. Radiuslu bir ulduzdan gələn radiasiyanı nəzərdən keçirək R r məsafəsində yerləşən sferik simmetrik izotrop mənbə kimi təmsil oluna bilən . Ulduzdan birbaşa ölçülən axın belə olacaq:

burada qəbuledicinin (teleskop) nöqtəsindəki intensivlik və = ulduzun göründüyü bərk bucaqdır. İzotrop intensivliyə görə ulduzdan vahid səthə düşən axın sadəcə =-dir. Absorbsiya olmadıqda = . Beləliklə, ölçülmüş kəmiyyət üçün tapırıq:

= (2.7)

olduğundan, o zaman birbaşa ölçülən qiymətdən intensivliyə keçid yalnız mənbənin bucaq diametri R/r məlum olduqda, yəni nöqtə kimi qəbul edilmədikdə mümkündür.

1. -dən işıq dalğalarının əlavə edilməsi təbii mənbələr Sveta.

2. Əlaqəli mənbələr. İşıq müdaxiləsi.

3. Təbii işığın bir nöqtəli mənbəyindən iki koherent mənbənin alınması.

4. İnterferometrlər, müdaxilə mikroskopu.

5. Nazik filmlərə müdaxilə. Optikanın işıqlandırılması.

6. Əsas anlayışlar və düsturlar.

7. Tapşırıqlar.

İşıq təbiətdə elektromaqnitdir və işığın yayılması elektromaqnit dalğalarının yayılmasıdır. İşığın yayılması zamanı müşahidə olunan bütün optik effektlər intensivlik vektorunda salınan dəyişikliklə əlaqələndirilir. elektrik sahəsi E adlanan işıq vektoru. Kosmosun hər bir nöqtəsi üçün işığın intensivliyi I bu nöqtəyə gələn dalğanın işıq vektorunun amplitudasının kvadratına mütənasibdir: I ~ E m 2 .

20.1. Təbii işıq mənbələrindən işıq dalğalarının əlavə edilməsi

Nə zaman baş verdiyini öyrənək iki Eyni tezliklərə və paralel işıq vektorlarına malik işıq dalğaları:

Bu halda işığın intensivliyi ifadəsi alınır

(20.1) və (20.2) düsturları əldə edərkən biz E 1 və E 2 vibrasiyalarını yaradan işıq mənbələrinin fiziki təbiəti məsələsini nəzərdən keçirmədik. Müasir konsepsiyalara görə, ayrı-ayrı molekullar elementar işıq mənbələridir. Bir molekulun işığın emissiyası bir enerji səviyyəsindən digərinə keçdikdə baş verir. Belə şüalanmanın müddəti çox qısadır (~10 -8 s), şüalanma anı isə təsadüfi hadisədir. Bu zaman uzunluğu təqribən 3 m olan zamanla məhdudlaşan elektromaqnit impuls əmələ gəlir.Belə bir impuls deyilir. qatar.

Təbii işıq mənbələri qızdırılan cisimlərdir yüksək temperatur. Belə bir mənbənin işığı müxtəlif vaxtlarda müxtəlif molekullar tərəfindən yayılan çoxlu sayda qatar toplusudur. Buna görə də (20.1) və (20.2) düsturlarında cosΔφ-nin orta qiyməti alınır. sıfır, və bu düsturlar aşağıdakı formanı alır:

Kosmosun hər bir nöqtəsində təbii işıq mənbələrinin intensivliyi artır.

İşığın dalğa təbiəti bu halda özünü göstərmir.

20.2. əlaqəli mənbələr. İşıq müdaxiləsi

Əgər müəyyən bir nöqtəyə gələn bütün qatarlar üçün faza fərqi varsa, işıq dalğalarının əlavə edilməsinin nəticəsi fərqli olacaq. sabit dəyər. Bu, ardıcıl işıq mənbələrinin istifadəsini tələb edir.

ardıcıl kosmosda müəyyən bir nöqtəyə gələn dalğalar üçün faza fərqinin sabitliyini təmin edən eyni tezlikli işıq mənbələri adlanır.

Koherent mənbələrdən yayılan işıq dalğalarına da deyilir koherent dalğalar.

düyü. 20.1. Koherent dalğaların əlavə edilməsi

S 1 və S 2 mənbələri tərəfindən buraxılan iki koherent dalğanın əlavə edilməsini nəzərdən keçirək (şək. 20.1). Bu dalğaların cəmi hesab edilən nöqtəni mənbələrdən məsafələrə görə çıxarsınlar s 1 Və s2 müvafiq olaraq və dalğaların yayıldığı mühit müxtəlif sındırma göstəricilərinə malikdir n 1 və n 2 .

Dalğanın keçdiyi yolun uzunluğu ilə mühitin sınma indeksinin hasilinə (s * n) deyilir. optik yolun uzunluğu. Fərqin mütləq dəyəri optik uzunluqlarçağırdı optik yol fərqi:

Görürük ki, koherent dalğalar əlavə edilərkən fəzanın müəyyən nöqtəsində fazalar fərqinin böyüklüyü sabit qalır və optik yol fərqi və dalğa uzunluğu ilə müəyyən edilir. Şərtlərin olduğu nöqtələrdə

cosΔφ = 1 və yaranan dalğanın intensivliyi üçün düstur (20.2) formasını alır.

Bu halda, intensivlik mümkün olan maksimum dəyəri alır.

Şərtlərin olduğu nöqtələr üçün

Beləliklə, koherent dalğaların əlavə edilməsi zamanı enerjinin məkanda yenidən bölüşdürülməsi baş verir - bəzi nöqtələrdə dalğanın enerjisi artır, digərlərində isə azalır. Bu fenomen deyilir müdaxilə.

İşıq müdaxiləsi - koherent işıq dalğalarının əlavə edilməsi, bunun nəticəsində enerjinin məkanda yenidən bölüşdürülməsi baş verir, onların gücləndirilməsi və ya zəifləməsinin sabit nümunəsinin formalaşmasına səbəb olur.

Bərabərliklər (20.6) və (20.7) maksimum və minimum müdaxilə şərtləridir. Onları yol fərqi baxımından yazmaq daha rahatdır.

Maksimum intensivlik müdaxilə optik yol fərqi dalğa uzunluqlarının tam sayına bərabər olduqda müşahidə olunur (hətta yarım dalğaların sayı).

Tam k ədədinə müdaxilə maksimumunun sırası deyilir.

Eynilə, minimum şərt əldə edilir:

Minimum intensivlik müdaxilə zamanı optik yol fərqi bərabər olduqda müşahidə edilir qəribə yarım dalğaların sayı.

Dalğa müdaxiləsi dalğa intensivliyi yaxın olduqda xüsusilə nəzərə çarpır. Bu halda, maksimum bölgədə intensivlik hər dalğanın intensivliyindən dörd dəfə böyükdür, minimum bölgədə isə intensivlik demək olar ki, sıfırdır. Qaranlıq boşluqlarla ayrılmış parlaq işıq zolaqlarından müdaxilə nümunəsi əldə edilir.

20.3. Təbii işığın bir nöqtəli mənbəyindən iki ardıcıl mənbənin əldə edilməsi

Lazerin ixtirasından əvvəl işıq dalğasını bir-birinə müdaxilə edən iki şüaya bölmək yolu ilə koherent işıq mənbələri yaradılırdı. Belə iki üsulu nəzərdən keçirək.

Gənc üsulu(Şəkil 20.2). S nöqtə mənbəyindən gələn dalğanın yoluna iki kiçik deşikli qeyri-şəffaf bir maneə qoyulur. Bu dəliklər S 1 və S 2 koherent qaynaqlarıdır. S 1 və S 2-dən çıxan ikincili dalğalar eyni dalğa cəbhəsinə aid olduqları üçün koherentdirlər. Bu işıq şüalarının üst-üstə düşmə sahəsində müdaxilə müşahidə olunur.

düyü. 20.2. Young üsulu ilə koherent dalğaların alınması

Adətən qeyri-şəffaf bir maneədəki deliklər iki dar paralel yuva şəklində hazırlanır. Sonra ekranda müdaxilə nümunəsi qaranlıq boşluqlarla ayrılmış işıq zolaqları sistemidir (şək. 20.3). İşıq çubuğuna uyğundur

düyü. 20.3. Young metoduna uyğun müdaxilə nümunəsi, k spektrin sırasıdır

sıfır dərəcəli maksimum ekranın mərkəzində elə yerləşdirilir ki, yuvalara olan məsafələr eyni olsun. Onun sağında və solunda birinci dərəcəli maksimumlar və s. Yarıqlar monoxromatik işıqla işıqlandırıldıqda yüngül zolaqlar uyğun rəngə malikdir. Ağ işıqdan istifadə edərkən, maksimum sıfır sifariş Bu var Ağ rəng, və qalan maksimumlar var iridescent boyayıcı, çünki eyni sifariş maksimum müxtəlif uzunluqlar müxtəlif yerlərdə dalğalar əmələ gəlir.

Lloydun güzgüsü(Şəkil 20.4). Nöqtə mənbəyi S düz güzgü səthindən kiçik bir məsafədə yerləşir M. Birbaşa və əks olunan şüalar müdaxilə edir. Koherent mənbələr əsas mənbə S və onun güzgüdəki xəyali görüntüsü S 1 dir. Birbaşa və əks olunan şüaların üst-üstə düşmə bölgəsində müdaxilə müşahidə olunur.

düyü. 20.4. Lloyd güzgüsündən istifadə edərək koherent dalğaların alınması

20.4. İnterferometrlər, müdaxilə

mikroskop

Fəaliyyət işıq müdaxiləsinin istifadəsinə əsaslanır interferometrlər.İnterferometrlər şəffaf mühitin sındırma göstəricilərini ölçmək üçün nəzərdə tutulmuşdur; optik hissələrin səthlərinin formasına, mikrorelyefinə və deformasiyasına nəzarət etmək; qazlarda çirkləri aşkar etmək üçün (sanitariya təcrübəsində otaqlarda və şaxtalarda havanın təmizliyinə nəzarət etmək üçün istifadə olunur). Şəkil 20.5-də qazların və mayelərin sındırma göstəricilərini ölçmək, həmçinin havada çirklərin konsentrasiyasını təyin etmək üçün nəzərdə tutulmuş Jamin interferometrinin sadələşdirilmiş sxemi verilmişdir.

Ağ işığın şüaları iki dəlikdən keçir (Yanq üsulu), sonra isə biri məlum olan müxtəlif sındırma göstəricilərinə malik maddələrlə doldurulmuş iki eyni K 1 və K 2 kyuvetlərdən keçir. Əgər qırılma göstəriciləri eyni idisə, deməli Ağ sıfır səviyyəli müdaxilə maksimumu ekranın mərkəzində yerləşəcəkdir. Kırılma göstəricilərindəki fərq kyuvetlərdən keçərkən optik yol fərqinin yaranmasına səbəb olur. Nəticədə, sıfırıncı sıranın maksimumu (bu, akromatik adlanır) ekranın mərkəzinə nisbətən sürüşür. İkinci (naməlum) sındırma göstəricisi yerdəyişmə dəyərindən müəyyən edilir. Kırılma göstəriciləri arasındakı fərqi təyin etmək üçün törəmə olmadan bir düstur veririk:

burada k akromatik maksimumun dəyişdiyi zolaqların sayıdır; l- kyuvet uzunluğu.

düyü. 20.5.İnterferometrdə şüa yolu:

S - monoxromatik işıqla işıqlandırılan mənbə, dar yarıq; L mənbənin fokusda olduğu obyektivdir; K - eyni uzunluqlu küvetlər l; D - iki yarıqlı diafraqma; Elektron ekran

Jamin interferometrindən istifadə edərək, qırılma göstəricilərinin altıncı onluq yerlərinə qədər fərqini müəyyən etmək mümkündür. Bu yüksək dəqiqlik hətta kiçik hava çirkliliyini də aşkar etməyə imkan verir.

müdaxilə mikroskopu optik mikroskop və interferometrin birləşməsidir (şək. 20.6).

düyü. 20.6. Müdaxilə mikroskopunda şüaların yolu:

M - şəffaf obyekt; D - diafraqma; O - mikroskop üçün göz qapağı

müdaxilə edən şüaların müşahidələri; d - obyektin qalınlığı

M cismin və mühitin sındırma göstəricilərindəki fərqə görə şüalar yol fərqi əldə edir. Nəticədə obyektlə ətraf mühit arasında (monoxromatik işıqda) işıq kontrastı yaranır və ya obyekt rənglənir (ağ işıqda).

Bu cihaz quru maddənin konsentrasiyasını, ötürülən işıqda kontrast olmayan şəffaf rəngsiz mikro obyektlərin ölçüsünü ölçmək üçün istifadə olunur.

Yol fərqi obyektin qalınlığı d ilə müəyyən edilir. Optik yol fərqi dalğa uzunluğunun yüzdə bir dəqiqliyi ilə ölçülə bilər ki, bu da canlı hüceyrənin strukturunu kəmiyyətcə öyrənməyə imkan verir.

20.5. Nazik filmlərə müdaxilə. Optikanın maarifləndirilməsi

Məlumdur ki, suyun səthində və ya sabun köpüyü səthində olan benzin ləkələri iridescent rəngə malikdir. İynəcələrin şəffaf qanadları da parlaq rənglərə malikdir. Rəngin görünüşü əks olunan işıq şüalarının müdaxiləsi ilə əlaqədardır

düyü. 20.7.Şüaların nazik bir filmdə əks olunması

nazik filmin ön və arxa tərəflərindən. Bu fenomeni daha ətraflı nəzərdən keçirək (Şəkil 20.7).

Monoxromatik işığın 1-ci şüası havadan sabun plyonkasının ön səthinə müəyyən α bucaq altında düşsün. Düşmə nöqtəsində işığın əks olunması və sınması hadisələri müşahidə olunur. Yansıtılan şüa 2 havaya qayıdır. Sınılan şüa filmin arxa səthindən əks olunur və ön səthdə sınaraq 2-ci şüaya paralel olaraq havaya (şüa 3) çıxır.

Gəlir optik sistem gözlər, 2 və 3-cü şüalar onların müdaxiləsinin baş verdiyi retinada kəsişir. Hesablamalar göstərir ki, bir sabun filmi üçün hava mühiti, 2 və 3-cü şüalar arasındakı yol fərqi düsturla hesablanır

Fərq, işığın optikdən əks olunması ilə əlaqədardır daha sıx mühitdə onun fazası π ilə dəyişir, bu da şüa 2-nin optik yolunun uzunluğunun λ/2 dəyişməsinə bərabərdir. Daha az sıx mühitdən əks olunduqda, faza dəyişikliyi baş vermir. Suyun səthindəki bir benzin filmində daha sıx bir mühitdən əks olunma baş verir iki dəfə. Buna görə də, hər iki müdaxilə edən şüada əlavə λ/2 görünür. Yol fərqi aşkar edildikdə, o, məhv edilir.

Maksimumşərti təmin edən baxış bucaqları (α) üçün müdaxilə nümunəsi alınır

Monoxromatik işıqla işıqlandırılan bir filmə baxsaq, qaranlıq boşluqlarla ayrılmış uyğun rəngli bir neçə zolaq görərdik. Film ağ işıqla işıqlandırıldıqda biz müxtəlif rəngli müdaxilə maksimumlarını görürük. Beləliklə, film iridescent rəng əldə edir.

İncə filmlərdə müdaxilə fenomeni optik sistemlər tərəfindən əks olunan işıq enerjisinin nisbətini azaldan və artıran (enerjinin saxlanması qanununa görə) optik cihazlarda istifadə olunur, buna görə də qeyd sistemlərinə verilən enerji - foto lövhə, bir göz.

Optikanın işıqlandırılması.İşıq müdaxiləsi fenomeni müasir texnologiyada geniş istifadə olunur. Belə tətbiqlərdən biri də optikanın “maariflənməsi”dir. Müasir optik sistemlər çoxlu sayda əks etdirən səthlərə malik çox obyektivli obyektivlərdən istifadə edir. Yansıma nəticəsində işıq itkisi kamera obyektivində 25%-ə, mikroskopda isə 50%-ə çata bilər. Bundan əlavə, çoxsaylı əkslər təsvirin keyfiyyətini pisləşdirir, məsələn, onun kontrastını azaldan fon görünür.

Yansıtılan işığın intensivliyini azaltmaq üçün lens qalınlığı içindəki işığın dalğa uzunluğunun 1/4-ə bərabər olan şəffaf bir filmlə örtülmüşdür:

burada λ P - filmdəki işıq dalğasının uzunluğu; λ vakuumda işığın dalğa uzunluğu; n plyonka maddəsinin sındırma göstəricisidir.

Adətən onlar istifadə olunan işığın spektrinin ortasına uyğun gələn dalğa uzunluğu ilə idarə olunurlar. Film materialı elə seçilir ki, onun sındırma göstəricisi linza şüşəsindən az olsun. Bu halda yol fərqini hesablamaq üçün (20.11) düsturundan istifadə edilir.

İşığın əsas hissəsi kiçik açılarda lensə düşür. Buna görə də biz sin 2 α ≈ 0 qoya bilərik. Onda (20.11) düsturu aşağıdakı formanı alır:

Beləliklə, ön tərəfdən əks olunan şüalar və arxa səthlər filmlərdir fazadan kənar və müdaxilə zamanı bir-birini demək olar ki, tamamilə ləğv edir. Bu, spektrin orta hissəsində baş verir. Digər dalğa uzunluqları üçün əks olunan şüanın intensivliyi də az dərəcədə olsa da, azalır.

20.6. Əsas anlayışlar və düsturlar

Cədvəlin sonu

20.7. Tapşırıqlar

1. Atomun emissiyasının t vaxtı ərzində əmələ gələn dalğalar qatarının fəza ölçüsü L nə qədərdir?

Həll

L \u003d c * t \u003d 3x10 8 m / cx10 -8 s \u003d 3 m. Cavab: 3m.

2. İki koherent işıq mənbəyindən gələn dalğa yolları arasındakı fərq 0,2 λ-dir. Tapın: a) bu halda faza fərqi nədir, b) müdaxilənin nəticəsi nədir.

3. Ekranın hansısa nöqtəsində iki koherent işıq mənbəyindən gələn dalğaların yolundakı fərq δ = 4,36 μm-dir. Dalğa uzunluğu λ olarsa, müdaxilənin nəticəsi nədir: a) 670; b) 438; c) 536 nm?

Cavab: a) minimum b) maksimum; c) maksimum və minimum arasında ara nöqtə.

4. Sabun filmi (n = 1.36) 45 ° bir açı ilə ağ işığa məruz qalır. Hansı minimum plenka qalınlığında h sarımtıl rəng əldə edəcək? (λ = 600 nm) əks olunan işıqda baxdıqda?

5. Qalınlığı h = 0,3 μm olan sabun filmi səthinə perpendikulyar düşən ağ işıqla işıqlandırılır (α = 0). Film əks olunan işıqda baxılır. Kırılma indeksi sabun məhlulu n = 1,33-ə bərabərdir. Film hansı rəngdə olacaq?

6. İnterferometr monoxromatik işıqla işıqlandırılır λ = 589 nm. Küvet uzunluğu l= 10 sm.Bir hüceyrədəki hava ammonyakla əvəz edildikdə, akromatik maksimum k = 17 zolaqla dəyişdi. Havanın sınma əmsalı n 1 = 1,000277. Ammonyakın sınma əmsalını təyin edin n 1.

n 2 = n 1 + kλ/ l = 1,000277 + 17*589*10 -7 /10 = 1,000377.

Cavab: n 1 = 1,000377.

7. İncə filmlər optikləri parlaqlaşdırmaq üçün istifadə olunur. Dalğa uzunluğu λ = 550 nm olan işığı əks etdirmədən ötürmək üçün plyonka nə qədər qalın olmalıdır? Filmin sınma əmsalı n = 1,22-dir.

Cavab: h = λ/4n = 113 nm.

8. Nə var görünüş maariflənmiş optikanı fərqləndirirsiniz? Cavab: Bütün uzunluqların işığını eyni anda söndürmək mümkün olmadığı üçün

dalğalar, sonra onlar spektrin ortasına uyğun gələn işığın sönməsinə nail olurlar. Optika bənövşəyi olur.

9. Şüşə üzərində çökdürülmüş optik qalınlığı λ/4 olan örtük, örtük maddəsinin sındırma göstəricisi olduqda hansı rol oynayır daha çoxşüşənin sınma əmsalı?

Həll

Bu halda, yarım dalğa yalnız film-hava interfeysində itirilir. Buna görə də yol fərqi λ/2 əvəzinə λ olur. Bu vəziyyətdə əks olunan dalğalar intensivləşdirmək bir-birini söndürməkdənsə.

Cavab:örtük əks etdirir.

10. α = 45° bucaq altında nazik şəffaf lövhəyə düşən işıq şüaları əks olunduqda onu rəngləndirir. yaşıl rəng. Şüaların düşmə bucağı dəyişdikdə lövhənin rəngi necə dəyişəcək?

α = 45°-də müdaxilə şərtləri yaşıl şüalar üçün maksimuma uyğun gəlir. Bucaq artdıqca sol tərəf azalır. Buna görə də sağ tərəf də azalmalıdır ki, bu da λ artımına uyğundur.

Bucaq azaldıqca λ azalacaq.

Cavab: bucaq artdıqca, boşqabın rəngi tədricən qırmızıya doğru dəyişəcək. Bucaq azaldıqca, boşqabın rəngi tədricən bənövşəyi rəngə doğru dəyişəcək.

Beləliklə, həndəsi optikada işıq dalğası şüalar şüası kimi qəbul edilə bilər. Şüalar isə hər bir nöqtədə yalnız işığın yayılma istiqamətini müəyyən edir; kosmosda işıq intensivliyinin paylanması ilə bağlı sual qalır.

Nəzərdən keçirilən şüanın dalğa səthlərindən birində sonsuz kiçik elementi ayıraq. Diferensial həndəsədən məlumdur ki, hər bir səthin hər bir nöqtəsində iki, ümumiyyətlə desək, müxtəlif əsas əyrilik radiusu var.

Dalğa səthinin verilmiş elementinə çəkilmiş əsas əyrilik dairələrinin elementləri (şək. 7) olsun. Sonra a və c nöqtələrindən keçən şüalar bir-birinə uyğun əyrilik mərkəzində, b və d nöqtələrindən keçən şüalar isə başqa əyrilik mərkəzində kəsişəcək.

Açılışın verilmiş bucaqlarında, seqmentlərin uzunluğundan çıxan şüalar müvafiq əyrilik radiuslarına mütənasibdir (yəni uzunluqlar və); səth elementinin sahəsi uzunluqların hasilinə mütənasibdir, yəni mütənasibdir.Başqa sözlə, dalğa səthinin müəyyən sayda şüalarla məhdudlaşan elementini nəzərə alsaq, onda onlar boyunca hərəkət edərkən, bu elementin sahəsi mütənasib olaraq dəyişəcək.

Digər tərəfdən, intensivlik, yəni enerji axınının sıxlığı müəyyən miqdarda işıq enerjisinin keçdiyi səth sahəsi ilə tərs mütənasibdir. Beləliklə, intensivliyin olduğu qənaətinə gəlirik

Bu formul başa düşülməlidir aşağıdakı şəkildə. Hər bir verilmiş şüada (şəkil 7-də AB) bu şüanı kəsən bütün dalğa səthlərinin əyrilik mərkəzləri olan müəyyən nöqtələr və . Dalğa səthinin şüa ilə kəsişməsinin O nöqtəsindən nöqtələrə qədər olan u məsafələri dalğa səthinin O nöqtəsindəki əyrilik radiuslarıdır. Beləliklə, (54.1) düsturu a üzərində O nöqtəsində işığın intensivliyini təyin edir. verilmiş şüa bu şüanın müəyyən nöqtələrinə olan məsafələrdən asılı olaraq. Bu formulun intensivlikləri müqayisə etmək üçün uyğun olmadığını vurğulayırıq fərqli nöqtələr eyni dalğa səthi.

İntensivlik sahə modulunun kvadratı ilə müəyyən edildiyi üçün sahənin özünü şüa boyunca dəyişdirmək üçün yaza bilərik:

burada faza amilində R hər ikisi kimi başa düşülə bilər və kəmiyyətlər bir-birindən yalnız sabit (müəyyən bir şüa üçün) əmsalı ilə fərqlənir, çünki fərq, hər iki əyrilik mərkəzi arasındakı məsafə sabitdir.

Dalğa səthinin hər iki əyrilik radiusu üst-üstə düşürsə, (54.1) və (54.2) formaya malikdir.

Bu, xüsusilə, işıq nöqtə mənbəyindən yayıldıqda həmişə belə olur (dalğa səthləri daha sonra konsentrik kürələrdir və R işıq mənbəyinə olan məsafədir).

(54.1)-dən görürük ki, intensivlik nöqtələrdə, yəni dalğa səthlərinin əyrilik mərkəzlərində sonsuz olur. Bunu şüadakı bütün şüalara tətbiq edərək, müəyyən bir şüada işığın intensivliyinin sonsuzluğa, ümumiyyətlə desək, iki səthdə - dalğa səthlərinin bütün əyrilik mərkəzlərinin lokusunda olduğunu görürük. Bu səthlərə kaustiklər deyilir. Sferik dalğa səthləri olan bir şüa şüasının xüsusi vəziyyətində, hər iki kaustik bir nöqtədə birləşir (fokus).

Qeyd edək ki, diferensial həndəsədən məlum olan səthlər ailəsinin əyrilik mərkəzlərinin lokusunun xüsusiyyətlərinə görə şüalar kaustiklərə toxunur.

Nəzərə almaq lazımdır ki, (qabarıq dalğa səthləri üçün) dalğa səthlərinin əyrilik mərkəzləri şüaların özlərində deyil, onların çıxdığı optik sistemdən kənar uzantılarında ola bilər. Belə hallarda xəyali kaustiklərdən (və ya xəyali fokuslardan) danışılır. Bu halda işığın intensivliyi heç bir yerə sonsuzluğa getmir.

İntensivliyin sonsuza qədər intensivləşməsinə gəlincə, əslində, təbii ki, kaustik nöqtələrində intensivlik böyük olur, lakin sonlu olaraq qalır (59-cu bənddəki problemə baxın). Sonsuzluğa formal çevrilmə o deməkdir ki, həndəsi optikanın yaxınlaşması, hər halda, kaustikanın yaxınlığında tətbiq olunmaz hala gəlir. Eyni halla əlaqədardır ki, şüa boyunca faza dəyişikliyi (54.2) düsturla yalnız şüanın kaustiklərlə təmas nöqtələri daxil olmayan hissələrində müəyyən edilə bilər. Aşağıda (§ 59-da) göstəriləcək ki, əslində, kaustikdən keçən zaman sahənin fazası azalır. Bu o deməkdir ki, şüanın birinci kaustikə toxunmamış hissəsində sahə amillə - şüa boyunca koordinatla mütənasibdirsə, o zaman kaustikdən keçdikdən sonra sahə mütənasib olacaq.Eyni şey yaxınlığında da olacaq. ikinci kaustikin təmas nöqtəsi və bu nöqtədən kənarda sahə mütənasib olacaqdır

İndi sürətlənmə zamanı yükün buraxdığı ümumi enerjini hesablayaq. Ümumilik üçün, hərəkətin qeyri-relativistik olduğunu fərz etsək, ixtiyari sürətlənmə halını götürək. Sürətlənmə istiqamətləndirildikdə, deyək ki, şaquli olaraq, elektrik sahəsişüalanma yükün hasilinə və gecikmiş sürətlənmənin proyeksiyasına bərabərdir, məsafəyə bölünür. Beləliklə, hər hansı bir nöqtədə elektrik sahəsini bilirik və buradan üçün vahid sahəsindən keçən enerjini bilirik.

Dəyər tez-tez radio dalğalarının yayılması üçün düsturlarda tapılır. Onun qarşılıqlılığı vakuum empedansı (və ya vakuum müqaviməti) adlandırıla bilər; bərabərdir . Beləliklə, güc (vatt başına kvadrat metr) sahənin 377-yə bölünən orta kvadratıdır.

Elektrik sahəsi üçün (29.1) düsturundan istifadə edərək əldə edirik

, (32.2)

güc haradadır, bucaq altında yayılır. Artıq qeyd edildiyi kimi, məsafə ilə tərs mütənasibdir. İnteqrasiya etməklə biz buradan bütün istiqamətlərə yayılan ümumi gücü əldə edirik. Bunu etmək üçün əvvəlcə kürənin zolağının sahəsinə çarpın, sonra bucaq intervalında enerji axını alırıq (şəkil 32.1). Şeridin sahəsi aşağıdakı kimi hesablanır: radius olarsa, zolağın qalınlığı , uzunluğu isə həlqəvi zolağın radiusu olduğu üçün . Beləliklə, zolağın sahəsi

(32.3)

Şəkil 32.1. Kürə üzərindəki halqanın sahəsi .

Flux [gücü, düstur (32.2) üzrə] zolağın sahəsinə vuraraq, bucaqlar intervalında yayılan enerjini tapırıq və ; onda sizdən bütün bucaqları birləşdirməlisiniz:

(32.4)

Hesablayarkən bərabərlikdən istifadə edirik və nəticədə əldə edirik. Beləliklə, nəhayət

Bu ifadə ilə bağlı bir neçə qeyd etmək lazımdır. Əvvəla, vektor olduğu üçün (32.5) düsturunda , yəni vektorun uzunluğunun kvadratı deməkdir. İkincisi, axın üçün düstur (32.2) nəzərə alınan gecikmə ilə alınan sürətlənməni, yəni sferanın səthindən indi keçən enerjinin şüalandığı zaman anında sürətlənməni ehtiva edir. Belə bir fikir yarana bilər ki, enerji əslində zamanın tam olaraq göstərilən anında yayılıb. Lakin bu, tamamilə doğru deyil. Emissiya anını dəqiq müəyyən etmək mümkün deyil. Yalnız belə bir hərəkətin nəticəsini hesablamaq mümkündür, məsələn, sürətlənmənin nəhayət yox olduğu salınımlar və s. Nəticə etibarilə, biz yalnız dövr ərzində sürətlənmənin orta kvadratına mütənasib olan bütün salınım dövrü ərzində cəmi enerji axını tapa bilərik. Buna görə də (32.5) bəndində kvadrat sürətlənmənin vaxt ortası nəzərdə tutulmalıdır. Belə bir hərəkət üçün başlanğıcda və sonunda sürətlənmə yox olduqda, ümumi şüalanan enerji ifadənin zaman inteqralına bərabərdir (32.5).

Gəlin görək (32.5) salınan sistem üçün hansı düstur verilir, onun üçün sürətlənmə formasına malikdir. Sürətlənmənin kvadratından dövr üçün orta hesab olunur (kvadratlaşdırarkən yadda saxlamalısınız ki, əslində eksponentin əvəzinə onun həqiqi hissəsi, kosinusu daxil edilməlidir və ortalama verir):

Nəticədə,

Bu düsturlar nisbətən yaxınlarda - 20-ci əsrin əvvəllərində əldə edilmişdir. Bunlar gözəl düsturlardır, onların böyük tarixi əhəmiyyəti var idi və onlar haqqında köhnə fizika kitablarında oxumağa dəyərdi. Düzdür, orada SI sistemi deyil, fərqli vahidlər sistemindən istifadə olunurdu. Bununla belə, elektronlarla bağlı son nəticələrdə bu fəsadları istifadə etməklə aradan qaldırmaq olar növbəti qayda uyğunluqlar: elektronun yükünün (kulonla) olduğu dəyər, əvvəllər kimi yazılırdı. SI sistemində dəyərin ədədi olaraq -ə bərabər olduğunu yoxlamaq asandır, çünki biz bunu bilirik Və . Aşağıda biz tez-tez rahat qeyddən istifadə edəcəyik (32.7)

Bu ədədi qiymət köhnə düsturlarla əvəz edilərsə, onda onlarda olan bütün digər kəmiyyətlər SI sistemində müəyyən edilmiş hesab edilə bilər. Məsələn, düstur (32.5) əvvəllər formaya malik idi . Uzaqda olan proton və elektronun potensial enerjisi isə və ya , haradadır SI.