Qutblangan va qutblanmagan molekulalar Chiziqli va nochiziqli molekulalar

Reja:

1. 
   Qutblangan va qutblanmagan molekulalar
   

1. 
   Chiziqli va nochiziqli molekulalar
   

1. 
   Dipol va uning o‘lchov birligi
   
2. 
   Simmetriya elementlari
   

Spektral ajratishi yani ikki bir biriga yaqin chiziqlarni ajrata olish qobilyati ~20%. Demak ikki chiziq orasida 20A0 farq bo‘lsa ajratish mumkin (2.2-rasm).

Spektrlarni ajratishi usuli

Fotografik metodlar. Plastinka (yoki plenka) fotosezuvchan qatlam surtiladi. Fotoplastinka qorayishiga qarab tushgan yorug‘lik miqdori aniqlanadi. Qorayish darajasi quydagicha aniqlanadi.
D=lg bu yerda ɸ0-qoraymagan joydan o‘tgan yorug‘lik oqimi
ɸ-qoraygan joydan o‘tgan yorug‘lik oqimi.
Qorayish darajasi eng avvalo ekspozitsiyaga bog‘liq D=E*t, E-yoritilganlik t-vaqt
Lekin u yana yoritilish xarakterli, plyonkani qayta ishlashga bog‘liq va yana qorayish darajasini o‘lchash usuliga. Qorayish darajasi ekspozitsiyasiga nochiziqli ba o‘ta murakkab bog‘langan shuning uchun emperik egri chiziq bilan ifodalanadi-xarakteristik chiziq (2.3-rasm).
2.Spektrning qorayish darajasi
1- kam yoritilgan interval, 2-normal ekspozitsiya, 3-ko‘p yoritilgan soha, 4-solyarizatsiya sohasi
Sezuvchanlik, uni xarakterlash ancha murakkab, shuning uchun turli GOST lar mavjud. Shuning uchun ekvivalent kvant chiqishi tushunchali kiritiladi.
Faraz qilamiz bizda shunday qatlam borki u xar bitta fotonni cezadi unda ekvivalent kvant chiqishi ko‘pi ɳ= bilan ɳ=0.01 teng, yani sezgirligi ancha kam. (lekin vaqtni oshirish mumkin)
Vakumli fotoelementlar.Odatda shisha kolba bir qismiga fotoefffekt xodisasiga ega qatlam suriladi, qizil chegara 0= = ev*B-dagi chiqish ishi
Spektral sezgirlik .Turli fotokatodlar uchun turlicha, yarim balandligida spektral sezgirlik 200÷400A0 [m/vt] atrofida bo‘ladi. Kamchiligi - xususiy shoqivqini katta, shu sababli, kichik yoritilganlikni sezmaydi. IK diapazonda ko‘p xolda integral yoritilganlik o‘lchanadi, unda balometrlar ishlatiladi. UB soxada ishlash uchun gaz bilan to‘ldirilgan fotoelementga katta kuchlanish beriladi va gazda ionizatsiya xosil qilinadi hatijada tok kuchayadi. Geyger schotchiklariga o‘xshash qurilmalar yordamida past fotonlar oqimi o‘lchanadi, ular fotonlar oqimi 10÷100 ta/sek bo‘lganda ishlaydi.
Fotoelektron kuchaytirgichlar kuchsiz signallarni qabul qilishda ishlatiladi.Ularni ishlashi ikkilamchi emissiyasi xodisasiga asoslangan (2.3.-rasm).

2.3.-rasm Fotoelektron kuchaytirgichlarning umumiy ko`rinishi

Kuchaytirish koeffitsienti 106÷108 k≈ ,α-kengligi emettirga yetib borgan fototoklar soni σ-urib chiqarilgan elektronni tushgan elektronlarga nisbati.
III -BOB Spektral chiziqlarni qayd qilish
3.1.Spektral chiziqlarning kengligiga ta’sir qiluvchi omillar
Biz shu paytgacha diskret energetik holatlarni qaradik ya’ni ma’lum bir energiyaga E ega bo‘lgan sistemalarning orasida bo‘ladigan o‘tishlar monoxramatik deb qaraldi (3.1-rasm).

ga asosan. Haqiqatda esa har qanday energetik holat ma’lum bir kenglikga ega bo‘ladi bu energetik holatlar orasidagi o‘tishlar qa’tiy monoxramatik bo‘lmaydi Spektral chiziqlarning kengayishining bir necha sababi mavjud:

a.Tabiiy kengligi
b.Dopplercha kengayish
s.O‘zaro to‘qnashish tufayli kengayish
Har bir statsionar holat yoki energetik yuksaklik chekli kenglikka ega

3.1-rasm. Energetik holatlar orasidagi o`tishlar

(1)
(2)
Borning chastotalar sharti.
Tinch turgan zarrachalar sistemasiga to‘g‘ri keladigan statsionar holatlarning kengligiga yoki konturning kengligiga tabiiy kenglik deyiladi. Statsionar holatlarning energitek kengligi va zarrachalarning uyg‘ongan holatda yashash vaqti orasida quyidagicha bog‘lanish bor energiya va vaqtning ya’ni kvant mexanikasidagi noaniqlikdan
(3)
(3) dan ko‘rinadiki intilsa energetik holat juda tor bo‘ladi, ya’ni
(4)
Asosiy holatda 4-shartni kuzatish mumkin shuning uchun zarra asosiy holatda ko‘p bo‘ladi yoki ko‘p yashaydi. Tabiiy kontur boshqa konturlarga nisbatan eng tor kontur hisoblanadi. Agar o‘tgan vaqtni bilan almastirsak

teng. -statsionar holatlarning kombinatsiyasi uchun yozish mumkin

Bizga ma’lumki o‘tish uchun yozish mumkin

бўлади.
Ba’zan holatdan j ga bir necha o‘tishlar yoki j dan i ga bir necha o‘tishlar bo‘lishi mumkin (3.2-rasm), ya’ni

Ikrom akam, [21/12/23 18:04]

3.2-rasm. Energetik holatlar orasidagi o`tishlar va spetr kengligi
by vaqtda umumiy ehtimoliyat

Xuddi shunday bularning summasi ham o‘tish vaqtlari ham o‘zgaruvchan bo‘ladi. Shunga mos ravishda konturning yarim kengligi

Tabiiy konturda intisivlikning taqsimotlanishi (yutilish paytida) quyidagi qonuniyat asosida bo‘ladi

(5)
- Yorug‘lik to‘lqini amplitudasi

nuqtada maksimal qiymatga ega bo‘ladi, ya’ni intinsivlik bu nuqtada maksimal qiymatga ega bo‘ladi.

ga ossillyatorning xususiy tebranish chastotasi deyiladi. k - kvazielastiklik doimiysi.
5 - chi formuladan ko‘rinadiki yutilish chastotaga bog‘liq ekan. Xuddi shunday formulani chiqarish spektri uchun ham yozish mumkin, ya’ni chiqarish spektrlarida intensivlikning taqsimlanish funksiyasi
(6)
-so‘nish koeffitsiyenti (cek-1)
Intensivligining taqsimlanishi 6-chi formulaga bo‘ysunadigan konturga dispersion yoki Lorents konturi deyiladi. Tabiiy kengayish konturi xuddi shunday taqsimlanishga bo‘ysunadi, uning yarim kengligi

Lorents konturining ko‘rinishi quyidagicha bo‘ladi (3.3-rasm).

3.3-rasm. Spektral polosaning Lorents konturi.

Gazlarda odatda tabiiy kengayish konturining yarim kengligi teng
a).Dopplercha kengayish
Bu hodisaning mohiyati shundan iboratki, molekulaning harakat tezligi tufayli yutgan yoki chiqargan kvantining chastotasi o‘zgarib turadi. Faraz qilamizki yorug‘lik z o‘qi bo‘yicha tarqalayotgan bo‘lsin. Molekula esa z o‘qiga nisbatan θ burchak hosil qilib, tezlik bilan harakat qilayotgan bo‘lsin (3.4-rasm).

3.4-rasm. Spektral polosaning Dopplercha konturining ko`rinishi

U vaqtda Doppler effekti tufayli spektral chiziq chastotasining o‘zgarishi

(7)
с - yorug‘lik tezligi
- zarraning yutilish yoki chiqarish chastotasi
- z o‘qiga nisbatan tezligining proyeksiyasi.
Dopplercha kengayishning asosiy xususiyatlaridan biri shundan iboratki, molekula yorug‘lik kvantiga nisbatan perpendikulyar harakat qilayotgan bo‘lsa (7)- formulaga asosan kengayish nolga teng bo‘ladi (chastotaning o‘zgarishi 0 ga тенг). Perpendikulyar bo‘lsa teng bo‘ladi. Eng yaxshi effekt da yoki da bo‘ladi.
Doppler konturida intensivlikning taqsimlanishi
(8)
(8) dan ko‘rinadiki intensivlikning taqsimlanishi eksponensial qonun bo‘yicha bo‘ladi.
(9)
-molekulaning massasi, с - yorug‘lik tezligi, Т- absolyut temperatura, к - Bolsman doimiysi.
Temperatura qancha yuqori bo‘lsa Doppler effekti shuncha kuchliroq bo‘ladi.
Shunday qilib Dopplercha kengayish molekulalarning massasi va temperaturasiga bog‘liq ekan (8) va (9) dan yozish mumkin.

spektral palosaning Dopplercha ko‘rinishi

(10)
Doppler konturi Gauss funksiyasiga bo‘ysinadi.
Shunday qilib gazlarda spektral chiziqlar konturi kengayishining asosiy sabablaridan biri molekulalarning o‘zaro to‘qnashib turishidir. Molekulalar o‘zaro to‘qnashib turganda to‘qnashish tufayli olgan energiyasi hisobidan statsionar holatlar orasida o‘tish qilishi mumkin. Shuning uchun ham hosil bo‘lgan spektrning tarkibi o‘zgaradi. To‘qnashish tufayli hosil bo‘lgan konturda intensivlikning taqsimlanishi
(11)
j - to‘qnashishlar bilan bog‘liq bo‘lgan so‘nish koeffitsiyenti
(11) dan ko‘rinadiki to‘qnashish konturida ham intensivlikning taqsimlanishi Lorentscha bo‘lar ekan. Odatda

Shunday qilib spektral chiziqlarning umumiy kengligi

Gazlarning kinetik nazariyasiga asosan bir xil molekulalarning to‘qnashishi

-to‘qnashishlar orasidagi o‘rtacha vaqt

N-birlik hajmdagi molekulalar soni
-zarraning ko‘ndalang kesim yuzasi
o‘rtacha tezlik

Eksperimentlar ko‘rsatadiki, gazlarda haqiqiy spektral polosaning konturi Doppler va to‘qnashish konturining yig‘indisidan ya’ni superpozitsiyadan iborat. Polosaning markaz qismi Doppler konturidan, qanot qismi esa to‘qnashuv tufayli kengayishi bilan bog‘lik bo‘ladi. Misol uchun past bosim, yuqori temperaturada yengil molekulalarning konturi Dopplercha bo‘ladi. Yuqori bosimlarda asosan kengayishni to‘qnashish bilan bog‘lab tushuntirish mumkin.

Ikrom akam, [21/12/23 18:04]

3.2-Spektral qurilmalarning apparat funksiyasi.
Elektromagnit to‘lqin nurlanishlarini muhit, atom yoki molekulalari bilan o‘zaro ta’sirlashuvi natijasidagi fizik qonuniyatlarni optik usulda qayd qilish ikki usulda amalga oshiriladi:
1.Fotografik usul.
2.Fotoelektrik usul.
Fotografik usul bilan laboratoriya mashg‘ulotida batafsil tanishtirilishini e’tiborga olib, fotoelektrik usulga to‘xtalib o‘tamiz.
Oldingi mavzuimizdagi shakl-2 dagi spektral qurilmani chiqish tirqichininig fokal tekisligiga quyidagi ketma-ketlikda elektrik qurilmalar ulanadi:
1.Fotoko‘paytirgich – vazifasi spektral qurilmadan kelayotgan optik nurlanishni elektr energiyasiga aylantirib beradi.
2.Atom nurlanishining intensivligi juda kichik bo‘lganligi uchun fotoko‘paytirgichga uzatiladi.
3.EHM yoki potensiometrga ulanib, intensivlikning chastota bo‘yicha taqsimot grafigi olinadi.
Nazariyaga asosan spektral qurilma ideal bo‘lsa, tirqich kengligi qanday kattalikda bo‘lsa, spektrning kengligi ham shunday kattalikda bo‘lishi lozim. Ammo amalda bu nisbat saqlanmasdan spektrning kengligi tirqich kengligidan bir necha marta katta bo‘ladi.
1. Spektral qurilma tarkibiga kirgan optik qismlardagi kamchiliklar – aberatsiyalar hisobiga.
2.Tirqich kengligi kichik bo‘lganligi uchun difraksiya hodisasi hisobiga.
Bu ikkita sabab spektrning kengligiga ta’sir ko‘rsatadi va natijada spektr kengligi tirqich kengligidan katta bo‘ladi. Bu taqsimotni spektral qurilmaning apparat funksiyasi deyiladi.
Optik tadqiqotlarni tajribada olingan intensivlikning chastotaning kvadrati bilan bog‘liqlik grafigida apparat funksiya ta’sirini e’tiborga olishimiz lozim.
Savol tug‘iladi, qanday qilib eksperimental tadqiqot yordamida olingan bog‘lanishini aks ettiruvchi taqsimotda apparat funksiya ta’sirini e’tiborga olinadi. Birinchi navbatda tajribada olingan spektr kengligini tarkibida apparat funksiya kengligini ta’sirini e’tiborga olish lozim. Asosiy masala atom nurlanishining spektrini kengligini - topishdan iborat.
Intensivlikning chastota bo‘yicha taqsimoti spektral qurilmaning apparat funksiyasi xamda atom nurlanishining spektri uchun ham ikki xil qonuniyat bo‘yicha taqsimlanadi:1.Lorens taqsimoti. 2.Gauss taqsimoti. Lorens yoki Gauss taqsimotlari quyidagicha aniqlanadi (3.5-rasm), Lorens taqsimoti , (3.6-rasm), Gauss taqsimoti.

3.5-rasm. Lorens taqsimoti 3.6-rasm. Gauss taqsimoti

Atom nurlanishi spektrini kengligini haqiqiy qiymatini topish optik tadqiqotlarda juda katta ahamiyatga ega. YA’ni nurlanuvchi atom xususiyatlarini aniqlashga yordam beradi.
Jumladan, Frenel nazariyasiga asosan ga teng. Ushbu formuladagi - relaksatsiya vaqtini xarakterlab, tashqi elektromagnit to‘lqin nurlanishi ta’sirida molekulaning atomi uyg‘ongan xolatga o‘tib, quyi energetik sathdan yuqori energetik sathga ko‘tarilib, yana o‘z xolatiga qaytguncha ketgan vaqtni ifodalaydi. -atomning tebranish davri. U – atomning quyi energetik sathdan yuqori energetik sathga ko‘tarilishi uchun zarur bo‘ladigan energiya.
Formulaga asosan quyidagi grafikni chizsak, ni topishimiz mumkin (3.7-rasm).

3.7-rasm. bog‘lanish grafigi

3.7-rasmdagi bog‘lanish grafigini olish uchun turli temperaturalarga mos kelgan ni bilishimiz kerak. Relaksatsiya vaqti tajribada quyidagicha topiladi:

Ushbu formuladagi s- yorug‘likning vakuumdagi tezligi, - spektrning kengligi. Turli temperaturalarda atom nurlanish spektri kengligi topilib, mos ravishda lar hisoblanadi.

Turli temperaturalarda spektrlar olinishi, ni hisoblash va ni grafikdan aniqlash batafsil tushuntiriladi.
Amalda apparat funksiya va tajribada olingan spektr taqsimoti Lorens yoki Gauss funksiya taqsimoti bo‘yicha o‘zgarishi mumkin. U xolda qanday topiladi ?
1-xol. Apparat funksiya-Gauss, tajriba-Gauss.
2-xol. Apparat funksiya-Gauss, tajriba-Lorens.
3-xol. Apparat funksiya-Lorens, tajriba-Gauss.
4-xol. Apparat funksiya-Lorens, tajriba- Lorens.
Apparat funksiyaning kengligi , tajribada olingan lar eksperimental tajriba yordamida aniqlanib, spektrning xaqiqiy kengligi ning turli qiymatlari uchun quyidagi grafik chiziladi(3.8-rasm).
I zoh: ,

Ikrom akam, [21/12/23 18:04]

3.8-rasm (1, 2, 3, 4 bog‘lanishlar mos ravishda 1, 2, 3, 4- xolat uchun o‘rinli).

3.8-rasmdan qanday qilib atom nurlanishi spektri kengligining haqiqiy qiymatlarini topish mumkin. Masalan: va qiymatlarga teng bo‘lsin. U xolda ga teng bo‘ladi. SHakl -4 dan o‘qidagi 0,5 ga teng nuqtadan grafikdagi bog‘lanish bilan kesishguncha davom ettirsak, 4-xol uchun 0,3 ga teng bo‘ladi. Demak,

Demak, atom nurlanishi spektri yordamida molekula va atomlarning xususiyatlarini o‘rganish mumkin.
3.3.-Yorug‘lik filtrlari, xossalari va ularning turlari
Elektromagnit to‘lqin nurlanishlarini muhit, atom yoki molekulalari bilan o‘zaro ta’sirlashuv jarayonidagi fizik qonuniyatlarni optik usullar bilan tadqiq qilishda katta ahamiyatga ega bo‘lib, atomlar nurlanishlaridan xosil bo‘lgan spektrlarni spektral tarkibini o‘zgartirmasdan har bir atom nurlanish spektrini bog‘lanish qonuniyatini ajratib beradigan qurilmaga yorug‘lik filtri deb ataladi.

Turli xil chastotali yoki to‘lqin uzunlikka ega bo‘lgan spektrlarni alohida-alohida ajratib beradi. YOki bitta to‘lqin uzunlikni yutib, ikkinchi to‘lqin uzunlikni o‘tkazadi.

Yorug‘lik filtrlari Mendeleev davriy sistemasidagi o‘ziga xos bo‘lgan elementlar tarkibidan aralashmalar tayyorlanib, shisha plastinka sirtida o‘ta yupqa plyonka hosil qilish yo‘li bilan tayyorlanadi (3.9-rasm).
3.9-rasm.Yorug‘lik filtri yordamida susaytish va filtrning o‘tkazuvchanlik koeffitsienti hisoblash umumiy ko`rinishi

Yorug‘lik filtrlarining vazifasi ikki turdan iborat:

1.Kerakli to‘lqin uzunlikni ajratib berish. 2.Atom nurlanish spektrini intensivligi juda katta qiymatga ega bo‘lib, eksperimental qurilma imkoniyatidan yuqori bo‘lsa (masalan, spektr potensiometr yordamida qayd qilinsa) uni yorug‘lik filtri yordamida susaytiriladi va filtrning o‘tkazuvchanlik koeffitsienti hisoblanib, o‘z xoliga keltiriladi.Yorug‘lik filtrining asosiy xarakteristikalaridan biri uning o‘tkazuvchanlik koeffitsienti hisoblanadi (3.10-rasm). (1)

3.10-rasm.Yorug‘lik filtridan o‘tayotgan yorug‘lik oqimining o`tishi

Yorug‘lik filtridan o‘tayotgan yorug‘lik oqimining yorug‘lik filtriga tushayotgan yorug‘lik oqimiga nisbati bilan o‘lchanadigan kattalikka yorug‘lik filtrining o‘tkazuvchanlik koeffitsienti deyiladi.Amaliyotda yorug‘lik filtrining o‘tkazuvchanlik koeffitsienti o‘rniga uning optik zichlik deb nomlanuvchi kattalik ishlatiladi.

Ya’ni (2)
Agar eksperimental tajriba davomida bir nechta yorug‘lik filtri ishlatilsa va yorug‘lik filtridan qisman bo‘lsada yorug‘likning qaytishini e’tiborga olmasak, u xolda natijalovchi optik zichlik barcha filtrlardan o‘tgan optik zichliklar yig‘indisidan iborat bo‘ladi.
Ya’ni (3)
Yorug‘lik filtrlari o‘zlarining xossalariga qarab bir nechta turga bo‘linadi:
1.Tajriba o‘tkazilayotgan optik diapazonda (ya’ni, oraligida) yorug‘lik filtrining optik zichligi filtrga tushayotgan yorug‘lik nurining to‘lqin uzunligiga bog‘liq bo‘lmasa, bunday yorug‘lik filtrlari neytral yorug‘lik filtrlari deyiladi.
2.Agar yorug‘lik filtrining optik zichligi filtrga tushayotgan yorug‘lik nurining to‘lqin uzunligiga bog‘liq bo‘lsa, bunday yorug‘lik filtrlari selektiv yorug‘lik filtrlari deyiladi. (bir nechta to‘lqin uzunliklarini o‘tkazadi, ya’ni keng spektral oraligidagi ni o‘tkazadi). Ultrabinafsha va ko‘zga ko‘rinadigan optik diapazon uchun alyumin yoki platina kukunidan foydalanib yorug‘lik filtrlari yasaladi. (yuqori temperaturada alyumin yoki platina kukunlari shisha plastinka sirtiga o‘ta yupqa qalinlikda purkaladi. Plyonka qalinligi plastinka sirti bo‘yicha bir xil bo‘lishi lozim).
Nazariya bo‘yicha neytral yorug‘lik filtrlari filtrga tushayotgan yorug‘likning to‘lqin uzunligiga bog‘liq bo‘lmasligi kerak. Lekin amaliyotda yorug‘lik filtrlari ideal bo‘lmaganligi uchun qisman nazariyadan chetga chiqish kuzatiladi. Ushbu qonuniyat shakl-3 da ifodalangan (3.11-rasm).