Gaismas difrakcija un polarizacija

1. Gaismas difrakcija
un polarizācija.
P. Puķītis. Fizika 12. klasei: 86.-93. lpp.

2. 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.

3. Difrakcija
• Gaismas difrakcija ir gaismas viļņu apliekšanās
ap šķēršļiem un nehomogenitātēm vidē.
http://giphy.com/search/diffraction

4. 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)

5. 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

6. 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 raksturo
režģa konstante jeb
periods d (spraugas + svītras
platums)
http://b1v.lv/wp-content/files/fizika_12/default.aspx@tabid=3&id=302_2.html

7. Mācību video: difrakcija
http://www.macibuvideo.lv/lazera-stara-difrakcija

8. 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-bd9

9. 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

10. 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.

11. 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

12. 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

13. 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
m
d =
1 ∙ 10-3
400
=
=
0,001
400
=
= 0,0000025 = 2,5 ∙ 10-6
m= 2,5 mϻ

14. 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 =
kλ
d= 640 ∙ 10-9
m
sinφ1 =
1∙640∙10-9
2,5 ∙ 10-6 =
= 256 ∙ 10-3
= 0,256
φ1 = 14,8o

15. 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 φ1
l =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
l
L

16. 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 =
d
λ
2,5∙10-6
640 ∙ 10-9 =3,9
Veidosies centrālais attēls + 3 attēli katrā pusē
=
Maksimālais difrakcijas attēlu skaits k = 7

17. 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.

18. Polarizācijas filtri
• Plēves ar piejaukumvielām
• Kvarca kristāli
• Turmalīns
• Optiski aktīvas vielas
– vitamīni
– antibiotikas
– cukurs
https://latfoto.lv/fototehnika/2659-filtri-fotografesanai.html

19. 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

20. http://giphy.com/search/polarized

21. 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.

22. 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:

23. JAUTĀJUMI?