Dyfrakcja.pdf

Dyfrakcja

Dyfrakcja to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach

przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale

wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali.

Dyfrakcja używana jest do badania fal oraz obiektów o niewielkich rozmiarach, w tym i

kryształów, ogranicza jednak zdolność rozdzielczą układów optycznych.

Jeżeli wiązka fal przechodzi przez szczelinę lub omija obiekt, to zachodzi zjawisko ugięcia.

Zgodnie z zasadą Huygensa fala rozchodzi się w ten sposób, że każdy punkt fali staje się

nowym źródłem fali, tak powstałe fale rozchodzą się jako fale kuliste, a fala w każdym

punkcie jest sumą wszystkich fal ( interferencja) . Za przeszkodą pojawią się obszary

wzmocnienia i osłabienia rozchodzących się fal.

Zjawisko dyfrakcji występuje dla wszystkich rodzajów fal np. fal elektromagnetycznych, fal

dźwiękowych oraz fal materii.

Jeden z najprostszych przykładów zjawiska dyfrakcji zachodzi, gdy równoległa wiązka

światła (np z laser a) przechodzi przez wąską pojedynczą szczelinę zwaną szczeliną

dyfrakcyjną. Zgodnie z zasadą Huygensa każdy punkt szczeliny o szerokości d , jest nowym

źródłem fali. Między źródłami zachodzi interferencja, co powoduje wzmacnianie i osłabianie

światła rozchodzącego się w różnych kierunkach. Dla pojedynczej szczeliny jasność w

funkcji kąta odchylenia od osi przyjmuje postać:

gdzie:

• I – intensywność światła,

• I 0 – intensywność światła w maksimum, czyli dla kąta równego 0,

• λ – długość fali,

• d – szerokość szczeliny,

• funkcja sinc( x ) = sin( x )/ x .

Przepuszczenie fali przez szczelinę dyfrakcyjną pozwala na określenie kierunku

rozchodzenia się fali. Im mniejsza jest szerokość szczeliny, tym dokładniej można to zrobić.

Dyfrakcja

Jednocześnie zmniejszanie szczeliny powoduje, że trudniej jest określić energię fali,

ponieważ rozprasza się ona na większy obszar. W efekcie iloczyn błędu określenia energii

oraz błędu pomiaru kierunku musi być większy od pewnej stałej. Oznacza to, że istnieje

granica dokładności pomiaru parametrów rozchodzącej się fali. Zjawisko to ma

fundamentalne znaczenie, jeżeli weźmie się pod uwagę, że każda materialna cząstka jest

falą. Zjawisko to jest potwierdzeniem zasady nieoznaczoności. Duali zm

korpuskularno-falowy powoduje, że możliwa jest obserwacja dyfrakcji cząstek materialnych.

Eksperymenty udowodniły, że zjawisko to zachodzi dla elektronów i neutronów

Aby wzmocnić falę przechodzącą przez szczelinę stosuje się w optyce układy wielu takich

szczelin, nazywane siatką dyfrakcyjną. Efekty optyczne od każdej szczeliny dodają się, przez

co zachowanie fali zależy tylko od stałej siatki (odległości dzielącej najbliższe sobie rysy).

Zjawisko dyfrakcji zachodzi również, kiedy fale przechodzą przez wiele blisko siebie

położonych warstw. Jeżeli odległość między warstwami jest stała, kolejne maksima fali

można opisać zależnością:

gdzie:

• d – stała siatki,

• θ – kąt od osi wiązki światła,

• λ – długość fali,

• n – przyjmuje wartości całkowite dodatnie od 1,2,3,...

Dla promieniowania rentgenowskiego zjawisko to pozwala na obserwacje kolejnych warstw

kryształu. W świetle widzialnym dyfrakcję na warstwach można obserwować jako

rozproszenie światła białego na powierzchni płyty CD. Kolejne ścieżki tworzą następujące

po sobie warstwy, na których fale o różnych kolorach , załamują się pod różnym kątem. W

efekcie światło białe rozdziela się na poszczególne barwy .

Jeżeli prześledzimy zachowanie się fali, która omija przeszkodę mniejszą niż dwie długości

fali, okaże się, że fala nie reaguje na tak mały obiekt. Fakt ten powoduje konieczność

stosowania krótszych fal do obserwacji mniejszych przedmiotów. Aby obserwować strukturę

krystaliczną materii, konieczne jest użycie fal rentgenowskich. Zjawisko dyfrakcji pozwoliło

na rozwój krystalografii rentgenowskiej, dzięki której odkryto strukturę spirali DNA. W

procesie produkcji układów scalonych wykorzystuje się światło do rysowania kształtu

obwodu elektrycznego na podłożu. Zjawisko dyfrakcji zmusza producenta mikroprocesorów

do zastosowania fal dwa razy krótszych niż konieczna precyzja struktury układu. Dla

obwodów o dokładności 0,13 μ m, oznacza to konieczność posłużenia się ultrafiolete m. Jeżeli

układy scalone mają się rozwijać zgodnie z prawem Moore'a, konieczne jest wdrożenie

nowych technologii opierających się na falach mniejszej długości. Światło ulega

największemu załamaniu w narożach i zakrętach ścieżek maski, więc konstruktorzy obecnie

tak modyfikują maskę w narożach otworów i na zakrętach ścieżek, by zminimalizować

dyfrakcję, długość światła dobiera się tak by pierwsze prążki interferencyjne równoległych

ścieżek nie nakładały się, poprawiono własności emulsji. Po dokonaniu tych zmian ww

kryterium długości fali udało się złagodzić.

Dyfrakcja

Zobacz też:

• doświadczenie Younga

• optyka

• pryzmat

• rozproszenie

Linki zewnętrzne

• Proste doświadczenia ilustrujące dyfrakcję [1]

Przypisy

[1] http:/ / www. pl. euhou. net/ index. php?option=com_content& task=view& id=164& Itemid=13

Dyfrakcja

Źródła i autorzy artykułu

Dyfrakcja Source : http://pl.wikipedia.org/w/index.php?oldid=16960501 Contributors : 4C, CiaPan, Darekm, Ed88, Fizykaa, Kb, KrzysiekS, LukKot, Mad,

Marcin Otorowski, Mpfiz, Mrug, NH2501, Stepa, Stok, Superborsuk, Tilia, 22 anonymous edits

Dyfrakcja

Źródła, licencje i autorzy grafiki

Plik:dyfrakcja.png Source : http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Dyfrakcja.png License : unknown Contributors : -

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: