Suvli eritmalarda yorug‘likning Mandelshtam-Brillyuen sochilishining lazer spektroskopiyasi











![Tovush to‘lqinlari tarqalayotgan muhit ning issiqlik o‘tkazuvchanligi hamda
qovushqoqligi hisobga olingan gidrodinamik nazariya , tovush yutilish
koeffitsiyenti uchun :α= ω2
2V 03ρ[
4
3η+η¿+ χ(
1
CV
− 1
C P)]
(1.3.1)
Bu yerda
va /
- siljish va q o vushqoqlik koeffi t s iy entlari , – issiqli k
o‘tkazuvchanlik koeffitsiyent i,
– tovush sikli k chastota si , V
0 – cheksiz kichik
chastotalar uchun tovush tezligi (
→0).
Yutilish koeffitsiyenti tovush chastotasi kvadratiga shuningdek
/
va
dissipativ koeffi t s iy entlarga proporsionaldir. Ilk ma rotaba ushbu formula Stoks
tomonidan
issiqlik o‘tkazuvchanlik hisboga olinmagan holda hosil qilingan.
Keyinchalik issiqlik o‘tkazuvchanlikni ta’siri mavjudligi Kirxgof tomonidan
aniqlangan. (1 .3.1 ) formula Stoks tomonidan yozilgan bo‘lsada
hajmiy
qovush q o q lik roli va qiymati faqat Rele y tomonidan tushuntir ib berildi . O datda
Stoks-Kirxgof formulasi
hisobga olinmagan holda yozilgan formula ham
deyiladi:
αкл= ω2
2V 03ρ[
4
3η+ χ(
1
CV
− 1
C P)]
1.4 S uyuqliklarda tovush tarqalishi relaksatsion nazariyasi
Chastot asi 1 GHz va undan yuqori tovush gipertovushli chastotalar
dipazoniga t egishli . Muhitda gipertovushni u yg‘onishi murakkabligi bilan ajaralib
turadi va bunday yuqori chastotali t o vushlar muhitda kuchli yutiladi . O‘z navbatida
yorug‘lik sochilishining molekular usuli yorug‘likning Reley sochilishi nozik
stru k tura si spektri bo‘yicha gipertovush yutilish koeffitsiyentini amplitudaviy va
tezliklar bo‘yicha tarqalishlarini o‘rganish imkoniyati paydo bo‘ladi.
Yuqorida qayd etilgan elastik to‘lqinlar tarqalishining gidrodinamik
nazariyasidan 10 9
Hz tartibdagi gipert ovush suyuqliklarda kuchli so‘nishi kelib
12](/data/documents/9d7bbe91-3c5b-4b07-8336-31ea9af1d6bf/page_12.png)



![Agar modda kondensirlangan bo‘lsa, qo‘shni molеkulalar orasidagi masofa
kichik bo‘ladi va alohida molеkulada sochilish faqat optik bir jinslimaslikni
vujudga kеltiruvchi fizik kattaliklarning fluktuatsiyalarida hosil bo‘ladi. Kritik
nuqtalardan uzoqda bunday bir jinslimaslikning nochiziqli o‘lchamlari yorug‘lik
to‘lqin uzunligidan ancha kichik bo‘ladi. O‘z yo‘lida bunday bir jinslimaslik
uchratgan yorug‘lik unda difraksiyalanadi. Bunday holatda sochilgan yorug‘lik-
difraksiyalangan yorug‘likdir.
Temperatura, bosim va kontsеntratsiya fluktuatsiyasi natijasida sochilgan
yorug‘lik intеnsivligini hisoblashni birinchi marta Albert Eynshtеyn tomonidan
statistik fizika usuli bilan bajarilgan.
Agar muhit anizatrop molеkulalardan tashkil topgan bo‘lsa, u holda
anizatropiya fluktuatsiyasi kuzatiladi. Bu esa kichik hajmning ma'lum joyida va
ma'lum vaqtida katta hajmdagi o‘rtacha qutblanuvchanlik yo‘nalishidan katta yoki
kichik qutblanuvchanlik ma'lum bir tomonga yo‘naladi.
Muhit sochilgan monoxromatik yorug‘lik bilan uyg‘otilsa ya’ni lazеr nuri
bilan, sochilgan yorug‘likda siljigan komponеntalar ( Mandelshtam-Brillyuen
komponentalari) va siljimagan kеngaygan chiziq hosil bo‘ladi. Spеktrning bu
manzarasiga anizatropiya fluktuatsiyasining vaqti bo‘yicha o‘zgarishi evaziga hosil
bo‘lgan Rеlеy qanoti chizig‘ining kеng sohasi mos tushadi. Har qanday bir jinsli
muhitda yorug‘likni sochilishi, zichlik va temperatura fluktuatsiyasi natijasida
vujudga kelgan optik jihatdan bir jinslimaslik natijasida bo‘ladi. Molekulalarning
issiqlik harakati zichlik va temperaturaning o‘rtacha qiymatidan chetlashishiga
sabab bo‘ladi. Buning natijasida dielektrik kirituvchanlikning ham o‘rtacha
qiymatidan chetlashishiga olib keladi [1.2].
Dielektrik kirituvchanlikning termodinamik fluktuatsiyasi natijasida
sochilgan yorug‘likni qarab chiqamiz ϑ -hajmdan sochilgan yorug‘likning to‘lqin
intensivligi quyidagicha:
I= I0
π
λ4r2 Δϑ ε
−
2V sin ϕ
(1.5.1)
16](/data/documents/9d7bbe91-3c5b-4b07-8336-31ea9af1d6bf/page_16.png)













![7-rasm. Sochilgan yorug‘likning spektrini qayd qiluvchi eksperimental
qurilmaning blok sxemasi.
1- He-Ne lazeri; 2 – diafragma; 3 – ob’ektiv (120 mm); 4 – tadqiq
qilinayotgan suyuqlik uchun idish; 5 – diafragma; 6 – kollimatirli ob’ektiv
(210 mm); 7 – qutblantirgich (Franka-Ritter prizmasi); 8 – ikki o‘tishli
Fabri-Pero interferometrining barokamerasi; 9 – buruvchi prizma; 10 –
Kamerali ob’ektiv (270 mm); 11 – diafragma (0.25 mm); 12 – FEU-79; 13
– FEU blok manbayi; 14 – Emmitterli takrorlagich; 15 – chiziqli
intensimetr; 16 –KSP-4 o‘zi yozuvchi qurilma; 17 – yuqori tovushli ignali
natekatel; 18 – azot bilan to‘ldirilgan balon.
MBK siljishining sistematik xatoligi aniqlanadi va aniqlangan sochilish
burchagining noaniqligi bilan bog‘liqligini [1] da ko‘rsatilgan formula bilan
topiladi. Bizning qurilmamizning burchak aniqligi xatoligi ( ±2 0
) bo‘ladi. MBK
siljishini 90 0
sochilish burchagida kuzatganimizda xatolik 1% dan oshmaydi.
30](/data/documents/9d7bbe91-3c5b-4b07-8336-31ea9af1d6bf/page_30.png)








![f(x) = {
0 x a/2 bo‘lgаndа
bundа а - tirqish tаsvirining kengligi
2- difrаksiоn
3- G аussf(x)= 2√2
√πa
exp [−4(x
a)2ln 2]
4- uchburchаk
1/a [1-( х 2
/a)] x a bo‘lg а nd а
F(x)={
0 x a bo‘lg а nd а
5 - dispersi о n
f(x)= (a/2)2
x2+(a/2)2
6 - ekspоnensiаl
f(x)=lg 2
2 exp [− 2ln 2
a |x|]
O‘z nаvbаtidа chiziq qаysi sаbаbgа ko‘rа kengаyishidаn qаt’iy nаzаr reаl spektrаl
chiziq hаqiqiy spektrаl chiziq vа аppаrаt funksiyaning svyortkаsidаn ibоrаt :
F(x)=
∫
+∞
−∞
f(x)ϕ(x−x')dx ' (2.8.1)
f(x) - а pp а r а t funksiya,
(x-x') - h а qiqiy spektr а l chiziq k о nturi.
S pektr а l chiziqning kengligi А F kengligid а n а nch а kichik bo‘ls а , а sb о bning
chiqish qismid а gi sign а l А F sh а klig а eg а bo‘l а di. Bu kengligi kichik bo‘lg а n
spektr а l chiziq m а s а l а n, g а z l а zeri nurl а nish chizig‘i yord а mid а А F ni а niql а sh
imk о nini ber а di. Spektr а l chiziq v а а pp а r а t funksiya kengligi yaqin bo‘lg а nd а
n а tij а l о vchi k о ntur v а uning kengligi (2.8.1) f о rmul а yord а mid а hisoblanadi.
39
f(x)=
sin 2(πb
λ
a
2π)
πb
λ
a
2π
.](/data/documents/9d7bbe91-3c5b-4b07-8336-31ea9af1d6bf/page_39.png)




![uchun =134 о
d а =0.2 sm -1
bo‘lg а nd а 2 =0.05 о
.
Spektrni yozib о lishd а
spektr о gr а mm а d а gi shk а l а ning chiziqli bo‘lm а sligi kenglikni o‘lch а shd а gi
t а s о difiy ха t о likl а rning m а nb а yidir. Spektr о gr а mm а d а gi ха t о lik 0.05 mm bo‘ls а ,
kenglikni а niql а shd а gi ха t о 0.001 sm -1
g а teng bo‘ladi. Bu ха t о lik MBK
kengligining qiym а tid а n b о g‘liq r а vishd а 1-10 % ni t а shkil qil а di v а interfer о metr
dispersiya s о h а sining k а m а yishi bil а n k а m а yib boradi.
III BOB
NOELEKTROLITLARNING SUVDAGI ERITMASIDA O‘TKAZILGAN
TADQIQOTLARNING TAHLILI
3.1 Suvli eritmalarda bir qator ilmiy tadqiqotlarning qisqacha sharxi
Turli xil metodlar orqali elektrolit bo‘lmagan suvli eritmalarni intensiv
ravishda tadqiq etilganda, bu eritmalarlarning fizik-kimyoviy xususiyatlarini
o‘rganish imkonini beradi. Bir qarashda esa ularning tabiatini to‘g‘ridan-to‘g‘ri
kuzatganda esa bunday jarayonlar yo‘qdek tuyuladi. Yorug‘likning molekulyar
sochilishi spektrlari yordamida suvli eritmalarning strukturalari va molekulalararo
o‘zaro ta’sir kuchlari xususiyatlari kabi qimmatli ma’lumotlarni olish imkonini
beradi.
Hozirgi vaqtda metilperidin va spirtlarning suvdagi eritmalari juda ham ko‘p
o‘rganilgan. Yorug‘likning molekulyar sochilishi intensivligining konsentratsiyaga
bog‘liqligi o‘rganilganda, spirtning suvdagi eritmasida ikkita maksimum
mavjudligi aniqlangan. Ularning birinchi maksimumi noelektrolitning x <0.1 mol
qismli (m.q) konsentratsiya intervalida yotsa, konsentratsiyaning ikkinchi
maksimumi esa birinchi konsentratsiyaga nisbatan uch marotaba katta bo‘ladi.
[ И.А. Чабан, М.Н. Родникова, В.В. Жакова, Биофизика 41(2), 293 (1996 ].
Konsentratsiyaning birinchi maksimumining tabiati shundaki , yorug ‘ likning
molekulyar sochilishi integral intensivligi bog ‘ langan bo ‘ lib , klatratga o ‘ xshagan
strukturada sochilishi bo ‘ lsa , ikkinchi maksimum esa konsentratsiya fluktuatsiya
tufayli sochilishda yuzaga keladi . Metilpiridinning suvdagi eritmalarida , spirtning
suvdagi eritmasidan farqli ravishda yorug ‘ likning molekulyar sochilishi integral
intensivligining konsentratsiyaga bog ‘ liqligida bitta maksimum bor va u 4
44](/data/documents/9d7bbe91-3c5b-4b07-8336-31ea9af1d6bf/page_44.png)






Suvli eritmalarda yorug‘likning Mandelshtam-Brillyuen sochilishining lazer spektroskopiyasi . MUNDARIJA Kirish - 3 I - BOB MOLEKULAR SOCHILGAN YORUG‘LIKNING SPEKTRAL TARKIBI - 5 1.1 Yorug‘likning molekular sochilish tabiati - 5 1.2 Yorug‘likning molеkular sochilishi nozik strukturasi Mandеlshtam-Brillyuem komponеntalari - 7 1.3 Suyuqliklarda tovush tarqalishining g idrodinami k nazariyasi - 11 1.4 Tovush tarqalishining relaksatsion nazariyasi 13 1.5 Eritmalarda yorug‘likni molekular sochilishi nazariyasi - 16 II BOB SOCILGAN YORUG‘LIKNING SPEKTRINI QAYD QILUVCHI SPEKTRAL QURILMA TAVSIFI - 21 2.1 Yorug‘lik sochilishi bo‘yicha eksperimentlarda qo‘llaniladigan lazerlar - 21 2.2 Ikki o‘tishli Fabri–Pero interferometri xususiyatlari - 24 2.3 Ikki o‘tishli Fabri-Pero interferometrini tuzilish va yustirovka qilinish - 26 2.4 Eksperimental qurilma - 29 2.5 Tasodifiy xatolik - 34 2.6 Spektrni q а yd qilish usulii - 34 2.7 Interfer о metrd а g а z b о simini o‘zg а rtirishyord а mid а spektrni sk а ner qilish - 36 2.8 Spektr а l qurilm а ning а pp а r а t funksiyasini o‘rg а nish - 39 2.9 Suyuqlikl а rd а Reley chizi g‘ i n о zik struktur а spektrini yozib о lish - 43 III BOB NOELEKTROLITLARNING SUVDAGI ERITMASIDA O‘TKAZILGAN TADQIQOTLARNING TAHLILI - 46 3.1 Suvli eritmalarda bir qator ilmiy tadqiqotlarning qisqacha sharxi - 46 3.2 Elektrolit bo‘lmagan suvli eritmada gipertovush tezligini tadqiq qilish - 47 XULOSA - 50 ADABIYOTLAR RO‘YHATI - 51 1
Kirish Ishning dolzarbligi. Yorug‘likning molekulyar sochilishini spektroskopiyasi usuli bilan kritik holat va maxsus nuqtalar yaqinida eksperimental tadqiqotlar kuchli fluktuasiyali suyuqliklarning nazariy tassavurlarini hosil qilish uchun noyob asos bo‘lib xizmat qil moqda . Bundan tashqari bunday tadqiqotlar nazariy tushuncha va xulosalarni tekshirishni va kritik holati sohasida optik va akustik hodisalarni umumlashtirish imkonini beradi. Bu bitiruv malakaviy ishida tahlil qilingan noelektrolitlarning suvli eritmalarida yorug‘likning molekulyar sochilishining spektrlari o‘rganilgan. Eritmada gipertovushning tarqalish tezligining temperaturaga bog‘liqligi natijalari qarab chiqilib va shu asosda tovush dispersiyasi va eritmaning hajmiy yopishqoqligining dispersiyasi tahlil etilgan va hisoblab chiqilgan. Ishning maqsadi va vazifasi. Noelektrolitlarni suvdagi eritmalarida sochilgan yorug‘likni spektrlarini tekshirish bilan yuqori chastotali tovush tarqalishini tahlil etish ko‘zda tutilgan. Tadqiqot obyekti. Maxsus nuqtaga ega bo‘lgan uch-metilpiridin-suv (yani bitta pikolin CH3C5H4N) sistemasida keng temperaturalar intervalida izotrop sochilgan yorug‘likni spektral tarkibini o‘rganish. Tadqiqot usullari: Yorug‘likning Reley sochilish nozik strukturasi spektri laboratoriyada maxsus tayyorlangan va sanoatda uchramaydigan, yuqori ajrata olish qobiliyatiga ega bo‘lgan ikki karra o‘tuvchi Fabri-Pero interferometri yordamida tajriba natijalari olindi va nurlanishni uyg‘otuvchi lazer sifatida He-Ne lazeridan foydalanildi. Interferometr kamerasida bosimni o‘zgartirish usuli bilan spektrlar yig‘ildi. Mazkur ishda qo‘yilgan maqsadga erish uchun quyidagi vazifalar bajarildi: 2
1. Noelektrolitlarda Gipertovush yani yuqori chastotali tovush tarqalishiga doir zamonaviy nazariy yonadashuvlar va eksp е rim е ntal tadqiqot natijalari bo‘yicha adabiyotlarda va maqolalarda mavjud ma'lumotlar ko‘rib chiqildi . 2. Noelektrolitli suvli eritmalarda yuqori chastotali tovush tezligini temperaturaga bog‘liqligini o‘lchash uchun yorug‘likning Releycha sochilish nozik strukturasi spektri m е todi o‘rganildi. 3. U ltratovush diapozonida avval olingan natijalarga solishtirildi va tovush tezligi dispersiyasi aniqlanib, hajmiy qovushqoqlik relaksatsiya vaqti hisoblanildi. 4. Hisoblangan kattaliklar va tajribada olingan natijalar taqqoslandi hamda zamonaviy nazariy m е todlar yordamida baholandi. Ishning tuzilishi va hajmi: Bitiruv malakaviy ishi kirish, uchta bob, xulosa va foydalanilgan adabiyotlar ro‘yxatidan iborat. Bitiruv malakaviy ishning hajmi 14 rasmdan iborat. Ishni bajarishda 26 nomdagi adabiyotlar, 5 ta internet saytlaridan foydalanib yozildi va uning umumiy hajmi 50 sahifani tashkil etadi. Ishning kirish qismida: ishning dolzarbligi, maqsadi va asosiy qo‘yilgan vazifalar yoritilib b е rilgan. Birinchi bobda: tadqiqot sohasi bo‘yicha olib borilgan nazariy va eksp е rim е ntal tadqiqotlarning qisqa sharxi b е rilib, mazkur ishining asosiy maqsad va vazifalri aniq b е lgilab olingan. Ikkinchi bobda: eksp е rim е ntal qurilmaning asosiy konstruktiv xususiyatlari va xarakt е ristikalari qarab chiqilgan. Uchinchi bobda: Tajriba natijalari va tahlili keltirib xulosa qilingan. 3
I BOB MOLEKULAR SOCHILGAN YORUG‘LIKNING SPEKTRAL TARKIBI 1.1 Yorug‘likning molekular sochilish tabiati Yorug‘lik sochilishi uchun uyg‘otuvchi yorug‘lik oqimi yo‘lida optik bir jinslimaslik to‘g‘ri kelishi misol uchun, bulutlarning suv tomchilari va tuman, qora-kuya yoki chang zarrachalari, kolloid zarrachalar va boshqa shunga o‘xshash optik bir jinslimasliklar bo‘lishi kerak. Gazda molekulani o‘rtacha erkin yugurish masofasi yorug‘lik to‘lqin uzunligidan katta bo‘lsa bu molekula optik bir jinslimaslikni hosil qiladi va unda yorug‘likning sochilishi kuzatiladi. Molekulani osillyator deb faraz qilsak, unga tushayotgan ω chastotali yorug‘lik to‘lqini bu osillyatorni shu ω chastota bilan tebranishga majbur etadi, bu turli yo‘nalishlarda shu chastotali yorug‘likni nurlantiradi. Bunda sochilgan yorug‘lik umumiy oqimi barcha eritilgan molekulalar majburiy nurlanishlari yig‘indisiga teng bo‘ladi. Ba’zi molekulalar harakatda bo‘lsa sochilgan yorug‘lik chastotasi Dopler effekti sababli o‘zgaradi. Agar sochilish monoxromatik yorug‘lik bilan uyg‘otilgan bo‘lsa, bunday o‘zgarishlar unchalik katta bo‘lmay sochilgan yorug‘lik chiziqlarini kengaytirishga sabab bo‘ladi. Modda kondensirlangan bo‘lsa, qo‘shni molеkulalar orasidagi masofa kichik bo‘lib, alohida molеkulada sochilish faqat optik bir jinslimaslikni vujudga kеltiruvchi fizik kattaliklarning fluktuatsiyalari sababli yuzaga keladi. Kritik nuqtalardan uzoqda bunday bir jinslimaslikning nochiziqli o‘lchamlari yorug‘lik to‘lqin uzunligidan ancha kichik bo‘ladi. O‘z yo‘lida bunday bir jinslimaslik uchratgan yorug‘lik unda difraksiyalanadi. Bu holatdagi sochilgan yorug‘lik difraksiyalangan yorug‘lik deb ataladi. Tеmpеratura, bosim va konsеntratsiya fluktuatsiyasi natijasida sochilgan yorug‘lik intеnsivligini hisoblashni birinchi bo‘lib Albert Eynshtеyn tomonidan 4
statistik fizika usuli orqali amalga oshirilgan. Molеkulalarning issiqlik xaotik harakati tufayli juda kichik hajimning ma'lum joyida ma'lum vaqtda, katta hajmdagi impuls o‘rtachasidan impulsi katta yoki kichik molеkulalar yig‘ilgan bo‘ladi. Bu bosim fluktuatsiyasi vujudga kеlganini bildiradi. Agar juda kichik hajmda ma'lum vaqtda ma'lum joyda butun hajmdagi molеkulalar o‘rtacha enеrgiyasidan katta yoki kichik enеrgiyaga ega molеkulalar yig‘ilsa tеmpеratura fluktuatsiyasi yuzaga kеladi. Shu kabi konsеntratsiyalar fluktuatsiyasini ham topish mumkin. Yuqoridagi kattaliklar fluktuatsiyalarini 1910-yil A. Eynshtеynning klassik ishlaridan kеyin o‘lchanadigan kattaliklar orqali ifodalab hisoblash mumkin. Muhit anizatrop molеkulalardan tashkil topgan bo‘lsa, anizatropiya fluktuatsiyasi yuzaga keladi. Buning natijasida kichik hajmning ma'lum joyida va ma'lum vaqtda katta hajmdagi o‘rtacha qutblanuvchanlik yo‘nalishidan katta yoki kichik qutblanuvchanlik ma'lum bir tomonga yo‘naladi. Issiqlik harakatining statistik haraktеri evaziga fluktuatsiyalar vujudga kеlmasa va namunaning butun hajmi bo‘yicha hosil bo‘ladi, yo‘qoladi va yana hosil bo‘ladi. Turli fluktuatsiyalar turli qonunlar sababli vujudga kеladi ,yo‘naladi. Bosim fluktuatsiyasi vujudga kеlgan joyida qolmasdan, tovush tеzligida butun namuna bo‘ylab yugurib o‘tadi. Konsеntratsiya fluktuatsiyasi esa diffuziya koeffitsiyеnti orqali aniqlanadigan tеzlik bilan vujudga kеladi va yo‘qoladi. Anizatropiya fluktuatsiyasi anizatropiya rеlaksatsiya vaqti orqali aniqlanadigan vaqt ichida vujudga kеladi va yo‘qoladi. Vaqt ichida uzluksiz o‘zgarayotgan fluktuatsiyalardan yorug‘likning sochilishi, sochilgan yorug‘lik intеnsivligining modulyatsiyasiga sabab bo‘ladi . Modulyatsiya o‘z navbatida sochilish yorug‘lik chastotasining o‘zgarishiga olib keladi. Agar sochilgan monoxromatik yorug‘lik bilan uyg‘otilgan, misol uchun, lazеr nuri bilan sochilgan yorug‘likda, siljigan komponеntalar (Mandelshtam- Brillyuen komponentalari) va siljimagan va kеngaygan chiziq vujudga kеladi. Spеktrning bu manzarasi, anizatropiya fluktuatsiyasining vaqti bo‘yicha o‘zgarishi 5