Transcript Opticalpart C - دانشگاه صنعتی اصفهان

‫دانشکده مهندس ی نساجی – دانشگاه صنعتی اصفهان‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
‫دکتر مصطفی یوسفی‬
‫ساختار مولکولی مواد همگن و غیر همگن‬
‫‪2‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫اثر متقابل نور و ماده‬
‫نور یک موج الکترومغناطیس است‪.‬‬
‫در امواج الکترومغناطیس دو میدان الکتریکی و مغناطیس ی عمود بر جهت انتشار موج وجود دارند‪.‬‬
‫جهت میدان الکتریکی جهت ارتعاش هم نامیده می شود‪.‬‬
‫در نور معمولی جهت ارتعاش در همه صفحات عمود بر جهت انتشار می باشد‪.‬‬
‫جهت میدان الکتریکی ‪( E‬جهت ارتعاش)‬
‫جهت میدان مغناطیسی ‪H‬‬
‫جهت انتشار‬
‫‪3‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫خواص امواج الکترومغناطیس‬
‫) ‪E  E0  sin(kz  t‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪4‬‬
‫‪hyperphysics.phy-astr.gsu.edu‬‬
‫دامنه ‪Amplitude‬‬
‫طول موج‪Wavelength‬‬
‫فرکانس ‪Frequency‬‬
‫فاز ‪Phase‬‬
‫پالریزاسیون ‪Polarization‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫اثر متقابل نور و ماده‬
:‫• نظریه ذره ای‬
Absorption ‫جذب‬
Emission ‫انتشار‬
Scattering ‫پخش‬
:‫• نظریه موجی‬
Refraction ‫شکست‬
Reflection ‫انعکاس‬
Absorption ‫جذب‬
Diffraction (Change of Phase and ‫پراش‬
Polarization)
‫ دکتر مصطفی یوسفی‬- ‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
5
‫تاثیرات متقابل نور و ماده‬
•
•
•
•
•
•
reflection ‫انعكاس‬
absorption or transmission ‫جذب يا عبور‬
refraction ‫شكست‬
variation of the plane of polarization ‫تغيیر صفحه پالريزه شدن‬
diffraction ‫تداخل‬
extinction of fluorescence ‫خاموش ي فلورسا نس‬
‫ دکتر مصطفی یوسفی‬- ‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
6
‫اهميت موضوع‬
‫• تعيین ظاهر‬
‫• اطالعات راجع به ساختار‬
‫شعاع انعكاس ي‬
‫آيينه اي‬
‫شعاع تابش‬
‫انعكاس پراكنده‬
‫جذب‬
‫‪7‬‬
‫شعاع عبوري‬
‫شعاع شكسته‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫انعكاس و انكسار‬
‫انعكاس‪:‬‬
‫‪I=I‬‬
‫‪I‬‬
‫‪I‬‬
‫انكسار‪:‬‬
‫هوا‬
‫) ‪Sin(i‬‬
‫‪n‬‬
‫) ‪Sin( r‬‬
‫‪n‬‬
‫‪r‬‬
‫‪8‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫عوامل موثر بر ضريب شكست‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪9‬‬
‫دما‬
‫طول موج نور‬
‫روش استاندارد ‪ :‬نور تك رنگ سديم‬
‫طول موج ‪ nm 589 :‬در ‪ 20‬درجه سانتي گراد‬
‫نور يك موج الكترو مغناطيس ي است‪ :‬و تغيیر سرعت آن تحت تاثیر‬
‫پالريزه شدن توزيع الكترنها خارجي قرار ميگیرد‪ .‬الكترنهايي كه در پيوند‬
‫كوواالنس شركت دارند بيشتر تحت تاثیر قرار ميگیرند‪.‬‬
‫بنا براين به هر پيوندي ميتوان يك قابليت پالريزه شدن نسبت داد ‪.‬‬
‫پالريزه شدن تحت تاثیر جهت حوزه نیز است‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫توزيع الكترونها در پيوند كوواالنس‬
‫الكترونهاي‬
‫ظرفيت‬
‫هسته‬
‫الكترونهاي‬
‫داخلي‬
‫توزيع الكترونها در پيوند كوواالنس پس‬
‫از اعمال حوزه موازي با امتداد پيوند‬
‫ـ‬
‫توزيع الكترونها در‬
‫پيوند كوواالنس‬
‫پس از اعمال حوزه‬
‫عمود بر امتداد پيوند‬
‫‪+‬‬
‫حوزه الكتريكي‬
‫‪+‬‬
‫ـ‬
‫حوزه الكتريكي‬
‫‪10‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫میدان الکتریکی نور باعث‬
‫پالریزه شدن پیوندهای‬
‫کواالنس ی می شود‪.‬‬
‫‪11‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫تعاريف‬
‫• ضريب شكست ‪REFRACTIVE INDEX‬‬
‫‪:‬‬
‫‪Sin(i) Vo‬‬
‫‪n‬‬
‫‪‬‬
‫) ‪Sin(r‬‬
‫‪V‬‬
‫زاويه شكست‪r‬‬
‫• زاويه بر خورد ‪i‬‬
‫• سرعت نور در خال ‪ V0‬سرعت نور در ما ده ‪V‬‬
‫•‬
‫‪12‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫تعریف مواد ایزو تروپیک‪ :‬موادی که خواص آن در جهات مختلف یکسان باشد‪.‬‬
‫تعریف مواد انیزو تروپیک‪ :‬موادی که خواص آن در جهات مختلف یکسان نباشد‪.‬‬
‫‪n2‬‬
‫‪n1  n2  n3‬‬
‫‪n1  n2‬‬
‫‪n1=n2=n3‬‬
‫‪n1‬‬
‫‪13‬‬
‫‪n1‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪n3‬‬
‫‪n2‬‬
‫‪n‬‬
‫ضريب شكست مضاعف ‪BIREFRINGENCE‬‬
‫‪n n  n‬‬
‫‪14‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪n‬‬
HERMANS ORIENTATION FACTOR
f= optical orientation factor‫• ضريب آرايش نوري‬

n

n
n  n 
n
3 2
f 

 1  sin 

 (n)
2
n  n 
‫ دکتر مصطفی یوسفی‬- ‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
15
‫ضریب شکست ایزوتروپیک‬
‫‪1‬‬
‫) ‪ ( n  2n ‬‬
‫‪3‬‬
‫‪niso‬‬
‫‪n‬‬
‫‪16‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪n‬‬
‫منشاء شكست مضاعف‬
‫• آرايش یافتگی مولکولی‪orientation birefringence‬‬
‫(موازي شدن ملكولها كه خود غیر ايزوتروپيك هستند‪).‬‬
‫• ضریب شکست مضاعف شكل ‪: form birefringence‬‬
‫در موادي كه ازچند فاز متفاوت با ضرايب شكست متفاوت تشكيل شده اند‬
‫اگر يكي به صورت ميله يا صفحه با بعد كوچك كوچكتر از طول موج نور‬
‫باشد‪ ،‬شكست در امتداد ميله ها از جهت عمود متفاوت ميشود‪.‬‬
‫‪17‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪18‬‬
‫ضریب شکست و مقادیر وابسته در الیاف سلولزی‬
Fibre
n║
Ramie 588/1
n┴
519/1
n║-n┴
069/0
f
97/0
Ф
8
niso
542/1
Viscose
rayon
10% stretch 560/1
533/1
027/0
53/0
34
542/1
80% stretch 568/1
531/1
037/0
74/0
25
543/1
573/1
528/1
045/0
88/0
16
542/1
Model
filaments
oriented 572/1
531/1
041/0
82/0
20
544/1
---
---
0
0
55
544/1
120% stretch
isotropic
19
‫ دکتر مصطفی یوسفی‬- ‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
‫ضریب شکست الیاف مختلف نساجی‬
20
Fibre
n║
n┴
n║-n┴
Cotton
Ramic and flax
Viscose rayon
Secondary acetate
Triacetate
Wool
Silk
Casein
Vicara (zein)
Nylon
Terylene polyester fibre
1.578
1.596
1.539
1.476
1.474
1.553
1.591
1.542
1.536
1.582
1.725
1.532
1.528
1.519
1.470
1.479
1.542
1.538
1.542
1.536
1.519
1.537
0.046
0.068
0.020
0.006
-0.005
0.010
0.053
0.000
0.000
0.063
0.188
Orlon acrylic fibre
Acrilan acrylic fibre
Polyethylene
Glass
1.500
1.520
1.556
1.547
1.500
1.524
1.512
1.547
0.000
-0.004
0.044
0.000
‫ دکتر مصطفی یوسفی‬- ‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
‫ضريب شكست مضاعف و ساختار ملكول‬
‫ملكول مستقيم‬
‫زيگزاگ‬
‫ملكول با گروههاي جانبي‬
‫ضريب‬
‫شكست‬
‫مضاعف‬
‫كم‬
‫ضريب‬
‫شكست‬
‫مضاعف‬
‫زياد‬
‫ضريب شكست‬
‫مضاعف‬
‫‪ 21‬زياد‬
‫جهت حوزه‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫ضرائب شکست بعض ی بلورها‬
Crystal
no
ne
Tourmaline
1.669
1.638
Calcite
1.6584
1.4864
Quartz
1.5443
1.5534
Sodium Nitrate
1.5854
1.3369
Ice
1.309
1.313
Ruile(TiO2)
2.616
2.903
‫ دکتر مصطفی یوسفی‬- ‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
22
‫پالریزاسیون نور‬
‫در نور پالریزه جهت ارتعاش و جهت‬
‫انتشار نور فقط در یک صفحه واقع‬
‫شده اند‪.‬‬
‫‪23‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫یکی از روش های پالریزه شدن نور شکست نور توسط یک ماده آرایش یافته مثل‬
‫بلور کلسیت است‪.‬‬
‫نور پس از برخورد به مواد دارای آرایش‬
‫مولکولی به دو مولفه تجزیه می شود‪.‬‬
‫الف‪ -‬این دو جزء هر دو پالریزه می باشند‪.‬‬
‫ب‪ -‬جهت یا صفحه ارتعاش یا جهت‬
‫میدان الکتریکی آنها بر هم عمود است‪.‬‬
‫ج‪ -‬با هم اختالف فاز دارند‪.‬‬
‫جزء معمولی‬
‫‪24‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫جزء غیر معمولی‬
‫‪25‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪26‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪27‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫پالریزاسیون توسط انعکاس‬
‫‪Brewester Angle‬‬
‫‪n2‬‬
‫‪tg ‬‬
‫‪n1‬‬
‫‪α‬‬
‫‪n1‬‬
‫‪n2‬‬
‫اگر محیط دوم شیشه باشد ‪ n2=1.5‬و محیط اول هوا باشد ‪n1=1‬‬
‫اگر محیط دوم آب باشد ‪ n2=1.33‬و محیط اول هوا باشد ‪n1=1‬‬
‫‪28‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪α=56.3‬‬
‫‪α=53‬‬
‫‪29‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫عینک های پالریزه‬
‫نوری که از سطح جاده منعکس می شود و‬
‫جهت پالریزاسیون آن موازی سطح جاده است‪.‬‬
‫‪30‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫پالریزاسیون نور در اثر پراکندگی‬
‫‪31‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪1‬‬
‫‪‬‬
‫‪4‬‬
‫چرا آسمان آبی دیده می شود؟‬
‫چرا خورشید در هنگام طلوع یا غروب مایل به قرمز رنگ است؟‬
‫‪32‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪scttering ‬‬
‫‪33‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪34‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫ساختار میکروسکوپ نور پالریزه‬
‫‪35‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫یک ماده دارای آرایش مولکولی بین پالریزورهای عمود‬
‫برهم‬
‫‪36‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫روشهاي اندازه گیري ضرايب شكست‬
‫• روش خط بکه ‪Beke line‬‬
‫• پالریزور و آنالیزور موازی‬
‫خط بکه‬
‫‪n2‬‬
‫‪n1‬‬
‫‪n2‬‬
‫‪n2‬‬
‫‪n1‬‬
‫‪n1=n2‬‬
‫خط بكه‬
‫‪37‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫• از مایعات مختلف استفاده می شود‪.‬‬
‫• وقتی نمونه دیده نشود‪ ،‬یعنی خط مرزی بکه ناپدید شود‪ ،‬ضریب‬
‫شکست نمونه با مایه برابر شده است‪.‬‬
‫• هنگام كانوني كردن كه خط بكه به طرف ضريب شكست بیشتر‬
‫حركت ميكند ميتوان در يافت كه ضريب شكست جسم از مايع‬
‫معلوم كمتر است يا بيشتر‬
‫‪38‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫روشهاي اندازه گیري ضرايب شكست‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪39‬‬
‫روش مستقیم یا جبرانی‬
‫پالریزور و آنالیزور عمود برهم‬
‫نمونه با زاویه ‪ 45‬درجه با پالریزور قرار می گیرد‪.‬‬
‫در هنگام چرخش نمونه چهار موضع خاموش ی و چهار موضع حداکثر‬
‫روشنایی مشاهده می شود‪.‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪40‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫نمایش برداری جهت ارتعاش‬
‫‪41‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫مضربی از طول موج‬
‫اختالف فاز یا تاخیر‬
‫‪Re tardadation  ( N  N )  (n  n )t‬‬
‫‪ t‬ضخامت لیف است‪.‬‬
‫اختالف فاز یا تاخیر با استفاده از جدول میشل لوی به دست می آید‪.‬‬
‫‪42‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪43‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫تاخير دهنده ها‬
‫• قرمز درجه اول‪first order red plate‬‬
‫• الندا چهارم‪quarter red plate‬‬
‫• لبه كوارتز‪quartz wedge‬‬
‫‪first order red plate‬‬
‫‪Quartz wedge‬‬
‫‪44‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫ضرايب شكست ‪ ،‬تبلور و بي نظمي‬
‫• اگر الياف داراي دو فاز بلوري و بي نطم باشند‪:‬‬
‫‪n  nc  (1   )na  n f‬‬
‫‪a = amorphous‬‬
‫‪c = crystalline‬‬
‫‪f = form‬‬
‫‪n = bireferingence‬‬
‫‪= % crystallinity‬‬
‫‪45‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
nc
fc 
0
nc
na
fa  o
na
n f  0
n    f c  nc  (1   )  f a  n
0
‫ دکتر مصطفی یوسفی‬- ‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
0
a
46
‫ضريب شكست ‪ ،‬جرم مخصوص‬
‫• چون ضريب شكست با جمع بستن قابليت پالريزه شدن به دست‬
‫ميآيد‪ ،‬پس با افزايش جرم مخصوص بايد افزايش يابد ‪:‬‬
‫‪n 1‬‬
‫‪DALES  LAW ‬‬
‫‪ constant‬‬
‫‪‬‬
‫جرم مخصوص=‬
‫‪47‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪‬‬
‫ضريب شكست و رطوبت‬
‫• رطوبت باز يافته‪moisture regain‬‬
‫‪W‬وزن آب ‪D‬وزن خشك الياف‬
‫‪w‬‬
‫‪r‬‬
‫‪ 100‬‬
‫‪D‬‬
‫‪ Vr‬حجم مخصوص لیف مرطوب و ‪ nr‬ضريب شكست ليف مرطوب‪.‬‬
‫‪n 1‬‬
‫پس‪:‬‬
‫چون ‪ Cte‬‬
‫‪‬‬
‫‪vm (nm  1)  v1 (n1  1)  v2 (n2  1)  ...‬‬
‫‪vr (nr  1)  v0 (n0  1)  0.333 r..‬‬
‫حجم يك گرم سلولز خشك‬
‫‪48‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫ضريب شكست و رطوبت‬
‫‪49‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫ميكروتوم‪MICROTOME‬‬
‫• ميكروتوم وسيله اي ا ست براي برش نمونه با ضخامت كم و‬
‫مشخص‪ .‬برخي از انواع‪:‬‬
‫‪ -1‬دستي‬
‫‪ -2‬هاردي‬
‫‪50‬‬
‫‪-3‬شوارتز‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫ميكروتوم دستي‬
‫‪51‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫ميكروتوم دستي‬
‫الياف‬
‫پيچ باال برنده‬
‫تيغ‬
‫‪52‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫ميكروتوم دستي‬
‫‪53‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫ميكروتومهاي دستي‬
‫‪54‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫انواع ميكروتومهاي جديد‬
‫نيمه اتوماتيك‬
‫‪55‬‬
‫اتوماتيك‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫اتوماتيك در سرما‬
‫‪56‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫تداخل سازنده‬
‫‪57‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫تداخل مخرب‬
‫‪58‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪59‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪60‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬