لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل: Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه :78
بخشی از متن مقاله
نور و مشخصات فیزیکی آن
نور یکی از پدیده‌های مهم فیزیکی است که کمک موثری در مطالعه و تبیین خصوصیات، تعیین صفات و در نتیجه شناخت مواد مختلف به ویژه مطالعه‌ی مواد بلورین خصوصا در مطالعات میکروسکوپی آنها می‌نماید.
در خصوص توصیف نور و خصوصیات و ویژگی‌های آن نظریات و مدل‌های متعدد وجود دارد، کلیه‌ی پدیده‌هایی که در اثر عمل و عکس العمل نور و ماده ایجاد می‌گردند را نمی‌توان بر خلاف بسیاری از عوامل فیزیکی تنها به وسیله‌ی یک مدل توجیه نموده و توضیح داد.
پدیده‌هایی مانند تابش، انعکاس، شکست نور و... را می‌توان نتیجه‌ی انتشار فوتون‌های[1] سازنده‌ی نور در مسیر مستقیم دانست و پدیده‌هایی مانند تداخل نور یا اینترفرانس،[2] پلاریزاسیون[3]، رفرانژانس[4] و... نتیجه‌ی تموج الکترومانیتکی[5] فوتون‌های سازنده‌ی نور میباشد. انتشار فوتون و یا تموج الکترومانیتکی به تنهایی نمی‌توانند عمل و عکس العمل نور و ماده را در محدوده‌ی بلورها توجیه نمایند. بنابراین چدیده‌های نوری که در هنگام مطالعه‌ی کانی‌ها توسط میکروسکوپ مشاهده می‌شوند، به کمک هر دو مدل نوری فوق قابل توضیح دادن میباشند.
نور معمولی از امواج الکترومانتیکی با طول موج تقریبی 400 تا 800 m تشکیل شده است.
امواج الکترومانیتکی را می‌توان به عنوان حرکت سینوسی یا نوسانی در نظر گرفت که رابطه‌ی مقابل در آن صادق باشد. a=A.sin
A= دامنه‌ی نوسان
A= ماکزیم دامنه‌ی نوسان
E= اختلاف راه زاویه‌ای بین دو حرکت سینوسی یا اختلاف فاز
شکل زیر دو حرکت سینوسی را با طول موج‌های مختلف نشان می‌دهد.
سرعت نور از رابطه‌ی C= به دست می‌آید.
در این رابطه‌ی فیزیکی C، سرعت سیر نور در خلاء و ، فرکانس یعنی تعداد نوسانات فوتون‌های نور در هر ثانیه و ، طول موج نور میباشد.
سرعت نور در خلاء تقریبا 000/300 کیلومتر در ثانیه میباشد. سرعت نور در محیط‌های مادی کم‌تر از سرعت نور در خلاء میباشد. چنان که سرعت نور در محیط گاز بیشتر از سرعت نور در محیط مایع میباشد.
برای سهولات عمل در مطالعات سرعت نور را در نظر نمی‌گیریم بلکه از مقیاس دیگری به نام ضریب شکست استفاده می‌کنیم.
بنابر تعریفف ضریب شکست نور در هر محیط برابر است با:
در این رابطه n، ضریب شکست نور در محیط(جسم)، c، سرعت نور در خلا و v سرعت عبور نور در جسم میباشد.
براساس این رابطه، ضریب شکست نور در خلاء برابر با یک خواهد بود.
شکست نور
هر گاه نور از یک محیط وارد محیط دیگر میشود در فصل مشترک این دو محیط به علت تغییر غلظت مشکله‌ی‌های محیط در سرعت انتشار و عبور نور در محیط تغییر ایجاد شده و اصلاحا نور در هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر در مرز دو محیط شکسته شده[6] و با تغییر زاویه[7] نسبت به خط عمود بر مسیر انتشار نور، در محیط دوم منتشر خواهد شد.
در شکل زیر TT فصل مشترک دو محیط S1,S جهت تابش نور و B1,A محل برخورد نور با فصل مشترک دو محیط میباشد. نور از نقطه‌ی A در محیط دوم به صورت کره انتشار پیدا کرده و در مدت زمان t شعاع این کره AB خواهد بود و در همین مدت زمان شعاع نوری S1 به نقطه‌ی B1 می‌رسد.
فرض می‌کنیم سرعت نور در محیط دوم کم‌تر از محیط اول باشد، بنابراین AB<A1B1 است. در این صورت زاویه‌ی I را زاویه‌ی تابش و زاویه‌ی را زاویه‌ی شکست می‌نامیم.
در مثلث AA1B1 خواهیم داشت که:
و در مثلث AA1B2 خواهیم داشت که:
و از آنجا خواهیم داشت که:
اگر فرض کنیم که سرعت نور در محیط اول V1 باشد و مدت زمانی باشد که نور در جهت S1 از نقطه‌ی A1 به B1 برسد یعنی در جهت AB را طی کند، خواهیم داشت: AB=V2×t
A1B1=v2×t
و چون t ثابت است بنابراین خواهیم داشت:
از رابطه‌ی فوق نتیجه می‌گیریم که نسبت سرعت نور در محیط اول به سرعت نور در محیط دوم برابر است با عکس نسبت ضریب شکست دو محیط، اگر محیط دوم غلیظ‌تر از محیط اول باشد یعنی n2>n1 باشد، از قانون شکست نور نتیجه میشود که شعاع شکست در هنگام ورود نور به محیط غلیظ به خط عمود نزدیک میشود و بر عکس هر گاه نوراز محیط غلیظ وارد محیط رقیق‌تری گردد، شعاع شکست از خط عمود دور میشود.
فرض می‌کنیم محیط اول غلیظ‌تر از محیط دوم باشد یعنی v1>n2 باشد بنابراین خواهیم داشت:
در اینجا r>I میباشد و هر گاه زاویه‌ی I به زاویه‌ی حدی مانند t برسد که در نتیجه‌ی آن r=90 گردد. تمام شعاع‌های تابش که برای آنها I>t باشد، شعاع‌های شکست در محیط دوم شکسته نخواهند شد بلکه همه‌ی آنها انعکاس پیدا می کنند که به آن انعکاس کلی می‌گوییم.
برای زاویه‌ی t از آن جایی که 90= r میباشد. خواهیم داشت.
n2=n1.sinیا
نور پلاریزه [8]
طبق تعریف فرنل[9] (1872) نور از ترکیب تعداد بی نهایت نوسان تشکیل شده است که در هر لحظه جهت و فاز این نوسانات میلیاردها مرتبه در تمام جهات تغییر می‌کنند. پس نور معمولی که از یک منبع نور منتشر میشود، دارای تقارن کروی است. حال اگر با استفاده از اشیا یا روش‌های مختلف تقارن کروی نور را کاهش دهیم تا به تقارن خطی برسد، مطابق تعریف این نور را نور پلاریزه‌ی خطی می‌نامیم.
علاوه بر نور پلاریزه خطی، نور پلاریزه‌ی دایره‌ای و بیضوی نیز وجود دارد در مطالعه‌ی نوری بلورها و کانی‌ها از نور پلاریزه‌ی خطی استفاده میشود.
ایجاد نور پلاریزه به کمک شکست مضاعف[10] مواد بلورین
هر گاه نور به یک جسم که دارای خاصیت شکست مضاعف میباشد، وارد شود پرتو تابشی ورودی به جسم، به دو شعاع نوری تجزیه میشود. این پدیده را می‌توان در بلورهای خیلی شفاف کلسیت[11](اسپات دیسلند) که دارای شکست مضاعف نور هستند به خوبی مشاهده نمود.
برای این مشاهده در مقابل نور معمولی[12] یک جسم پشت بلور کلیست قرار می‌دهیم، در واقع بلور کلسیت را که به شکل رومبوئدر[13] تهیه شده بین چشم و جسم قرار می‌دهیم. آن گاه خواهیم دید که از جسم قرار گرفته در پشت بلور شفاف کلسیت دو تصویر دیده میشود.
علت ظاهر شدن دو تصویر از منبع نور و یا هر جسم دیگری که در پشت بلور شفاف رمبوئری کلسیت قرار گیرد آن است که نور در هنگامی که به طور عمود بر سطح بلور بتابد به دو شعاع نوری تجزیه می‌گردد که یکی از آنها بدون شکست از بلور خارج شده، به آن نور عادی می‌گوییم و با علامت W یا O نشان می‌دهیم.
شعاع دوم در هنگام ورود به بلور و در زمان خارج شدن از آن شکسته میشود که به آن شعاع غیر عادی می‌گوییم و با یا e نشان می‌دهیم.
حال اگر نور به طور مایل بتابد خواهیم دید که نور عادی بیشتر شکسته شده و دو تصویر در امتداد قطر کوچک رومبوئد قرار می‌گیرند.
در صورتی که ضخامت بلور کلسیت ثابت بوده ولی زاویه‌ی بین جهت تابش نور و محور اصلی بلور تغییر کند، سرعت ودر نتیجه ضریب شکست نور عادی ثابت مانده ولی سرعت و ضریب شکست نور غیر عادی متناسب با زاویه‌ی تابش تغییر پیدا می‌کند. این تغییر در صورتی به حداکثر مقدار خود می‌رسد که جهت تابش نور، عمود بر محور اصلی باشد واز طرف تابش نور در جهت محور اصلی بلور باشد.
اگر سطحی از بلور را که به موازات محور اصلی بلور قرار دارد در نظر بگیریم، از یک منبع نورواقع در این سطح دو شعاع نوری در تمام جهت منتشر میشود که انتشار آنها یکی به صورت کره و دیگری به صورت بیضوی دورانی میباشد.
کره و بیضوی یک دیگر را در نقطه‌ای قطع می‌کنند که محور اصلی در این نقطه‌ی بیضوی را قطع می‌نماید.
با توجه به این توضیحات می‌توانیم نحوه‌ی انتشار نور را در بلورهای شفاف رمبوئدر کلسیت در حالات زیر توضیح دهیم:
1ـ اگر نور در جهت محور اصلی و عمود بر سطح قاعده‌ی بلور شفاف کلسیت بتابد، در نقطه‌ی برخورد نور با سطح بلور، دو شعاع نوری حاصل میشود که موقعیت آنها در بلور به وسیله‌ی محور اصلی مشخص می‌گردد.
پس از مدت زمان معینی هر دو شعاع نوری یعنی انتشار کروی و بیضوی به یک فاصله از نقطه‌ی شروع قرار دارند و همان طور که گفته شد، چون جهت تابش نور در جهت محور اصلی است محل تقاطع کره و بیضوی روی این محور قرار داشته و در نتیجه در این جهت فقط یک ضریب شکست وجود خواهد داشت.
2ـ اگر سطح بلور نسبت به محور اصلی به طور مایل قرار گرفته باشد با وجودی که شعاع تابش عمود بر سطح بلور میباشد ولی نسبت به محور اصلی مایل قرار گرفته است. از طرف دیگر محور چرخش دو شعاع نوری حاصله یعنی خط و اصل بین نقطه‌ی شروع و نقطه‌ی تلاقی کره و بیضوی، به طور مایل نسبت به جهت تابش قرار دارد. خط مماس بر سطح بیضوی به موازات خط مماس بر سطح کره قرار می‌گیرد. اما چون خط مماس بر سطح بیضوی عموماً عمود بر جهت انتشار نور غیر عادی[14] نمی‌باشد، بنابراین جهت انتشار نور عادی[15] با نور غیر عادی اختلاف پیدا کرده و دارای سرعت‌های متفاوتی می‌گردند.
3ـ اگر نور عمود بر محور اصلی بتابد، باز هم دو شعاع نوری حاصل میشود که در اینجا اختلاف سرعت آنها به بیش‌ترین مقدار خود می‌رسد.
هر چند که در این حالت جهت هر دو شعاع یکی است ولی در این جهت دارای شکست مضاعف میباشند یعنی دو تصویر پشت یک دیگر قرار دارند.
پدیده‌ی تجزیه‌ی نور به دو شعاع نوری را در بلورهای شفاف کلیست می‌توان به طور عملی نیز مشاهده نمود. هر گاه نور معمولی بر سطح بلور بتابد و بلور را حول محور عمود برای سطح چرخش دهیم، خواهیم دید که محل یکی از تصاویر ثابت بوده و تصویر دیگر حول تصویر اولی گردش می‌کند. در این صورت تصویر اول مربوط به نوری عادی و تصویر دوم حاصل از نور غیر عادی میباشد.
یکی از ویژگی‌های نور عادی و نور غیر عادی آن است که هر دو شعاع نوری پلاریزه خطی میباشند و جهت نوسانات آنها عمود بر یک دیگر قرار دارد. این پدیده را هم می توان به طور عملی مشاهده نمود به این صورت که هر گاه بین جسم و بلور، آنالیزور[16] قرار دهیم و بلور را بچرخانیم، مشاهده خواهیم نمود که در طی هر 90 درجه چرخش، یکی از تصاویر خاموش میشود. یعنی در هر 90 درجه چرخش جهت یکی از این نوسانات عمود بر جهت نوسان آنالیزور قرار گرفته و خاموش می‌گردد.
یکی دیگر از ویژگی‌های این دو شعاع نوری آن است که دارای رنگ‌های متفاوت میباشند و علت آن این است که عبور نور در بلور با جذب نور همراه بوده و جذب نور برای این دو شعاع نوری متفاوت میباشد. تجزیه‌ی نور به دو شعاع نور پلاریزه یکی از خواص بلورهای آن ایزوتروپ میباشد.
مطالعه‌ی میکروسکوپی بلورها و کانی‌ها معمولاً به وسیله‌ی میکروسکوپ‌های پلاریزان انجام می‌گیرد که در انها علاوه بر استفاده از نور معملی با دستگاه‌هایی نورمعملی به نور پلاریز به تبدیل شده و از نور پلاریزه نیز برای مطالعه‌ی بلورها استفاده میشود.
یکی از متدهای تهیه‌ی نور پلاریزه استفاده از بلورهای آن ایزوتروپی است که دارای شکست مضاعف میباشند ولی همان طور که در بالا گفته شد در این بلورها دو شعاع نور پلاریزه تشکیل می‌گردد. در صورتی که در مطالعات میکروسکوپی احتیاج به یک شعاع پلاریزه میباشد. برای جدا نمودن دو شعاع نور پلاریزه از یک دیگر، نیکول[17] در سال 1828 میلادی متدی ارائه نمود که در آن از منشوری به نام منشور نیکول[18] استفاده میشود.
منشور نیکول عبارت است برشی از رومبوئدری[19] از بلورهای شفاف کلیست که در امتداد قطر آن بریده شده و این در قطعه دوباره به وسیله‌ی چسب بوم کانادا به یک دیگر چسبانده می‌شوند. نور در هنگام ورود به بلور شفاف کلسیت به دو شعاع نور پلاریزه تجزیه میشود که دارای سرعت‌های مختلف و در نتیجه ضرایب شکست متفاوت میباشند.
ضریب شکست بلور کلسیت برای نور عادی 486/1=n و برای نور عادی 658/1=n بوده و در ضمن ضریب شکست چسبی[20] که دو تکه‌ی بلور را به هم چسبانیده‌ایم یعنی بوم کانادا 526/1=n میباشد. هر گاه نور به طور مایل وارد بلور کلسیت شود، نور غیر عادی در هنگام عبور از آن شکست مختصری پیدا می‌کند در صورتی که نور عادی بیشتر شکسته میشود.
از این توضیحات نتیجه می‌گیریم که نور عادی در هنگام برخورد با بوم کانادا به علت این که ضریب شکست بوم کانادا بیشتر است، انعکاس کلی[21] پیدا می‌کند در صورتی که نور غیر عادی که ضریب شکست آن از ضریب شکست بوم کاندا کم‌تر است، پس از مختصر شکستی از طرف دیگر بلور خارج میشود و به این ترتیب با کمک منشور نیکول دو شعاع نور پلاریزه را از هم جدا می‌کنیم.
میکروسکوپ[22]
میکروسکوپ دستگاهی است که تصویر یک جسم را چندین مرتبه بزرگ تر نشان می‌دهد. در این دستگاه تصویر یک جسم به وسیله‌ی دو سری عدسی در دو مرحله بزرگ میشود. در مرحله‌ی اول یک سیستم عدسی به نام عدسی‌های شئی‌ای[23] از یک جسم، تصویری حقیقی ولی معکوس و بزرگ شده تشکیل می‌دهد.
در مرحله‌ی دوم، تصویر تشکیل شده از ابژکتیف به وسیله‌ی یک سیستم عدسی دیگری به نام عدسی‌های چشمی[24] مجددا بزرگ شده و به چشم ما می‌رسد. این آخرین مرتبه‌ی بزرگ نمایی میکروسکوپ است. برای این که چشم تصویر را در بی نهایت ببیند، تصویر بزرگ شده توسط ابژکتیف باید کانون اکولر قرار گیرد.
متن کامل را می توانید بعد از پرداخت آنلاین ، آنی دانلود نمائید، چون فقط تکه هایی از متن به صورت نمونه در این صفحه درج شده است.
دانلود فایل
دانلود مقاله کامل درباره بلورشناسی نوری