تحقیق بررسي ماهيت نور و ارتباط آن با پديده ليزر 124 ص

دسته بندي : دانش آموزی و دانشجویی » دانلود تحقیق
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 111 صفحه

 قسمتی از متن word (..doc) : 
 

‏1
‏فصل اول
‏بررسي ماهيت نور و ارتباط آن با پديده ليزر
‏1-1- ماهيت نور
‏يوناني ها اولين کساني هستند که کوشيدند طبيعت نور و چگونگي ديدن را توضيح دهند، بعد از آن، ظهور علوم تجربي دو نظريه مترادف را به ارمغان آورد. يکي از آنها نطريه ذره‏‌‏اي نيوتن بود که نور را متشکل از باريکه‏‌‏اي از ذرات دانسته که اين ذرات تابع قوانين حرکت مي‏‌‏باشند. نظريه ديگر نظريه موجي هوک و هويگنس است که طبيعت موجي را براي نور پيشنهاد کردند. پذيرش هر نظريه مستلزم توجيه پديده‏‌‏هاي نور مانند انعکاس، تداخل ، شکست، پراش، فتوالکتريک، جذب و گسيل و ... مي‏‌‏باشد و هر نظريه قادر است بعضي از پديده هاي ذکر شده را توجيه کند براي مثال پديده تداخل اولين بار توسط يانگ در سال 1801 ارائه شد که فقط با در نظر گرفتن نظريه موجي قابل توضيح است. پديده پراش با توجه به اصل هويگنس و ايجاد موجک‏‌‏هاي ثانوي فقط بر اساس نظريه ‏موجي قابل توجيه است که ايشان پيشنهاد کرد که پلاريزاسيون نور فقط به دليل عرضي بودن امواج نور اتفاق مي‏‌‏افتد و از اين رو نتيجه مي شود که ارتعاشات امواج نور بر امتداد انتشار آنها عمود است برخلاف امواج صوتي که به صورت طولي بوده و امتداد ارتعاش ذرات محيط در امتداد انتشار امواج صوتي است. با پيشرفت علم و فهم بيشتر طبيعت نور، ماکسول در سال 1864 به اين نتيجه رسيد که نور به مانند امواج الکترومغناطيس است که داراي سرعت‏ ، فرکانس ‏ و طول موج ‏ مي‏‌‏باشد. امروزه براي ما کاملا ثابت شده که امواج نور از دو مولفه ميدان الکتريکي و مغناطيسي عمود بر هم تشکيل شده اند و جهت انتشار امواج عمود بر امتداد ارتعاش اين دو است.
‏در جدول 1-1 انواع امواج الکترومغناطيس و مشخصات آنها آورده شده است . گستره امواج ‏مشخص شده در جدول شامل نواحي مختلفي است که مرز مشخصي براي آنها وجود ندارد.
‏2
‏در سال 1887 هرتز موفق به توليد امواج الکترومغناطيس نامرئي شد. امروزه ‏ما امواج الکترومغناطيس با فرکانس‏‌‏هاي بين ‏ را مي‏‌‏شناسيم.
‏اما پديده‏‌‏هاي همچون فتوالکترويک، جذب و گسيل، توسط نظريه موجي نور قابل توجيه نيست.
‏در پديده فتوالکتريک تابش نور برخورد کننده به سطح فلز الکترون‏‌‏هاي آزاد مي‏‌‏کند، رها شدن الکترون وقتي اتفاق مي‏‌‏افتد که فرکانس پرتو تابش به حد کافي بالا باشد براي مثال در حالي که نور بسيار قوي قرمز قادر به ايجاد فوتوالکترون نيست نور آبي با شدت کم قادر به توليد فوتوالکترون است.
‏چرا که انرژي جنبشي کافي دارد. بر اساس نظريه ذره‏‌‏اي نور در سال 1905 انيشتين به سادگي پديده فتوالکتريک را توجيه کرد. ايشان نور برخورد کننده را متشکل از بسته هاي کوچک انرژي يا ذراتي به نام فوتون در نظر گرفت که انرژي هر فوتون متناسب با فرکانس آن است. E=hv‏ ‏که h‏ ثابت پلانک و v‏ فرکانس مي‏‌‏باشد فوتون برخورد کننده مي‏‌‏تواند انرژي خود را به يک الکترون بدهد و بر نيروي فتوالکتريک نيست، نه مي‏‌‏تواند علت عدم توليد فوتوالکترون ها را وقتي نور قرمز با شدت زياد به کار برده مي‏‌‏شود توضيح دهد و نه گسيل خود به خودي الکترون‏‌‏ها وقتي که چشمه مناسب نور به کار گرفته مي‏‌‏شود. بنابراين به نظر مي‏‌‏رسد هر دو نظريه رقيب در مورد نور ، نه تنها مخالف هم نبوده بلکه مکمل يکديگر مي‏‌‏باشند و ما بايستي هر دوي آنها را بپذيريم، ماداميکه نور ، با نور برهم کنش انجام مي‏‌‏دهد مانند پديده تداخل نور ما نظريه موجي نور را در نظر مي‏‌‏گيريم و وقتي که نور با ماده برهم کنش دارد مانند پديده فوتوالکتريک ما نظريه ذره‏‌‏اي نور را به کار مي‏‌‏بريم، اين وضعيت به آنچه که طبيعت دو گانه تابش ناميده مي‏‌‏شود منجر مي‏‌‏گردد.
‏4
‏1‏-2 ‏–‏ گسيل و جذب نور
‏اينشتين اثر فوتوالکتريک را بر اساس کارهاي قبلي پلانک توجيه نمود و نظريه کوانتومي نور براي بيان چگونگي تابش جسم سياه را ارائه کرد. پلانک گسيل امواج الکترومغناطيس را به نوسان کننده هائي در داخل جسم سياه نسبت داد که ايجاد ميدان الکتريکي مي‏‌‏کنند. فرض مهم اين است که اين نوسان کننده ها مي‏‌‏توانند مقادير انرژي معيني را داشته باشند و اين انرژي مضرب صحيحي از E=hv‏ است. مطلي که پلانک معرفي نموده امروزه به نظريه کوانتومي معروف است. اهميت نظريه کوانتومي در بحث ما اين است که سيستم هاي اتمي داراي ترازهاي انرژي مجزا يا حالت هاي انرژي مجزا هستند.
‏در سال 1823 نشان داده شد که هر عنصر اتمي يک طيف مشخصي را توليد مي‏‌‏کند ليکن توضيح آن تا سال 1913 بوسيله بوهر ميسر نشد، بوهر نظريه‏‌‏اي ارائه داد که او را قادر ساخت طول موج طيف ساده ترين اتم ها يعني هيدورژن را پيش بيني کند. او مدل اتمي را در فورد رابه کار برد که در آن مدل، اتم از يک هسته سنگين با بار مثبت به وسيله تعدادي بارهاي منفي به نام الکترون احاطه شده تشکيل شده است و اتم هاي هر جسم داراي تعداد معيني الکترون مي‏‌‏باشند، براي توضيح اين که چرا الکترون ها نمي‏‌‏توانند جذب بار مثبت هسته شوند او فرض کرد که الکترون ها روي مدارهائي به دور هسته مانند حرکت سيارات به دور خورشيد در حرکت هستنمد. نيروهاي جاذبه‏‌‏اي که احتياج است تا الکترون بر روي مدار معيني باقي بماند با توجه به جاذبه کولني هسته مثبت روي الکترون منفي تامين مي‏‌‏گردد‏ و مي‏‌‏توانيم بنويسيم:
V, e,m‏ جرم،‏‌‏بار و سرعت الکترون و r‏ شعاع مدار و نفوذپذيري در خلاء است. بوهر فرض کرد تنها الکترون هيدروژن مجاز است فقط مدارهاي معيني را اشغال کند. وقتي که الکترون در يکي از اين مدارهاي مجاز يا حالت پايه قرار دارد هيچ اثري توسط اتم ساطع نمي شود. هر يک از اين مدارهاي مجاز به يک تراز معين يا حالت انرژي معي مربوط مي
‏4
‏‌‏شوند. براي توضيح خطوط طيفي ‏هيدروژن ، بوهر فرض کرد که الکترون و به طبع اتم، با حرکت از يک مدار با انرژي بالاتر ( دوتر از هسته) به يک مدار با انرژي کمتر ( نزديک تر به هسته ) انرژي از دست مي‏‌‌‏دهد. اين انرژي به صورت يک فوتون با انرژي hv‏ است که ‏
‏که در اين رابطه ‏ به ترتيب انرژي الکترون قبل و بعد از انتقال است از آنجائي که مدارهاي متعدد و مجزايي وجود دارند بنابراين انتقالات مختلفي نيز ممکن است انجام شود از اين رو اتم هيدروژن فرکانس هاي مختلفي را مي تواند گسل دارد. ‏(شکل 1-1)
‏به طور کلي هر اتم تمايل دارد در حالت هاي انرژي پايين تر قرار گيرد. از اين رو براي ايجاد طيف اتم هيدروژن لازم است الکترون ها را با تحريک کردن به ترازهاي بالاتر بفرستيم. اين عمل با حرارت و يا برخورد با الکترون هاي ديگر در لوله تخليه الکتريکي و يا به کمک تابش با طويل موج هاي مناسب انجام پذير است. هر طول موجي که توسط اتم در حالت تحريک گسيل مي شود ميتواند توسط آن وقتي که در ترازهاي پايين انرژي قرار دارد جذب شود.
‏البته فوتون هاي برخورد کننده بايد خيلي نزديک به اختلاف انرژي بين دو تراز انرژي اتمي درگير باشد. در اين حالت جذب تشديدي ناميده مي‏‌‏شود. به روش مشابهي بوهر قادر بود که خطوط طيفي ديگر اتم هاي چند الکتروني را که طيف پيچده‏‌‏تري دارند توضيح دهد. نظريه بوهر توصيف خوبي از حالت اتم بر پايه فيزيک کلاسيک و فيزيک مدرن که اساسا بر فيزيک کوانتومي استوار است، به دست مي