- •1 Геометрична та хвильова оптика
- •1.1 Предмет оптики. Дуалізм світла
- •1.2 Закони геометричної оптики:
- •1.2.1 Граничний кут відбивання. Геометрична та оптична різниця ходу променя
- •1.3 Хвильова оптика. Інтерференція
- •1.3.1 Інтерференція світла. Когерентність
- •1.3.2 Часова і просторова когерентність
- •1.3.3 Розрахунок інтерференційної картини від двох джерел
- •1.3.4 Інтерференція на тонкій плоскопаралельній пластинці
- •1.4 Хвильова оптика. Дифракція
- •1.4.1 Дифракція та її види
- •1.4.2 Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля для розрахунку дифракційної картини
- •1.4.3 Дифракція на круглому отворі та круглому диску
- •1.4.4 Дифракція на щілині. Дифракційна гратка (дифракційна решітка)
- •1.4.5 Дифракція х-променів
- •1.5 Хвильова оптика. Дисперсія світла та її пояснення на основі електронної теорії
- •1.6 Хвильова оптика. Поляризоване світло
- •1.6.1 Методи отримання поляризованого світла. Закон Брюстера
- •1.6.2 Подвійне променезаломлення. Штучна анізотропія
- •1.6.3 Закон Малюса
- •2 Квантова оптика
- •2.1 Теплове випромінювання
- •2.1.1 Теплове випромінювання і люмінесценція (свічення)
- •2.1.2 Закони теплового випромінювання
- •2.1.7 Оптична пірометрія та її застосування
- •2.2 Фотони
- •2.2.1 Фотоефект. Види фотоефекту. Закони фотоефекту. Фотодіоди та фоторезистори
- •2.2.2 Фотони. Їх властивості
- •2.2.3 Ефект Комптона
- •2.3 Х (рентгенівське)-випромінювання
- •2.3.1 Отримання х-(рентгенівських) променів, гальмівне хвипромінювання
- •2.3.2 Характеристичне випромінювання. Закон Мозлі. Застосування рентгенівського випромінювання
- •3 Фізика атома і молекули
- •3.1 Спектри випромінювання і поглинання атомів. Спектр атома водню. Формула Бальмера
- •3.2 Будова атома за моделлю Резерфорда та її недоліки
- •3.3 Постулати Бора. Досліди Франка і Герца
- •3.4 Атом водню та його енергія згідно теорії Бора. Недоліки теорії Бора
- •3.5 Гіпотеза де Бройля та її експериментальне підтвердження
- •3.6 Співвідношення невизначеностей, або співвідношення Гейзенберга
- •3.7 Рівняння Шредінгера
- •3.8 Хвильова функція. Її властивості. Фізичний зміст хвильової функції
- •3.9 Електрон в потенціальному ящику
- •3.10 Поняття про гармонійний осцилятор в квантовій механіці
- •3.11 Тунельний ефект
- •3.12 Задача про електрон в атомі водню. Квантові числа n, , m
- •3.13 Енергетичні рівні. Молекулярні спектри
- •3.13.1 Періодична система Менделєєва та її побудова на основі заповнення енергетичних рівнів за принципом Паулі
- •3.13.2 Ефект Зеємана. Дослід Штерна і Герлаха
- •3.13.3 Електронний парамагнітний резонанс (епр)
- •3.13.4 Енергетичний спектр молекул
- •3.14 Вимушене і спонтанне випромінювання. Лазери
- •3.14.1 Комбінаційне розсіяння
- •3.14.2 Спонтанне і вимушене випромінювання. Доведення формули Планка на основі принципа детальної рівноваги
- •3.14.3 Лазери. Принцип роботи
- •3.15 Лазери (оптичні квантові генератори) та інші джерела кпе (концентрованих потоків енергії)
- •3.15.1 Фізико-технічні принципи побудови оптичних квантових генераторів. Блок-схема окг
- •3.15.2 Види концентрованих потоків енергії. Їх загальна характеристика
- •4 Елементи фізики твердого тіла
- •4.1 Кристалічна гратка. Індекси Міллера
- •4.2 Теплоємність кристалів
- •4.2.1 Закон Дюлонга-Пті
- •- Закон Дюлонга-Пті.
- •4.2.2 Квантова теорія теплоємності
- •4.3 Фонони
- •4.4 Елементи фізичної статистики
- •4.4.1 Невироджені і вироджені колективи мікрочастинок. Повна статистична функція розподілу
- •4.4.2 Фазовий простір. Густина станів
- •4.4.3 Розрахунок концентрації електронів та енергії Фермі в металах при 0к
- •4.4.4 Функція Фермі Дірака. Графік функції та аналіз
- •4.5 Утворення зон кристала. Класифікація твердих тіл згідно зонної теорії
- •4.6 Елементи квантової теорії металів. Надпровідність
- •4.6.1 Електропровідність металів
- •4.6.2 Теплоємність металів з точки зору квантової теорії. Зв’язок виродження стану електронів (вироджений і невироджений стан) та енергії Фермі
- •4.6.3 Явище надпровідності. Куперовські пари. Елементи теорії бкш (автори Бардін, Купер, Шріфер)
- •4.6.4 Висновок
- •4.7 Напівпровідники
- •4.7.1 Основні особливості напівпровідників як класу речовин. Напівпровідникові матеріали, напрямки їх застосування
- •4.7.2 Власна і домішкова провідність напівпровідників. Електрони та дірки. Донори та акцептори
- •4.7.3 Температурна залежність провідності напівпровідників
- •4.8 Напівпровідникові прилади
- •4.8.2 Вольтамперна характеристика p-n-переходу. Напівпровідникові діоди та інші прилади із одним p-n-переходом
- •4.8.3 Транзистор
- •5 Фізика ядра та елементарних частинок
- •5.1 Основні характеристики атомного ядра. Властивості нейтронів і протонів
- •5.2 Радіоактивність. -, -розпад
- •5.3 Закон радіоактивного розпаду. Штучна і природня радіоактивність
- •5.4 Дефект маси ядра. Енергія зв’язку
- •5.5 Ядерні сили та їх властивості
- •5.6 Моделі атомного ядра
- •5.7 Ядерні реакції. Компаунд ядро. Реакції поділу та синтезу
- •5.8 Фундаментальні взаємодії
- •5.8.1 Гравітаційна взаємодія
- •5.8.2 Сильна взаємодія
- •5.8.3 Електромагнітна взаємодія
- •5.8.4 Слабка взаємодія
- •5.9 Елементарні частинки
- •5.9.1 Особливості елементарних частинок
- •5.9.2 Класи елементарних частинок
- •5.10 Космічне випромінювання
- •5.11 Ядерна енергетика
- •5.11.1 Поділ ядра урана. Сповільнення нейтронів. Захоплення нейтронів. Коефіцієнт розмноження. Ланцюгова реакція
- •5.11.2 Схема двохконтурної атомної електростанції на сповільнених нейтронах
- •5.11.3 Проблеми та перспективи термоядерних реакторів
- •5.11.4 Біологічна дія радіоактивних випромінювань та одиниці вимірювання іонізуючих випромінювань
- •5.12 Методи реєстрації частинок
- •5.12.1 Сцинтиляційні лічильники. Іонізаційний лічильник Гейгера-Мюллера. Напівпровідникові детектори
- •5.12.2 Реєстрація нейтронів. Камера Вільсона
- •6.2 Ефект Джозефсона
- •6.3 Феромагнетизм та його спінова природа
- •6.3.1 Основні властивості феромагнетиків (фм)
- •6.3.2 Сили обмінної взаємодії. Спінова природа феромагнетизму
- •6.4 Ефект Месбауера
- •6.4.1 Резонансне поглинання і випускання атомів
- •6.4.2 Ефект Месбауера і його застосування
- •6.5 Фотометричні величини і одиниці
- •Геометрична та хвильова оптика.
1.4 Хвильова оптика. Дифракція
1.4.1 Дифракція та її види
Дифракція пов’язана із взаємодією світлових хвиль при їх розповсюдженні в середовищі з різко виявленими неоднорідностями.
Дифракційні явища проявляються у відхиленні світла від прямолінійного поширення при їх розповсюдженні в неоднорідному середовищі, або можна сказати, що:
Дифракція - явище огинання хвилями країв перешкод і відхилення від прямолінійного поширення.
Дифракція в залежності від відстані між джерелом, перешкодою і точкою спостереження поділяється на дифракцію Фраунгофера і дифракцію Френеля.
Дифракція від джерела, що знаходиться далеко від перешкоди буде дифракцією Фраунгофера. В цьому випадку фронт хвилі є плоским. Дифракційна картина утворюється паралельними дифрагованими променями. Практично це спостерігається, якщо невелике за розмірами джерело світла поставити в фокус лінзи.
В інших випадках розглядають дифракцію Френеля.
1.4.2 Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля для розрахунку дифракційної картини
Фронт хвилі в наступний момент часу t+t визначається огинаючою цих вторинних хвиль.
Френель доповнив даний принцип. Для розрахунку амплітуди результуючої хвилі в будь-якій точці простору, він запропонував поділити фронт на зони, крайні точки яких відрізняються на половину довжини хвилі. Це означає, що світлова хвиля яка розповсюджується від реального джерела замінюється сукупністю вторинних джерел, що розташовані вздовж хвильової поверхні (див. рис. 1.6).
Коливання, які приходять в точку Р від відповідних точок двох сусідніх зон, знаходяться в протифазі.
Тому амплітуда результуючого коливання в цій точці
, або
(це – непарна).
Всі амплітуди від непарних зон входять у вираз із знаком “+”, а парних – мінус, , вирази в дужках дорівнюють нулю. Якщо ж парна: .
1.4.3 Дифракція на круглому отворі та круглому диску
Якщо застосувати метод зон Френеля до дифракції на круглому отворі, то результуюча амплітуда
, де Аm – амплітуда m-ї зоні, що відкрита. Якщо m - непарне, то в точці М буде інтерференційний максимуми (рис. 1.7). Якщо m – парні, то – мінімум .
Для дифракції на круглому диску, коли закрито m зон, . Значить, у випадку непрозорого круглого диску, якщо число закритих зон m невелике, то в центрі картини маємо світлу пляму (рис. 1.8). При великій кількості зон m Am+1<<A1, так що світла пляма в центрі відсутня і освітленість в області геометричної тіні практично рівна нулю.
1.4.4 Дифракція на щілині. Дифракційна гратка (дифракційна решітка)
Розглянемо спочатку дифракцію на щілині від джерела, що створює паралельний пучок. Світло збирається лінзою, в фокальній площині якої розміщений екран. Розіб’ємо щілину на ряд вузьких паралельних смуг однакової товщини. Кожна смужка – джерело вторинних хвиль, які мають однакові початкові фази, поскільки фронт хвилі – паралельний. Амплітуди всіх елементарних хвиль будуть рівними, поскільки смужки однакові.
Паралельний пучок дифрагованих променів, перпендикулярний до площини щілини збереться в точці Р0. Всі промені прийдуть в однаковій фазі і підсилять один одного. В цій точці розміститься центральний максимум.
Промені нахилені вправо під кутом , прийдуть в точку Р з різницею фаз , де а – ширина щілини.
Якщо різниця ходу =, то різниця фаз між крайніми променями - 2, а, значить, між першим і середнім променем - , тобто промені знаходяться в протифазі і загасять один другого. Так само буде із другою половиною щілини. Значить, перший мінімум освітленості буде при , інші мінімуми будуть для інших значень , де k – ціле число 1, 2, 3… Збільшуючи , отримаємо максимуми інтенсивності. Але якщо центральний максимум має інтенсивність І0, то перші бічні – 0,05І0. Наступні – ще меншу.
Із рис. 1.9 а, б видно, що різниця ходу від сусідніх щілин: ,
і для максимуму: , d – стала дифракційної гратки, - кут дифракції, n – порядок максимума (n=0,1,2,3…), - довжина хвилі. Це – умова спостерігання головних максимумів.
, де N0 – число щілин на одиницю довжини гратки. Між головними максимумами розміщені N-2 вторинних слабких, де N – число всіх щілин в гратці.
При падінні білого світла на дифракційну гратку спостерігається розкладання світла на спектр у відповідності до довжини хвиль. Отриманий спектр називається дифракційним.
На відміну від дисперсійного спектра, що спостерігається при попаданні білого світла на призму, в дифракційному спектрі кут відхилення тим більший, чим більшою є довжина хвилі.