Skip to main content
Global

4: Diffraction

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    175276

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Katika sura iliyotangulia, sisi kimsingi kuonekana slits kama vitu na nafasi lakini hakuna ukubwa. Upana wa slits ulionekana kuwa duni. Wakati slits zina upana wa mwisho, kila hatua kando ya ufunguzi inaweza kuchukuliwa kuwa chanzo cha mwanga-msingi wa kanuni ya Huygens. Kwa sababu vyombo vya macho vya ulimwengu halisi vinapaswa kuwa na fursa za mwisho (vinginevyo, hakuna mwanga unaoweza kuingia), diffraction ina jukumu kubwa katika njia tunayotafsiri pato la vyombo hivi vya macho. Kwa mfano, diffraction maeneo mipaka juu ya uwezo wetu wa kutatua picha au vitu. Hili ni tatizo ambalo tutajifunza baadaye katika sura hii.

    • 4.1: Utangulizi wa Diffraction
      Kutokana na kanuni ya Huygens, tunaweza kufikiria mbele ya wimbi kama sawa na vyanzo vingi vya uhakika vya mawimbi. Hivyo, wimbi kutoka kwenye fungu linaweza kuishi si kama wimbi moja lakini kama idadi isiyo na kipimo cha vyanzo vya uhakika. Mawimbi haya yanaweza kuingiliana, na kusababisha muundo wa kuingilia kati bila uwepo wa kupunguzwa kwa pili. Jambo hili linaitwa diffraction.
    • 4.2: Diffraction moja-Slit
      Diffraction inaweza kutuma wimbi karibu na kando ya ufunguzi au kikwazo kingine. Kipande kimoja kinazalisha muundo wa kuingiliwa unaojulikana na upeo mkubwa wa kati na maxima nyembamba na dimmer kwa pande.
    • 4.3: Upeo katika Diffraction moja-Slit
      Mfano wa kiwango cha diffraction kutokana na mtego mmoja unaweza kuhesabiwa kwa kutumia phasors kama\(I = I_0 \left(\frac{sin \space \beta}{\beta}\right)^2,\) wapi\(\beta = \frac{\phi}{2} = \frac{\pi D \space sin \space \theta}{\lambda}\), D ni upana wa kupasuka, λλ ni wavelength, na ni angle kutoka kilele cha kati.
    • 4.4: Diffraction Mbili-Slit
      Kwa slits halisi na upana wa mwisho, madhara ya kuingiliwa na diffraction hufanya kazi wakati huo huo ili kuunda muundo wa nguvu ngumu. Uzito wa jamaa wa pindo za kuingiliwa ndani ya muundo wa diffraction unaweza kuamua. Amri zilizopo hutokea wakati kiwango cha kuingiliwa na kiwango cha chini cha diffraction iko pamoja.
    • 4.5: Vipande vya diffraction
      Grating diffraction lina idadi kubwa ya slits sawasawa spaced sambamba kwamba kuzalisha muundo kuingiliwa sawa na lakini kali kuliko ile ya kupasuka mara mbili. Kuingiliwa kwa kujenga hutokea wakati\(d \space sin \space \theta = m \lambda\) fomu = 0, ± 1, ± 2,..., ambapo d ni umbali kati ya slits, ρ ni angle jamaa na mwelekeo wa tukio, na m ni utaratibu wa kuingiliwa.
    • 4.6: Apertures ya mviringo na Azimio
      Mwanga hutofautiana kama inapita kupitia nafasi, ikizunguka vikwazo, kuingilia kati kwa ufanisi na kwa uharibifu. Hii inaweza kutumika kama chombo spectroscopic - diffraction grating kutawanyika mwanga kulingana na wavelength, kwa mfano, na ni kutumika kuzalisha spectra-lakini diffraction pia mipaka undani tunaweza kupata katika images.Diffraction mipaka azimio katika hali nyingi. Utulivu wa maono yetu ni mdogo kwa sababu mwanga hupita kupitia mwanafunzi, ambayo ni ufunguzi wa mviringo wa jicho.
    • 4.7: Diffraction ya X-ray
      Kwa kuwa photoni za X-ray zina nguvu sana, zina wavelengths fupi. Hivyo, photons ya kawaida ya X-ray hufanya kama mionzi wakati wanapokutana na vitu vya macroscopic, kama meno, na huzalisha vivuli vikali. Hata hivyo, kwa kuwa atomi ziko kwenye utaratibu wa 0.1 nm kwa ukubwa, eksirei zinaweza kutumika kuchunguza mahali, umbo, na ukubwa wa atomi na molekuli. Mchakato huitwa diffraction ya X-ray, na inahusisha kuingiliwa kwa X-rays ili kuzalisha ruwaza.
    • 4.8: Holography
      Hologramu ni picha ya kweli ya tatu-dimensional iliyoandikwa kwenye filamu na lasers. Holograms hutumiwa kwa ajili ya pumbao; mapambo juu ya vitu vyema na inashughulikia gazeti; usalama kwenye kadi za mkopo na leseni za dereva (laser na vifaa vingine vinahitajika kuzaliana); na kwa hifadhi kubwa ya habari tatu-dimensional. Unaweza kuona kwamba hologramu ni picha ya kweli ya tatu-dimensional kwa sababu vitu hubadilisha nafasi ya jamaa katika picha inapotazamwa kutoka pembe tofauti.
    • 4.A: diffraction (Majibu)
    • 4.E: Diffraction (Mazoezi)
    • 4.S: diffraction (muhtasari)

    Thumbnail: Diffraction ya X-ray kutoka kioo cha protini (kuku yai lysozyme) ilizalisha muundo huu wa kuingiliwa. Uchambuzi wa muundo hutoa habari kuhusu muundo wa protini. (mikopo: “Del45" /Wikimedia Commons)