Fòmil Bragg. Diffraction pa yon lasi espasyal

Atik sa a prezante yon fòmil Bragg, etidye siyifikasyon li yo pou mond lan modèn. Nou dekri metòd pou mennen ankèt sou sibstans ki sou ki te fè posib pa dekouvèt la nan elèktron diffraction sou solid.

Syans ak konfli

Lefèt ke jenerasyon diferan pa pral konprann youn ak lòt, menm Turgenev te ekri roman "zansèt nou yo ki ak pitit gason." Apre sa, sa a verite a se sa a: fanmi an ap viv yon santèn ane, timoun yo respekte chèf fanmi yo, tout sipòte chak lòt, epi Lè sa a, ankò - ak chanjman tout bagay. Apre sa, tout bagay sa yo nan syans. Se pa etonan Legliz Katolik kòm opoze devlopman nan konesans nan natirèl nan nenpòt ki deplase te kapab mennen nan yon chanjman san kontwòl nan mond lan. Youn dekouvèt chanje pèsepsyon la nan ijyèn, e kounye a, pèp la fin vye granmoun te sezi yo gade desann, pitit yo lave men avan li manje, ak bwose dan yo. dezaprobasyon grandma nan souke tèt yo: "Poukisa, nou te viv byen san li, e pa gen anyen te fèt nan ven timoun yo. Apre sa, tout sa a se pite ou sèlman mal ak pou soti nan yon sèl nan sa ki mal. "

Youn ipotèz sou ki kote planèt yo - e kounye a sou chak kwen, jèn moun edike diskite satelit ak météorite, telescope ak nati a nan Way la lakte, pandan y ap moun k'ap viv koulye a ki pi gran nan disgrace: "Nonsense genyen, ki sa ki itilize nan espas eksteryè ak esfè selès, sa ki nan diferans ki genyen, kòm wotasyon a Mas ak Venis ta ale pi bon pòmdetè te fin gran, li ta yo te pi plis itil. "

Yon teknoloji zouti, ki fè posib pa lefèt ke li te ye diffraction griyaj espas ki la - ak nan tout lòt pòch se yon smartphone. An menm tan an ki pi gran moun plenyen: "Pa gen anyen bon se pa nan mesaj sa yo rapid, yo menm yo pa yon bagay ki lèt sa a." Men tou, kòm paradoks jan li son, mèt pwopriyete yo nan divès kalite gadjèt wè yo tankou yon kalite yon bay yo, prèske tankou lè. Apre sa, kèk moun panse osijè de fòmil yo nan travay yo ak wout la menmen ki te tèt ou imen an fè pou kèk de oswa twa santèn lane.

Nan dimanch maten byen bonè a nan ventyèm syèk la

Nan diznevyèm syèk la byen ta nan, limanite se te fè fas ak pwoblèm ki fè moun konnen nan tout evènman louvri. Li te kwè ke nan fizik nou deja konnen tout bagay, epi li rete sèlman nan chèche konnen detay yo. Sepandan, dekouvèt la nan Planck nan Nkwanta ak enterupsyon microcosme eta literalman ranvèse lide anvan sou estrikti a nan matyè.

Ouvèti tonbe youn apre lòt la, chèchè yo te wete lide nan men chak lòt la. Ipotèz, leve non, teste yo, diskite, rejte. Youn nan bagay w anjandre dè santèn de nouvo, epi yo te gen yon anpil nan moun ki vle gade pou repons yo.

Youn nan pwen yo vire sa yo ki te chanje pèsepsyon la nan mond lan, te ouvèti a nan nati a doub nan patikil elemantè. San li, fòmil Bragg a pa ta te parèt. sa yo rele Duality a vag-patikil esplike poukisa nan kèk ka, elèktron an konpòte li kòm yon kò gen yon mas (dir korpuskul, patikil), ak nan lòt la - tankou vag volatil. Syantis yo te long te diskite, pa gen ankò vini nan yon konklizyon - tankou pwopriyete diferan nan objè yo MicroWorld gen tou de.

Repòtaj sa a dekri lalwa Moyiz la nan Bragg, ki vle di ke nou se enterese nan pwopriyete yo vag nan patikil elemantè. Pou espesyalis la, kesyon sa yo yo toujou Limit, paske simonte papòt la nan lòd la nanomètr nan gwosè, nou pèdi sètitid - vin antre nan efè prensip la nan Heisenberg. Sepandan, pou pifò rezon li manke yon apwoksimasyon ase ki graj. Se poutèt sa li nesesè yo kòmanse yo eksplike kèk karakteristik nan adisyon a ak soustraksyon nan vag òdinè, ki se senp ase yo imajine epi mwen konprann.

Lanm ak sinis

Gen anpil moun nan anfans a te renmen branch sa a nan aljèb kòm Trigonometri. Sinis ak kosinis, tanjant ak kotanjant gen sistèm pwòp yo nan adisyon, soustraksyon, ak lòt transfòmasyon. Petèt timoun yo pa konprann sa a, se konsa enteresan yo etidye. Ak anpil te sezi sou rezon ki fè fè tout sa a se nesesè, nan ki yon pati nan lavi chak jou ka konesans sa a yo pral aplike.

Li tout depann sou moun ki jan fouyanpòt la. Gen kèk moun ki manke konesans la tankou solèy la klere pandan jounen an ak lalin lan nan mitan lannwit, dlo a se mouye, ak wòch difisil. Men, gen tou moun ki enterese, kòm ranje tout bagay yon moun wè. Pou rechèch débordan epi eksplike benefis nan pi soti nan etidye pwopriyete yo vag nan Ekstrè, etranj ase, fizik yo nan patikil elemantè. Pou egzanp, elèktron diffraction obeyi egzakteman lwa sa yo.

Pou yon kòmanse, opere sou imajinasyon lan: fèmen zye ou epi kite vag nan pran tout pote ale tèt yo.

Imajine yon enfini sinuzoid gran bonbe, bonbe gran. Pa gen anyen nan li pa chanje, distans la soti nan tèt la nan yon sèl dune nan yon lòt se menm jan ak tout kote lòt bagay. Pant nan liy la lè li ale soti nan yon maksimòm nan yon minimòm, se menm bagay la pou chak pòsyon nan koub la. Si gen yon kantite de ki idantik vag sinis, lè sa a travay la ap vin pi konplike. Diffraction sou yon lasi espasyal se dirèkteman depann sou adisyon a nan plizyè lanm lanmè. Lwa yo nan entèraksyon yo depann sou plizyè faktè.

premye - faz la. Sa ki pati manyen de koub yo. Si kantite maksimòm la nan match yo nan milimèt ki sot pase a, si ang yo enklinasyon nan koub yo yo ki idantik - tout figi ki double, bos yo yo se de fwa pi wo, ak kre a - de fwa tankou gwo twou san fon. Si sou kontrè a - yon maksimòm de yon koub tonbe omwen yon lòt, vag yo anile chak soti ak lòt, tout vibrasyon yo konvèti nan zewo. Men, si faz yo pa kowenside sèlman an pati - ki se, yon maksimòm de yon koub tonbe sou ogmantasyon an oubyen tonbe nan lòt la, foto a vin byen difisil. Anjeneral, fòmil la konprann yon ang Bragg sèlman, kòm ap vin klè pita. Sepandan, règleman yo nan entèraksyon ant vag ede reyalize konklizyon li yo pi byen.

Dezyèm - anplitid. Sa a se wotè a nan bos ak kuvèt. Si yon wotè koub nan yon sèl santimèt, ak lòt la - de, lè sa a yo ta dwe mete respektivman. Sa se, si yon wotè vag maksimòm de de santimèt tonbe entèdi sou vag yo ak yon wotè minimòm de yon santimèt, yo pa anile youn ak lòt, men se sèlman diminye wotè nan vag an premye nan latwoublay. Pou egzanp, diffraction nan elektwon yo depann sou anplitid la ochilasyon, ki detèmine enèji yo.

Twazyèm - pousantaj. Sa a distans ant de pwen ki idantik nan koub la, tankou omaksimòm a oswa minimes. Si fwekans yo yo diferan, Lè sa a, nan kèk pwen de koub yo tèt kowenside, respektivman, konplètman ki plwaye. sa a se pa peryòd nan pwochen te pran plas, maksimòm final la vin pi ba ak pi ba yo. Lè sa a, yon maksimòm de yon vag tonbe entèdi sou omwen lòt la, bay rezilta a pi ba nan sa a enpozisyon. Rezilta a, jan ou konnen, se tou trè konplèks, men peryodik. Foto pi bonè oswa pita ankò, epi ankò de omaksimòm kowenside. Se konsa, sou aplikasyon an vag avèk frekans diferan leve nouvo varyab ochilasyon anplitid.

Katriyèm - direksyon. Anjeneral, lè w ap konsidere de menm jan an vag (nan ka sa a vag nan sinis), li se kwè ke yo paralèl yonn ak lòt otomatikman. Sepandan, nan mond reyèl la bagay sa yo yo diferan, yon direksyon ki kapab anyen nan espas ki la ki genyen twa dimansyon. Se konsa, ajoute nan oswa soustrè pral sèlman vag vwayaje paralèl. Si yo deplase nan direksyon opoze, pa gen okenn entèraksyon ant yo. Lalwa Bragg kanpe jisteman sou lefèt ke se sèlman travès paralèl yo ki te fòme.

Entèferans ak difraksyon

Sepandan, radyasyon elektwomayetik - li se pa egzakteman yon vag sinis. eta prensip Huygens 'ki chak pwen nan mwayen a ki te WaveFront la te rive jwenn (oswa twoub) se yon sous segondè nan vag esferik. Kidonk, nan chak moman gaye nan, di, yon longèdonn nan limyè nan tout tan sipèpoze. Sa a se entèferans.

Fenomèn sa a se rezon ki fè limyè a an patikilye, ak onn elektwomayetik jeneralman kapab pliye alantou obstak. se Lefèt lèt rele diffraction. Si lektè a pa sonje li nan lekòl la, nou pral montre ke de ouvèti yo nan yon ekran nwa, eklere ak limyè òdinè blan nan yon omaksimòm konplike ak minimes nan sistèm lan lumières, sa vle di bann yo pa pral de ki idantik, ak anpil ak varye entansite.

Si teren an se pa sa iradyasyon ak limyè, ak bonbard byen yon elektwon kòporèl (oswa, pou egzanp, alfa patikil), nou jwenn egzakteman foto a menm. elektwon yo ap diffracted epi yo entèfere. Li se nan sa a manifeste nati vag yo. Li ta dwe remake ke moun ki Bragg diffraction (souvan refere yo tou senpleman Bragg) gen ladann nan simen nan fò nan vag sou treyi peryodik kowenside ak faz nan ensidan an e vag nan gaye nan bwa.

solid

Avèk fraz sa a, chak ka gen asosyasyon pwòp yo. Sepandan, solid - yon branch definitif nan fizik ki etidye estrikti nan ak pwopriyete nan kristal, linèt yo ak seramik yo. Mansyone pi ba se li te ye sèlman pa lefèt ke yon fwa syantis yo te devlope yon baz nan analiz X-ray.

Kidonk, kristal la - se yon eta de sibstans la lè nwayo a nan atòm okipe yon pozisyon byen defini nan espas relatif nan chak lòt, epi elektwon yo gratis kòm kokiy yo elèktron yo rezime. karakteristik nan prensipal nan kò a solid - peryodisite. Si lektè a yon fwa te enterese nan fizik oswa chimi, pwobableman Pops leve yon imaj nan tèt li a lasi a kristal nan sèl (non mineral - alit, fòmil NaCl).

De kalite atòm yo trè fèmen kontak, fòme yon estrikti ase dans. Sodyòm ak kloro fòm Enbrike nan tout twa dimansyon nan lasi a kib, kote sa yo nan yo ki pèpandikilè ak youn ak lòt. Se konsa, peryòd la (oswa selilè inite) - yon kib, kote twa somè yo konstitye atòm yo nan yon espès, twa nan lòt - yon lòt. Chaj la ki nan chak lòt kib sa yo, li se posib jwenn yon kristal enfini. Tout atòm yo sitiye nan lespas de mezi yo detanzantan fè kristalografik plan. Sa se, selil la inite nan yon ki genyen twa dimansyon, men se yon sèl pati, repete plizyè fwa (nan ka a ideyal - yon nonb infini nan fwa), li fòme yon sifas ki sèl nan kristal la. sifas sa yo yo, se pou anpil ak yo paralèl ak youn ak lòt.

La distance interplanar - yon endikatè enpòtan ki espesifye, pou egzanp, estabilite eta solid. Si nan de dimansyon, distans sa a se piti, ak twazyèm lan - yon gwo, Lè sa a, sibstans la se fasilman èksfoli. Li dekri, pou egzanp, mika, ki ranplase pi bonè moun ki glas la nan fenèt yo.

Kristal ak mineral

Sepandan, wòch sèl - yon egzanp trè senp: sèlman de kalite atòm epi ki klè simetri kib. Seksyon nan Jeoloji, ki te rele mineralojik, etidye kò a kristal. Singularité yo se ke yon moun fòmil chimik gen ladan 10-11 espès atòm. Apre sa, yo gen estrikti a se trè konplèks: tetrahedrons, kib ak konekte somè nan ang diferan yo fòme yon chanèl ki mouye nan fòm diferan, ilo, damye konplèks oswa koneksyon zigzag. Sa yo, pou egzanp, estrikti a se èkstrèmeman bèl, byen ra ak piman Ris dekoratif charoite wòch. modèl koulè wouj violèt li pou amann ke yo ka vire tèt la - kon sa non an nan mineral la. Men, menm nan estrikti a konplike nan paralèl a prezan nan chak lòt avyon kristalografik.

Sa a pèmèt akòz prezans la nan diffraction a nan elektwon nan lasi a kristal yo idantifye estrikti yo.

Estrikti ak elektwon

Rive efikasman dekri metòd yo nan etidye estrikti a nan matyè, ki baze sou diffraction a nan elektwon, yon moun ka imajine ke voye boul yo jete andedan kazye a. Lè sa a, konte konbyen voye boul rebondi tounen ak nan sa ki ang. Lè sa a, direksyon an nan ki pi fò nan voye boul yo rebondi, jije sou ti bwat la fòm.

Natirèlman, sa a se yon lide ki graj. Men, dapre modèl sa a bit, direksyon an nan ki pi gwo kantite voye boul rebondi - yon pik diffraction. Kidonk, elektwon (oswa X reyon) bombardement sifas la nan kristal la. Kèk nan yo ki "kole" nan zafè a, men lòt moun yo nou jwenn sa ekri. Anplis, yo yo reflete sèlman nan men avyon yo kristalografik. Depi avyon an se pa yon sèl, men yon anpil nan yo, Lè sa a, te ajoute sèlman vag yo reflete paralèl youn ak lòt (nou diskite pi wo). Se konsa, li jwenn siyal nan yon espèk, kote refleksyon entansite depann sou ang lan nan ensidans. Diffraction pik endike prezans nan yon avyon nan yon ang etidye. se foto a ki kapab lakòz analize jwenn estrikti nan egzak la kristal la.

fòmil

se analiz la te pote soti dapre lwa sèten. Yo baze sou yon fòmil Bragg. Li sanble tankou sa a:

2d sinθ = nλ, kote:

• d - espas la interplanar;
• θ - ang glise (ang lan konplemantè nan ang lan nan refleksyon);
• n - lòd la pik la diffraction (yon nonb antye relatif pozitif, dir 1, 2, 3 ...);
• λ - longèdonn nan radyasyon ensidan.

Kòm lektè a ka wè, ang lan pa pran medikaman an menm yon sèl ki te jwenn dirèkteman nan etid la ak lòt kite yo pase. Nou ta dwe tou eksplike sou valè a nan n, ki vle di konsèp nan "diffraction lè blokis yo." Entèferans Fòmil la tou gen yon nonb antye relatif pozitif ki espesifye lòd la maksimòm nan obsève.

illuminance la nan ekran an nan eksperyans la de-déchirure, pou egzanp, depann sou diferans ki genyen chemen kosinis. Depi kosinis a - fonksyon detanzantan, apre ekran an nwa, nan ka sa a gen se pa sèlman pik prensipal la, men tou, yon tijan plis bann bouke anpil sou kote sa li yo. Nou ap viv nan yon mond ideyal, ki se konplètman susèptibl fòmil matematik, Gwoup Mizik sa yo ta dwe yon nonb infini. Sepandan, an reyalite nimewo a nan zòn limyè obsève toujou limite ak depann sou longèdonn a , déchirure lajè, ak distans ant sous klète.

Depi diffraction - yon konsekans dirèk nan nati a vag nan patikil limyè ak elemantè, dir si yo gen nan entèferans a, lè sa fòmil la gen ladan yon Bragg lòd diffraction lè blokis yo. By wout la, sa a fè fè li trè difisil nan kalkil premye eksperimantal. Nan moman sa a, tout transfòmasyon ki gen rapò ak ranvèrseman nan avyon ak kalkil la nan estrikti a pi bon soti nan modèl la diffraction, fè pa machin. Yo kalkile egzakteman ki tèt yo fenomèn ki apa a, e ki sa - dezyèm oswa yon lòd twazyèm nan liy prensipal yo nan SPECTRA la.

Anvan yo fè entwodiksyon an nan òdinatè nan sikilasyon ak yon koòdone senp (relativman senp, depi pou yon varyete de pwogram kalkil - ankò zouti sofistike) li te tout fè nan men. Ak malgre konsizyon la relatif nan ki te gen yon ekwasyon nan Bragg, reyalite a, fè asire w nan sa a verite a nan valè yo jwenn, li te pran yon anpil nan tan ak efò. Syantis yo te teste ak refè tès - pa wormed wout li nan wè ki kote nenpòt maksimòm ki pa direktè lekòl, sa ki kapab gate kalkil yo.

Teyori ak pratik

Bèl dekouvèt, pafè tou de Wolfe ak Bragg te bay nan men yo nan limanite se yon zouti endispansab pou etid la nan kache jouk estrikti nan solid. Sepandan, kòm nou konnen, teyori a - bon bagay, men nan pratik li se toujou yon ti kras diferan. Jis pi wo a li te yon kesyon de kristal. Men, sa ki nenpòt ki teyori refere li a ka a ideyal. Sa se enfini espas domaj-gratis nan ki estrikti a nan lwa repetisyon yo pa vyole.

Sepandan, reyèl la, menm trè pwòp ak grandi nan laboratwa a, domaj cristalline materyèl gen anpil. Pami fòmasyon natirèl yo te genyen yo te jwenn echantiyon yo pafè - yon gwo siksè. Kondisyon Bragg (eksprime pa fòmil la pi wo a) nan yon sèl san pousan nan ka yo aplike nan kristal reyèl. Pou yo, nan nenpòt ka, gen se tankou yon domaj, tankou yon sifas yo. Se pou lektè a pa konfonn ridicule la nan kèk nan deklarasyon sa yo: sifas la se pa sèlman yon sous domaj, men tou, domaj la.

Pou egzanp, enèji a nan obligasyon fòme nan kristal la se diferan de sa yo ki an valè a nan zòn fwontyè. Sa vle di ke li se nesesè yo prezante yon kalite pwobabilite ak twou vid ki genyen. Sa se, lè èksperimantateur la retire spectre an refleksyon elèktron oswa X-ray nan kò a solid, yo resevwa pa sèlman ang lan, ak ang lan ak erè a. Pou egzanp, θ = 25 ± 0.5 degre. se graf la eksprime pa lefèt ke pik la diffraction (fòmil la nan ki se ekwasyon an Bragg) gen yon lajè e li se yon teren, epi yo pa entèdi pafè liy mens nan plas ki gen valè an.

Mit ak erè

Se konsa, li vire soti, tout tit yo, pa vre?! Nan yon sèten mezi. Lè ou mezire tanperati a tèt ou epi chèche 37 sou tèmomèt la, sa a se pa totalman egzat. tanperati kò ou se diferan de valè yo strik. Men, pou ou bagay la prensipal ke li nan fou ke ou se malad yo malad ak li lè yo trete. Epi ou menm ak doktè ou pa gen pwoblèm ke an reyalite tèmomèt la te montre 37.029.

Ak nan syans - osi lontan ke erè a pa sispann fè konklizyon definitif, li se te pran an kont, men se la se sou enpòtans prensipal. Anplis de sa, Estatistik yo montre: jiska erè a se mwens pase senk pousan, li kapab neglije. Rezilta yo jwenn nan eksperyans yo pou ki kondisyon ki anba la a Bragg yo te genyen tou yon erè. Syantis yo ki ap fè kalkil, li se anjeneral endike yo. Sepandan, pou aplikasyon pou espesifik, nan lòt mo, yon konpreyansyon sou sa ki estrikti a nan yon kristal, erè a se pa trè enpòtan (osi lontan ke li se ti).

Li se vo anyen ke chak aparèy, menm nan liy nan lekòl la, gen se toujou ensèten. Figi sa a pran nan kont anbank mezi yo, epi, si sa nesesè, ki enkli nan rezilta yo erè total.