yavor2 (553175), страница 25
Текст из файла (страница 25)
е. выделить нэ широкого спектра пучок, соответствующий узкому диапазону длин волн. % 62.7. Рентгеноструктурный анализ 1. В настоящее время метод Лауэ представляет лишь исторический интерес. Для практических целей используется либо порошковый метод, либо метод качающегося кристалла. Порошковый метод, который предложили в 1926 г. П. Дебай и П. Шерер (метод Дебая — Шерера), позволяет исследовать структуру кристаллической решетки у вещества„находящегося в поликристаллическом состоянии (см.9 32.2).
Это очень ценно, ибо выра- 124 щивание монокристаллов значительных размеров представляет довольно сложную задачу, и часто вырастить нужный монокристалл вообще не удается. Методом качающегося кристалла могут быть изучены только монокристаллы, что является недостатком этого метода. Однако он позволяет изучить структуру решетки значительно более детально, чем метод Дебая — Шерера. 2.
Пусть монохроматический пучок рентгеновских лучей с длиной волны Х падает на кристалл так, что луч составляет с плоскостью кристалла угол О (рис, 62.7). Если длина волны удовлетворяет Рис. 62.7. Рис 62 8. условию (62.12), то в некоторых направлениях возникнут интерференционные максимумы. Как видно из рис. 62.7, разность хода интерферирующих отраженных лучей выражается так: Л =ИяпЕ.
Условие максимума: Л = И 81п О = ий. (62.13) Это условие установили в 1913 г. У. Л. Брэгг и профессор Московского университета Г. В. Вульф (условие Вульфа — Брэгга). 3. Схема установки с качающимся кристаллом изображена на рис. 62.8. Монокристалл исследуемого вещества помещается на столик, который с помощью часового механизма медленно колеблется.
Тонкий монохроматический пучок рентгеновских лучей проходит через диафрагмы Р, и Р„падает на кристалл и дифрагирует. Интерференционные максимумы регистрируются на фотопластинке Ф. При повороте кристалла нарушается условие максимума, и интенсивность рассеянного пучка уменьшается. Но волна с меньшей интенсивностью будет зарегистрирована уже в другом месте фотопластинки, что на рис. 62.8 изображено пунктиром. Тем самым метод качающегося кристалла позволяет не только определить межплоскостные расстояния (период решетки), но и по характеру распределения интенсивности судить о размерах частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки. !25 4.
Для получения дебаеграмм узкий пучок монохроматических рентгеновских лучей направляют на столбик, спрессованный из растертого в порошок исследуемого вещества (рис. 62.9). Так как в порошковом столбике имеется масса миниатюрных кристалликов, ориентированных совершенно беспорядочно, то всегда найдутся кристаллики, ориентированные так, что для них будет справедливо "--и- Рис. 62 9.
условие Вульфа — Брэгга; благодаря им и возникнут интерференционные максимумы. Первый максимум отклонится от нулевого на угол 28, второй — на 40 и т. д. А так как в порошковом столбике нет выделенных направлений, то условие Ы з1п 0 = глА выполняется для всех лучей, лежащих на конических поверхностях с углами раствора 40, 80 и т. д. При пересечении этих поверхностей с фотопленкой возникаег система концентрических окружностей с центром в нулевом максимуме (рис. 62.9).
Анализ дебаеграмм позволяет судить о структуре не только поли- кристаллов, но и высокомолекулярных соединений — волокон, гигантских молекул (типа белков), а также о характере изменения структуры вещества при фазовых переходах (см. гл. 36). 8 62.8. Рассеяние света 1. В формуле (62.12) период кристаллической решетки должен быть больше длины волны: и') Х. Если период решетки меныпе длины волны, то может возникнуть интерференционный максимум только нулевого порядка, В самом деле, равенство (62.12) при й(Х может выполняться только в том случае, когда т,= гп, = гл, = = О. Обратившись к выражениям (62.7) — (62.9), мы видим, что из т, = и, =- т, = О следует 8 = у = и!2, 1 — соз а = О, т.
е. а = О . Это значит, что волна, падая на кристалл перпендикулярно грани уг, распространяется вдоль оси абсцисс, не рассеиваясь в стороны. В данном случае кристалл ведет себя по отношению к волне как однородная среда, ие имеющая рассеивающих центров. Итак, не- 126 равенство с((Х есть условие оптической однородности кристалла с периодом д по отношению к волне с длиной ). Еще раз заметим, что один и тот же кристалл по отношению к одним длинам волн оптически однороден, по отношению к другим— нет.
Так, межплоскостные расстояния в кристаллах составляют несколько ангстрем. Поэтому для видимого света, у которого длина волны около 4000 — 7000 А, кристалл представляет собой оптически однородную среду, А для рентгеновских лучей с длиной волны около 1 А — 0,1 А тот же кристалл является пространственной кристаллической решеткой с резко выраженными периодическими неоднородностями.
2. Итак, для видимого света идеальный кристалл оптически совершенно. однороден, и свет в нем не должен рассеиваться. Но реальный кристалл имеет ряд дефектов (см. 2 32,4), которые нарушают его однородность. Волны, рассеянные этими дефектами, некогерентны, вследствие чего рассеянные волны наблюдаются во всевозможных направлениях.
Теорию рассеяния света на оптических неоднородностях среды разработал в 1907 г. акад. Л. И. Мандельштам. Неоднородности возникают в веществе также за счет флуктуаций плотности (см. Я 28.10, 28.11), причем не только в кристаллах, но и в жидкостях и газах. Это рассеяние света называется молекулярным рассеянием.
Теорию явления разработали в 1908 — 1910 гг. Смолуховский и Эйнштейн. Рассеяние может происходить и на мелких посторонних вкраплениях в среду, причем неоднородности могут иметь размеры вплоть до 0,11., если только расстояния между ними д) Х. Это могут быть частицы дыма, небольшие капельки жира в воде (молоко), капельки влаги в воздухе (туман) и т. д. Среда, содержащая такие неоднородности, называется мутной. 3.
Опыт показывает, что сильнее рассеивается коротковолновое излучение (фиолетовые и синие лучи), слабее — длинноволновое оранжевый и красный свет). Данное явление объяснил в 1899 г. элей. Он исходил из того, что в рассеивающих центрах под действием электромагнитной волны возникают вынужденные колебания с частотой волны. Тогда рассеивающий центр можно рассматривать как миниатюрный колеблющийся диполь, излучающий вторичные волны, интенсивность которых согласно (59.16) пропорциональна четвертой степени частоты, т. е. обратно пропорциональна четвертой степени длины волны (зшсон Рвлея для рассеянного света): 7расс-" — у ~'.
(б2.14) Этим объясняется голубой цвет неба и алый цвет зари. Если Солнце находится высоко над горизонтом, то, глядя в сторону от него, мы воспринимаем не прямой свет, а свет, рассеянный на флуктуацнях плотности воздуха, в котором согласно закону Рэлея преобладает коротковолновый участок спектра (голубой — синий— фиолетовый).
Наоборот, наблюдая закат или восход Солнца, мы 127 мому независимо от Снеллиуса, работа которого в то время не была опубликована. 2. Сопоставив выражения (63.1) и (63.2), получим п = с!и. (63.3) Итак, показатель преломления вещества равен отношению скорости света в вакууме к скорости света в этом веществе. Учитывая, что согласно (59.2) скорость света в веществе равна и =- с!~' е, получим п=$' е. (63.4) Тем самым мы выразили показатель преломления вещества через его диэлектрическую проницаемость (формула Максвелла).
3. Уменьшение скорости света в оптически однородном веществе по сравнению с вакуумом объясняется следующим образом. Электромагнитная волна, попадая в вещество, возбуждает вынужденные колебания электронов, которые благодаря этому излучают вторичные волны. Поскольку в оптически однородной среде расстояние между частицами меньше длины световой волны, то первичная и вторичные волны когерентны. Интерференция между ними имеет своим следствием изменение скорости волны, зависящее от частоты первичной волны.
Однако расчет интерференционной картины для этого случая очень сложен, и мы в 3 63.5 рассмотрим более простую, хотя и несколько формальную теорию дисперсии. й 63.2. Коэффициенты отражения и прозрачности 1. Выясним, как перераспределяется энергия между отраженной и преломившейся волнами. Для простоты расчета ограничимся случаем нормального падения волвы на границу разлела двух сред с показателями преломления лз и л,. Пусть обе среды — диэлектрики. Епол 1 одр 1 Рнс. 63.2, Так как векторы поля Е и Н параллельны границе раздела обеих сред (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
