Eisimpleir de Dhuilgheadas Diffraction Solais
'S e rud a th' ann an difraction solais a thachras nuair a thèid tonnan solais tro bheàrn chumhang no timcheall air cnap-starra agus a sgapas a-mach. Tha an rud seo a' toirt fianais gu bheil feartan tonn aig solas agus gur e bun-bheachd cudromach a th' ann ann am fiosaig. San artaigil seo, bruidhnidh sinn air eisimpleirean cumanta de dhuilgheadasan difraction solais, còmhla ri deasbadan agus mìneachaidhean.
Pendahuuan
Chaidh diffraction a mhìneachadh an toiseach leis an neach-saidheans Eadailteach Francesco Maria Grimaldi san 17mh linn. Bidh diffraction a’ tachairt nuair a dh’atharraicheas tonnan solais an stiùireadh sgaoilidh aca fhad ‘s a tha iad a’ dol tro fhosgladh no bacadh. Tha seo ag adhbhrachadh a’ phàtrain eadar-theachd a tha àbhaisteach do diffraction. San fharsaingeachd, tha diffraction as fhaicsinniche nuair a tha tonn-fhaid an t-solais co-chosmhail ri meud an fhosglaidh no a’ bhacaidh tro am bi e a’ dol.
Faodar mìneachadh a dhèanamh air iongantas an diffraction le bhith a’ cleachdadh dà mhodail fiosaigeach: Modail nan Tonn agus Modail Optigeach Geoimeatrach. Gus pàtrain diffraction solais obrachadh a-mach agus a ro-innse, mar as trice bithear a’ cleachdadh co-aontar diffraction a chaidh a leasachadh le Augustin-Jean Fresnel agus Joseph von Fraunhofer.
Bun-bheachd Bunasach Diffraction
Mus bruidhinn sinn air eisimpleirean de dhuilgheadasan, tha e cudromach tuigsinn cuid de bhun-bheachdan ann an diffraction solais:
1. Sliotan Singilte is Dùbailte: Chithear am pàtran diffraction as sìmplidh nuair a thèid solas tro shliotan singilte no dùbailte. Is e sreath de chòmhlain aotrom is dorcha air an sgrion amhairc am pàtran a thig às.
2. Loidhnichean Eadar-theachd: Tha na loidhnichean soilleire is dorcha air an sgrion mar thoradh air eadar-theachd eadar na tonnan solais a chaidh a thionndadh. Canar loidhnichean eadar-theachd togail ris na loidhnichean soilleire, agus tha na loidhnichean dorcha mar thoradh air eadar-theachd millteach.
3. Tonn-fhad: Bidh tonn-fhad an t-solais a thathar a’ cleachdadh a’ toirt buaidh mhòr air a’ phàtran diffraction a thig às. Bidh solas le tonn-fhad nas fhaide a’ cruthachadh pàtran diffraction nas fharsainge.
4. Ceàrn Dìfractadh: Faodar a’ cheàrn aig a bheil solas air a dhìfractadh a dhearbhadh le bhith a’ cleachdadh phrionnsabalan triantanachd agus tonn-fhaid an t-solais a thathar a’ cleachdadh.
Eisimpleir de Dhuilgheadas Diffraction Solais
Bruidhnidh sinn air eisimpleirean de dhuilgheadasan a bhios cumanta ann an sgrùdadh diffraction solais.
Eisimpleir Ceist 1: Diffraction Sliot Singilte
Ceist: Bidh gath leusair le tonn-fhaid de 600 nm a’ dol tro aon shliseag le leud de 0,2 mm. Obraich a-mach ceàrn diffraction θ airson a’ chiad òrdugh (m=1).
Deasbad: A thaobh diffraction aon-shleamhnag, is urrainn dhuinn an co-aontar diffraction a leanas a chleachdadh:
[a sin θ = mθ]
Càite:
– \( a \) 's e leud a' bheàirn,
– ’S e _( _theta _) ceàrn an difraction,
– ’S e tonn-fhaid an t-solais a th’ ann an (lambda),
– Is e \(m \) an òrdugh diffraction.
Air a thoirt seachad:
– \( \lambda = 600 \) nm = \( 600 \times 10^{-9} \) m,
– (a = 0.2) mm = (0.2 × 10-3) m,
– \(m = 1 \).
Cuir na luachan an àite a’ cho-aontar,
[0.2 × 10⁻³ sin ₹ = 1 × 600 × 10⁻¹]
A’ fuasgladh airson (sin theta),
[sin = \frac{600 × 10^{-9}}{0.2 × 10^{-3}}]
A’ tomhas (sin theta),
[sin \theta = 0.003]
A’ cleachdadh àireamhair gus an ceàrn _( \theta \) fhaighinn,
\( \theta \approx 0.172 \) ceum.
Mar sin, tha ceàrn an diffraction airson a’ chiad òrdugh mu 0.172 ceum.
Eisimpleir Ceist 2: Diffraction Sliot Dùbailte
Ceist: Bidh solas le tonn-fhaid de 500 nm a’ dol tro shliseag dhùbailte le astar 0,1 mm eadar na sliotan. Obraich a-mach suidheachadh an dàrna loidhne shoilleir air an sgrion a tha 2 mheatair bhon t-sliseag.
Deasbad: A’ cleachdadh co-aontar diffraction sliotan dùbailte:
[d sin theta = m lambda]
Càite:
– \(d \) an t-astar eadar dà bheàrn,
– ’S e tonn-fhaid an t-solais a th’ ann an (lambda),
– Is e \(m \) an òrdugh diffraction.
Gus suidheachadh an itea air an sgrion (\(y \)) a lorg, bidh sinn a’ cleachdadh:
[y = L \tan \theta \]
Airson _(\theta\) beag, _(\tan \theta \approx \sin \theta \), agus 's e _(L\) an t-astar eadar an sgrion agus an t-sliseag.
Air a thoirt seachad:
– \( \lambda = 500 \times 10^{-9} \) m,
– \(d = 0.1 \times 10^{-3} \) m,
– \(L = 2 \) m,
– \(m = 2 \).
Cuir na luachan an àite a’ cho-aontar,
[0.1 × 10⁻³ sin ₹ = 2 × 500 × 10⁻¹]
A’ fuasgladh airson (sin theta),
[sin = \frac{1000 × 10^{-9}}{0.1 × 10^{-3}}]
A’ tomhas (sin theta),
[sin \theta = 0.01]
Gabh ris gu bheil sin = tan theta airson astaran an ìre mhath mòr, agus cuir a-steach don cho-aontar suidheachaidh,
[y = 2 × 0.01 = 0.02] m no 20 mm.
Mar sin, tha suidheachadh an dàrna loidhne shoilleir air an sgrion 20 mm bho mheadhan na sgrìn.
Penutup
’S e cuspair a th’ ann an difraction solais a tha a’ sealltainn gu bheil solas ag obair mar thonn. Tha an iongantas seo a’ toirt seachad tagraidhean cudromach ann an grunn raointean saidheansail, gu sònraichte optaig agus speactroscopaidh. Tha tuigse air difraction stèidhichte chan ann a-mhàin air teòiridh ach cuideachd tro bhith a’ fuasgladh diofar dhuilgheadasan practaigeach a chuidicheas le bhith a’ doimhneachadh tuigse air feartan tonn solais.
Le adhartasan ann an teicneòlas airson feartan solais fhaicinn agus a thuigsinn, tha iongantas an diffraction fhathast ga chleachdadh ann an grunn lorgan is thagraidhean teicneòlais ùra, bho teileasgopan gu innealan tomhais àrd-chruinneas. Mar sin, chan e a-mhàin gu bheil ùidh acadaimigeach ann an sgrùdadh diffraction ach tha buaidh phractaigeach aige cuideachd air beatha làitheil agus leasachadh teicneòlach.
