المناهج

أنواع حيود الضوء

أنواع حيود الضوء

يوجد الفرق بين الحيود والتداخل كما يمكن تقسيم حيود الضوء إلى نوعين:

حيود فراونهوفر

  • المصدر والشاشة بعيدان عن بعضهما البعض.
  • واجهات الموجة الحادثة على عقبة الانعراج تكون مستوية.
  • تؤدي عقبة الانعراج إلى ظهور جبهات موجية مستوية أيضًا.
  • تتقارب واجهات موجة انحراف المستوى عن طريق عدسة محدبة لإنتاج نمط حيود.

حيود فرينل

  • المصدر والشاشة ليسا بعيدين عن بعضهما البعض.
  • الجبهات الموجية للحادث كروية.
  • واجهات الموجة التي تترك العوائق هي أيضًا كروية.
  • ليست هناك حاجة للعدسة المحدبة لتقارب الجبهات الموجية الكروية.

تجربة حيود الضوء

  • بحسب بحث عن التداخل والحيود ، ضع الضوء على سطح ثابت بعيدًا عنك بمسافة ذراع واحدة على الأقل.
  • ارفع القلمين الرصاص جنبًا إلى جنب مع وجود الممحاة في الأعلى. يجب أن يُبقي الشريط الملفوف حول قلم رصاص أقلام الرصاص متباعدة قليلاً ، مما يشكل شقًا رفيعًا بينهما ، أسفل الشريط مباشرةً. أمسك كلا القلمين بالقرب من عين واحدة (حوالي 1 بوصة [2.5 سم]) وانظر إلى مصدر الضوء من خلال الشق بين الأقلام الرصاص. اضغط على الأقلام معًا ، مما يجعل الشق أصغر.
  • لاحظ أن هناك خطًا من الضوء متعامدًا على الشق. أثناء النظر من خلال الشق ، قم بتدوير الأقلام الرصاص حتى تصبح أفقية ، ولاحظ أن خط الضوء يصبح عموديًا.
  • إذا نظرت عن كثب ، فقد ترى أن الخط يتكون من نقاط صغيرة من الضوء. أثناء الضغط على الشق معًا ، تكبر فقاعات الضوء وتنتشر بعيدًا عن مصدر الضوء المركزي وتصبح رؤيتها أسهل. لاحظ أن النقاط لها حواف زرقاء وحمراء وأن الحواف الزرقاء أقرب إلى مصدر الضوء.
  • مدد شعرك بإحكام وثبته على بعد 2.5 سم من عينك. حرك الشعر حتى يصبح بين عينك ومصدر الضوء ، ولاحظ أن الضوء ينتشر في خط من النقط بالشعر ، تمامًا كما كان عند الشق. قم بتدوير الشعر وراقب خط النقط وهي تدور.
  • انظر إلى الضوء من خلال قطعة قماش أو ريشة أو محزوز حيود أو قطعة من حاجز معدني. قم بتدوير كل كائن أثناء النظر من خلاله.

استعمالات حيود الضوء

  • محزوزات الحيود: تم استغلال ظاهرة حيود الضوء بذكاء لإنتاج واحدة من أهم أدوات العلم – محزوز الحيود. بدلاً من فتحة واحدة فقط ، تم حفر عدد كبير من الشقوق أو الأخاديد الرفيعة – تصل إلى 25000 لكل بوصة – في مادة. عند صنع هذه الأجهزة الحساسة ، من المهم أن تكون الأخاديد متوازية ، ومتباعدة بشكل متساوٍ ، ولها عرض متساوٍ. يحول محزوز الحيود شعاع الضوء الساقط إلى طيف. يحدث هذا لأن كل أخدود في الشبكة يحيد الحزمة ، ولكن نظرًا لأن جميع الأخاديد متوازية ومتباعدة بشكل متساوٍ ولها نفس العرض ، فإن الموجات المنعرجة تختلط أو تتداخل بشكل بناء بحيث يمكن عرض المكونات المختلفة بشكل منفصل. تعتبر الأطياف الناتجة عن حواجز الانعراج مفيدة للغاية في التطبيقات من دراسة بنية الذرات والجزيئات إلى فحص تكوين النجوم.
  • حيود الأشعة السينية: الأشعة السينية هي موجات ضوئية ذات أطوال موجية قصيرة جدًا. عندما تقوم بتشعيع مادة بلورية صلبة فإنها تنحرف بواسطة ذرات البلورة. ولكن نظرًا لأنه من سمات البلورات أن تتكون من ذرات متباعدة بشكل متساوٍ ، فمن الممكن استخدام أنماط الحيود التي يتم إنتاجها لتحديد المواقع والمسافات بين الذرات. بلورات بسيطة تتكون من مستويات متساوية من الذرات تحيد الأشعة السينية وفقًا لقانون براج. تستخدم الأبحاث الحالية التي تستخدم حيود الأشعة السينية أداة تسمى مقياس الحيود لإنتاج أنماط الحيود التي يمكن مقارنتها مع تلك الموجودة في البلورات المعروفة لتحديد بنية المواد الجديدة.
  • التصوير المجسم: عندما يختلط شعاعي ليزر بزاوية على سطح لوحة فوتوغرافية أو مادة تسجيل أخرى ، فإنهما ينتجان نمط تداخل من خطوط داكنة ومشرقة متبادلة. نظرًا لأن الخطوط متوازية تمامًا ، ومتباعدة بشكل متساوٍ ، ومتساوية العرض ، تُستخدم هذه العملية لتصنيع حواجز شبكية حيود ثلاثية الأبعاد بجودة عالية. في الواقع ، يمكن اعتبار أي صورة ثلاثية الأبعاد (هولوس – كامل: جرام – رسالة) بمثابة محزوز حيود معقد. يتضمن تسجيل الهولوغرام خلط شعاع الليزر ونمط الحيود غير المركّز لبعض الأشياء. لإعادة بناء صورة للكائن (يُعرف التصوير المجسم أيضًا باسم إعادة بناء واجهة الموجة) ، يتم انحراف الحزمة المضيئة بواسطة الأسطح المستوية داخل الهولوغرام ، وفقًا لقانون Bragg ، بحيث يمكن للمراقب عرض الصورة بكل تفاصيلها ثلاثية الأبعاد .

تطبيقات على حيود الضوء

  • الانعراج هو الانحراف عن المسار المستقيم الذي يحدث عندما تمر موجة مثل الضوء أو الصوت حول عائق أو عبر فتحة. تعتمد أهمية الانعراج في أي موقف معين على الحجم النسبي للعائق أو الفتحة والطول الموجي للموجة التي تصطدم بها. محزوز الحيود هو جهاز مهم يستخدم حيود الضوء لإنتاج الأطياف. يعد الانعراج أساسيًا أيضًا في تطبيقات أخرى مثل دراسات حيود الأشعة السينية للبلورات والتصوير المجسم.
  • تخضع جميع الموجات للانحراف عندما تواجه عقبة في طريقها. تأمل في ظل سارية العلم التي ألقتها الشمس على الأرض. من مسافة بعيدة ، تعطي المنطقة المظلمة للظل انطباعًا بأن الضوء الذي ينتقل في خط مستقيم من الشمس قد تم حجبه بواسطة القطب. لكن المراقبة الدقيقة لحافة الظل ستكشف أن التغيير من الظلام إلى النور ليس مفاجئًا. بدلاً من ذلك ، هناك منطقة رمادية على طول الحافة تم إنشاؤها بواسطة الضوء “المنحني” أو المنعرج على جانب القطب.
  • عندما يرسل مصدر للموجات ، مثل مصباح كهربائي ، شعاعًا عبر فتحة أو فتحة ، سيظهر نمط حيود على شاشة موضوعة خلف الفتحة. سيبدو نمط الانعراج مثل الفتحة (شق ، دائرة ، مربع) لكنه سيكون محاطًا ببعض موجات الانحراف التي تمنحه مظهرًا “غير واضح”.
  • إذا كان كل من المصدر والشاشة بعيدين عن الفتحة ، يتم تحديد مقدار “التشويش” من خلال الطول الموجي للمصدر وحجم الفتحة. مع الفتحة الكبيرة ، سيمر معظم الشعاع مباشرة من خلاله ، مع حواف الفتحة فقط التي تسبب الانعراج ، وسيكون هناك “ضبابية” أقل. ولكن إذا كان حجم الفتحة مشابهًا لطول الموجة ، فإن نمط الانعراج سيتسع. على سبيل المثال ، يمكن أن تتسبب النافذة المفتوحة في انحراف الموجات الصوتية من خلال زوايا كبيرة.
  • يشير حيود فرينل إلى الحالة التي يكون فيها المصدر أو الشاشة قريبين من الفتحة. عندما يكون كل من المصدر والشاشة بعيدين عن الفتحة ، يتم استخدام مصطلح حيود فراونهوفر. كمثال على هذا الأخير ، فكر في دخول ضوء النجوم إلى تلسكوب. يُعرف نمط الانعراج الخاص بمرآة التلسكوب الدائرية أو العدسة بقرص Airy ، والذي يُنظر إليه على أنه قرص مركزي لامع في منتصف عدد من الحلقات الخافتة. يشير هذا إلى أن صورة النجم ستتسع دائمًا بسبب الانعراج. عندما لا توجد عيوب في الأدوات البصرية مثل التلسكوبات ، فإن أعظم التفاصيل التي يمكن ملاحظتها يقال إنها محدودة الانعراج.

لماذا يتم استخدام ضوء أحادي اللون في تجارب التداخل

  • الضوء أحادي اللون هو ضوء ذو طول موجي واحد ، أو على الأقل عرض نطاق ضيق للغاية. وهذا يجعل نطاقات التداخل محددة للغاية. هذا ضروري جدًا للحصول على نتيجة جيدة من شقين.
  • نظرًا لأنه من المعتاد استخدام الليزر لمثل هذه التجارب ، سيكون الضوء أيضًا متماسكًا. أي أن جميع الفوتونات الموجودة في الضوء في طور عبر الحزمة وتتغير المرحلة بسلاسة على طول الحزمة. هذا يعني أن نمط التداخل مستقر ، ولا يتحرك حيث تتداخل فوتونات الطور المختلفة. مرة أخرى ، هذا ضروري جدًا للحصول على نتيجة جيدة من شقين.
السابق
تعريف السحابة الإلكترونية في الذرة
التالي
الفرق بين الحيود والتداخل