Денелердің температуралық жарығы

IДЕНЕЛЕРДІҢ ТЕМПЕРАТУРАЛЫҚ ЖАРЫҒЫ
1.1 Температуралық жарық. Кирхгоф эаңы
1.2 Абсолют қара дене. Абсолют қара дененің және қара емес денелердің сәуле шығару заңдары
1.3 Жарық көздері. Оптикалық пирометрия
II ЖАРЫҚТЫҢ ӘСЕРЛЕРІ
2.1 Фотоэлектрлік эффект. Фотоэлектр құбылысын пайдалан
2.2 Эйнштейннің тендеуі. Жарық кванты
2.3 Жарық қысымы. Люминесценцияның қолданылуы
III РЕНТГЕН СӘУЛЕЛЕРІ
3.1 Рентген сәулелерін қоздыру және бақылау
3.2 Рентген сәулелерінің дифракциясы. Рентген.структуралық анализ.
3.3 Рентген сәулелерінің спектрлері. Рентген сэулелерінің жұтылуы
3.4 Рентген сәулелерінің шашырауы. Комптон құбылысы
IV ТОЛҚЫНДАР МЕН БӨЛШЕКТЕР
4.1 Зат бөлшектерінің толқындық қасиеттері
4.2 Электрондық микроскоп
4.3 Шредингердің теңдеуі туралы түсінік. Анықталмаушылық принципі
V АТОМНЫҢ ҚҰРЫЛЫСЫ ЖӘНЕ АТОМДЫҚ СПЕКТРЛЕР
5.1 Атомның ядролық құрылысы
5.2 Атомдық спектрлердегі заңдылықтар
5.3 Бордың постулаттары. Спектрлік термнің табиғаты
5.4 Франк пен Герцтің тәжірибелері. Бор теориясынша сутегі атомы құрылысы.
5.5 Бордың теориясынша сутегі атомының спектріндегі заңдылықтар тусінігі
5.6 Сутегі атомындағы эллипстік орбиталар. Шредингердің теңдеуін сутегі атомына қолдану.
5.7 Сілтілік металдар спектрлері. Электронның спиндік моменті. Штерн мен Герлах тәжірибелері.
5.8 Толық қозғалыс моменті кванттық саны. Зееман құбылысы
5.9 Паулидың принципі. Электрондық қабаттар
5.10 Химиялық элементтердің периодтық жүйесі. Сипаттауыш рентген сәулелерінің пайда болуы.
5.11 Атомның спонтандық сәуле шығаруы. Атомның ырықсыз сәуле шығаруы.
ТЕСТ
ӨЗІНДІК ЖҰМЫСТАРҒА АРНАЛҒАН ТАПСЫРМА
Кесте
Түсіндірме сөздік

Кейбір денелер қыздырылған кезде жарық шығарады. Қыздыру нәтижесінде шыққан жарық температуралық жарық деп аталады. Температуралық жарықтың тепе-теңдік сипаты болады. Мысалы, бір сәуле шығарушы дене тұйық қуыстың ішінде тұрған болсын; оның ішкі беттері идеал айнадай жалтыр болып, оған түскен сәулелер түгел шағылатын болсын. Сонда әлгі денеден шыққан сәулелер сол құыстың қабырғасына түсіп сан рет шағылады, сыртқа шығып кетпейді, қуыстың ішінде болады, оның біраз үлесі денеге сіңеді. Бұл жағдайда дененің сәуле шығару нәтжесінде энергиасы қанша кемісе өзі жұтқан сәулелік энергия мөлшері дәл сонша болуы мүмкін. Сонда тұйық қуыстағы сәулелік энергия және сәуле шығарушы дене энергиясы уақытқа байланысты өзгермейді. Мұндай жағдайда қарастырылып отырған жүйе - қуыстағы сәулелік энергия мен сәуле шығарушы дене — тепе-теңдік күйде түр деп айтылады. Температуралық жарық үшін осындай тепе-теңдік күй өз-өзінен (автоматтык түрде) орнайды. Тұйық қуыстағы дене шығаратың сәулелік энергия мөлшері оның өзі жұтатын энергия мөлшерінен артық болса, онда дене салқындай бастайды, бірақ біраздан соң система қайтадан тепе-теңдік күйге келеді. Керісінше, дене шығаратын энергня онын өзі жұтатын энергиядан кем болса, онда дене қыза бастайды. Бұл процесс қайтып тепе-теңдік күй орнағанға дейін созылады. Сөйтіп дене не аз, не көп энергия жұтқан жағдайларда шығарылатын сәуле интенсивтігі күшею немесе бәсеңдеу нәтижесінде система қайтадан бұрынғы күйіне оралады. Осындай тепе-теңдік орнықты болады. Сондыктан температуралық жарықтың тепе-тендік сипаты болады.
Қабырғалары жылу өткізбейтін бос қуыс ішінде температурасы әр түрлі бірнеше дене болып, олардың бірінен-біріне жылу тек сәуле арқылы ауысатын болсын. Сонда біраз уақыт өткен соң сәуде шығару және сәуле жұту нәтижесінде олардың температуралары теңеледі, яғни олар жылулык тепе-теңдік күйге түседі.

Негізгі әдебиеттер
1. Савельев И.К. Курс общей физики. –М.: Высшая школа, т.2, 3.
2. Лансберг Г.С. Оптика -М.: Просвещение, 1981.
3. Фриш С.Э., Детлаф А.А. «Курс физики. -М.: Высшая школа, 1989.
4. Грабовский Р.И. «Курс физики. –М.: Высшая школа, 1980.
5. Лабораторный практикум по общей физике под редакцией Гершензона Е.М. и Малова Н.М.. М.: Просвещение, 1985.
6. Матвеев А.Н. Оптика М. Высшая школа, 1985.
7. Бутиков Е.И. Оптика М. Высшая школа, 1986.
8. Калитиевский Н.И. Волновая оптика М. Высшая школа, 1978.
9. Иродов И.Е. Задачи по общей физике М. Наука, 1979.
10. ГинзбургВ.Л.,Левин О.М.,Сивухин Д.В.,Яковлев И.А., (под.ред. Д.В.Сивухина) Сборник задач по общему курсу физики, М: Наука, 1976.-
11. Ж.Абдулаев «Физика курсы» Алматы «Білім» 1994
12. Т.И.Трофимова Курс физики Москва Высшая школа 2000г.
13. Гершензона Е. М. Малов Н. Н. Эткин В. С. Курс общ. Физики, Оптика и атомная физика. 1981 г. гл 4
14. Савельев И. В. Курс физики 1978 г. т.2 гл.18
15. Ландсберг Г. С. Оптика 1976 г. гл. 9
16. Лабораторные занятия по физике. Под ред. Л. Л. Гольдина. М. Наука, 1983г.
17. Зайдель А. Н. Островского Г. В. , Островского Ю. И. Техника и практика спектроскопии. М. Наука, 1972 г.
18. Полатбеков П. “Оптика” Алматы: Мектеп, 1981.
19. Қойшыбаев Н., Шарықбаев А. О. “Физика” 2 – том, Алматы, 2001.
20. Ахметова Б. Ғ, Әбілдаев Ә. Х.. “Физика” Алматы, 1987.
21. К.Б.Жұманов «Оптика негіздері» Алматы 2005ж
Қосымша әдебиеттер
22. Ворнов В.К., Перциков Б.З. Курс лекции по физике. –Изд-во Иркутского ун-та, 1991.
23. Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике. –М.: Просвещение, 1985.

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 95 бет
Таңдаулыға:

3 ЮНИТА
АҢДАТПА
Әдебиеттер тізімі
IДЕНЕЛЕРДІҢ ТЕМПЕРАТУРАЛЫҚ ЖАРЫҒЫ
   1.1 Температуралық жарық. Кирхгоф эаңы
   1.2 Абсолют қара дене. Абсолют қара дененің және қара емес денелердің
сәуле шығару заңдары
   1.3 Жарық көздері. Оптикалық пирометрия
II ЖАРЫҚТЫҢ ӘСЕРЛЕРІ
    2.1 Фотоэлектрлік эффект. Фотоэлектр құбылысын пайдалан
   2.2 Эйнштейннің тендеуі. Жарық кванты
   2.3 Жарық қысымы. Люминесценцияның қолданылуы
III РЕНТГЕН СӘУЛЕЛЕРІ
   3.1 Рентген сәулелерін қоздыру және бақылау
   3.2 Рентген сәулелерінің дифракциясы. Рентген-структуралық анализ.
   3.3 Рентген сәулелерінің спектрлері. Рентген сэулелерінің жұтылуы
   3.4 Рентген сәулелерінің шашырауы. Комптон құбылысы
IV ТОЛҚЫНДАР МЕН БӨЛШЕКТЕР
4.1 Зат бөлшектерінің толқындық қасиеттері
   4.2 Электрондық микроскоп
   4.3 Шредингердің теңдеуі туралы түсінік. Анықталмаушылық принципі
V АТОМНЫҢ ҚҰРЫЛЫСЫ ЖӘНЕ АТОМДЫҚ СПЕКТРЛЕР
   5.1 Атомның ядролық құрылысы
   5.2 Атомдық спектрлердегі заңдылықтар
   5.3 Бордың постулаттары. Спектрлік термнің табиғаты
   5.4 Франк пен Герцтің тәжірибелері. Бор теориясынша сутегі атомы
құрылысы.
   5.5 Бордың теориясынша сутегі атомының   спектріндегі заңдылықтар
тусінігі
   5.6 Сутегі атомындағы эллипстік орбиталар. Шредингердің теңдеуін сутегі
атомына қолдану.
    5.7 Сілтілік металдар спектрлері. Электронның спиндік моменті. Штерн
мен Герлах тәжірибелері.
   5.8 Толық қозғалыс моменті   кванттық саны. Зееман құбылысы
   5.9 Паулидың принципі. Электрондық қабаттар
   5.10 Химиялық элементтердің периодтық жүйесі. Сипаттауыш рентген
сәулелерінің пайда болуы.
   5.11 Атомның спонтандық сәуле шығаруы. Атомның ырықсыз сәуле шығаруы.
ТЕСТ
ӨЗІНДІК ЖҰМЫСТАРҒА АРНАЛҒАН ТАПСЫРМА
Кесте
Түсіндірме сөздік

ДЕНЕЛЕРДІҢ ТЕМПЕРАТУРАЛЫҚ ЖАРЫҒЫ
Кейбір денелер қыздырылған кезде жарық шығарады. Қыздыру нәтижесінде
шыққан жарық температуралық жарық деп аталады. Температуралық жарықтың
тепе-теңдік сипаты болады.
Әлгі денеден шыққан сәулелер сол құбылыстың қабырғасына түсіп сан рет
шағылады, сыртқа шығып кетпейді, қуыстың ішінде болады, оның біраз үлесі
денеге сіңеді. Бұл жағдайда дененің сәуле шығару нәтжесінде энергиасы қанша
кемісе өзі жұтқан сәулелік энергия мөлшері дәл сонша болуы мүмкін.
ДЕНЕЛЕРДІҢ ТЕМПЕРАТУРАЛЫҚ ЖАРЫҒЫ
1.1 Температуралық жарық. Кирхгоф эаңы
Кейбір денелер қыздырылған кезде жарық шығарады. Қыздыру нәтижесінде
шыққан жарық температуралық жарық деп аталады. Температуралық жарықтың тепе-
теңдік сипаты болады. Мысалы, бір сәуле шығарушы дене тұйық қуыстың ішінде
тұрған болсын; оның ішкі беттері идеал айнадай жалтыр болып, оған түскен
сәулелер түгел шағылатын болсын. Сонда әлгі денеден шыққан сәулелер сол
құыстың қабырғасына түсіп сан рет шағылады, сыртқа шығып кетпейді, қуыстың
ішінде болады, оның біраз үлесі денеге сіңеді. Бұл жағдайда дененің сәуле
шығару нәтжесінде энергиасы қанша кемісе өзі жұтқан сәулелік энергия
мөлшері дәл сонша болуы мүмкін. Сонда тұйық қуыстағы сәулелік энергия және
сәуле шығарушы дене энергиясы уақытқа байланысты өзгермейді. Мұндай
жағдайда қарастырылып отырған жүйе - қуыстағы сәулелік энергия мен сәуле
шығарушы дене — тепе-теңдік күйде түр деп айтылады. Температуралық жарық
үшін осындай тепе-теңдік күй өз-өзінен (автоматтык түрде) орнайды. Тұйық
қуыстағы дене шығаратың сәулелік энергия мөлшері оның өзі жұтатын энергия
мөлшерінен артық болса, онда дене салқындай бастайды, бірақ біраздан соң
система қайтадан тепе-теңдік күйге келеді. Керісінше, дене шығаратын
энергня онын өзі жұтатын энергиядан кем болса, онда дене қыза бастайды. Бұл
процесс қайтып тепе-теңдік күй орнағанға дейін созылады. Сөйтіп дене не аз,
не көп энергия жұтқан жағдайларда шығарылатын сәуле интенсивтігі күшею
немесе бәсеңдеу нәтижесінде система қайтадан бұрынғы күйіне оралады.
Осындай тепе-теңдік орнықты болады. Сондыктан температуралық жарықтың тепе-
тендік сипаты болады.
Қабырғалары жылу өткізбейтін бос қуыс ішінде температурасы әр түрлі
бірнеше дене болып, олардың бірінен-біріне жылу тек сәуле арқылы ауысатын
болсын. Сонда біраз уақыт өткен соң сәуде шығару және сәуле жұту
нәтижесінде олардың температуралары теңеледі, яғни олар жылулык тепе-теңдік
күйге түседі. Мұндай күйдің динамикалық сипаты болады, белгілі бір
температурада сәулелік энергия үздіксіз шығарылып және жутылып турады.
Дененің сәулелік энергия шығару және жұту қабілеттері бір-біріне
байланысты. Ендә осыған тоқталайық.
Дененің 1 см2 бетінен 1 секундта шығарылатын сәулелік энергия мөлшері
дененің сәуле шығарғыштық қабілеті (Е) немесе энергетикалық жарқырауы деп
аталады. Егер дененің сәул шығарғыштық қабілеті спектрдің бір алқабына
қатысты алынса, дәлірек айтқанда спектірлік интервалдық бір бірлігіне
қатысты есептелінсе, оны дененің спектрлік сәуле шығарғыштық қабілеті
() дейді. Солда дененің белгілі Т температурада толық сәуле
шығарғыштық қабілетін былай өрнектеуге болады:

мұндағы —толқын ұзындығы мен температураға тәуелді.
Мөлдір емес дененің бетіне түскен сәулелік энергияның бір бөлігі
жұтылады. Сол жұтылған энергияның түскен энергияға қатынасы дененің сәуле
жұтқыштық қабілеті (А) деп аталады. Демек, бұл шама түскен сәулелік
энергияның қандай үлесі жұтылғанын көрсетеді. Толқындар ұзындығы мен
аралығыңдағы сәулелер энергиясының белгілі температурада дененің 1
см2 беті жұтқан үлесін көрсететін шама дененің спектрлік сәуле жұтқыштық
қабілеті () делінеді. Ендеше дененің белгілі температурадағы сәуле
жұтқыштық қабілетін былай өрнектеуге болады:    мұнда да - әрі
толқын ұзындығына, әрі температураға тәуелді.
Егер дене бетіне түскен сәулелік энергияны, талғамай, толық жұтатын
болса, ондай дене абсолют қара дене деп аталады. Ондай денелердің сәуле
жұтқыштық қабілеті бірге тең: А=1, =1 болады.Абсолют қара дененің
толық сәуле шығарғыштық қабілетін деп белгілеп, оны былай өрнектеуге
болады:мұндағы - абсолют қара дененің спектрлік сәуле
шығарғыштық қабілеті. Ол мен Т-ға тәуелді:
Неміс ғалымы Кирхгоф (1859 ж.) термодинамика заңдарына сүйеніп,
дененің сәуле шығарғыштық қабілетінің оның сәуле жұтқыштық қабілетіне
қатынасы сол температурадағы абсолют қара дене сәуле шығарғыштық қабілетіне
тең екендігін тағайындады, яғни:       немесе белгілі бір толқын
ұзындығы () мәніне қатысты алғанда         Егер жылулық тепе-
теңдік күйдегі бірнеше денелердің әрқайсысының сәуле шығарғыштық
қабілеттері сәуле жұтқыштық қабілеттері болса, сонда Кирхгофтың
заңы бойынша
Дененің сәуле шығарғыштық қабілетінің оның сәуле жұтқыштық қабілетіне
қатынасы дененің табиғатына байланысты емес; барлық денелерге бірдей, сәуле
толқыны ұзындығы мен температураға тәуелді универсал функция болады, ол
абсолют қара дененің сәуле шығарғыштық қабілетіне тең. Ендеше абсолют қара
дене шығарған сәулелік энергия толқындар ұзындығы бойынша қалай таралады
деген сұрау туады. Енді қысқаша осы мәселеге тоқталайык,.
1.2 Абсолют қара дене
Температуралық жарық теориясы үшін абсолют қара дененің сәуле
шығарғыштық қабілетін білудің мәні зор, өйткені сол арқылы қара емес
денелердің сәуле шығарғыштығын іздестіруге болады. Ол үшін әрине ах
функциясын білуде қажет. Бұл функцияларды табу мәселесін қарастырудан бұрын
абсолют қара денеге біраз тоқталған жөн болады.
Табиғатта толқын ұзындығы қандай екеніне қарамай барлық сәулелерді
түгел жұтатын абсолют қара дене кездеспейді. Қара дене деп саналатын нақты
денелер тек көрінетін сәулелерді ғана жақсы жұтады, соның өзінде де оларды
толық жұтпайды. Мысалы, қара күйе көрінетін жарықтың 0,99 үлесін ғана
жұтады, инфрақызыл жарықты нашар жұтады. Алайда абсолют қара дене ролін
атқара алатын денені қолдан жасауға болады, мысалы кішкене тесігі бар үлкен
қуыс дене абсолют қара дене орнына жүре алады. Осындай қуыстың ішіне енген
сәуле қайтып сыртқа шықанша оның қабырғасының ішкі бетінен сан рет
шағылады, әр жолы түскен жарықтың өте аз үлесі ғана кері қарай серпіледі.
Іс жүзінде бұл қуыс енген жарықты толығынан жұтады. Сөйтіп қуыс дененің
кішкене тесігі абсолют қара дене қызметін атқарады. Осы айтылғанға негіздеп
қасиеттері жағынан абсолют қара денеге ұқсас сәулелік энергия көзін жасауға
болады.
Іс жүзінде абсолют қара дене моделі өте шабан балқитын жіңішқе ұзын А
түтіктен жасалады. Сәуле көп шағылып, мол жұтылу үшін оның ішіне бірнеше
жерінен кішкеее тесігі бар бөгеттер орнатылады. Осындай түтік электр
пешінің ішіне қойылып қабырғасы қалаған температураға жеткізіле
қыздырылады. Сонда түтіктің аузынан шыққан сәуле қасиеттері жағынан абсолют
қара дене шығаратын сәулеге ұқсас болады. Осындай модельді пайдаланып
абсолют қара дене жарқырауын зерттеуге болады. Мұнда абсолют қара дене
делінетін А түтіктің тесігінен шыққан сәулелер С линзадан өтіп К1 трубанынң
Sp, саңылауынан түседі, ол сәулелер О1, объективтен өтіп параллель шоққа
айналады да Р призмаға түседі. Толқын ұзындығы әр түрлі сәулелер призмадан
өткенде түрліше бұрышқа бұрылады. Егер К2 труба белгілі бұрышқа бұрылып
орнатылған болса, сонда оның Sp2 саңылауынан толқын ұзындығы мәндері
ден -ге дейінгі сәулелерге тиіс энергия ағыны өтеді. Бұл энергия
ағыны қарайтылған J термоэлементке түседі. Термоэлемент көмегімен өлшенетін
осы энергия ағынының қуаты () абсолют қара дене спектрлік сәуле
шығарғыштық қабілеті () мен спектрлік интервал кебейтіндісіне
пропорционал: . Егер К2 труба басқа бұрышқа бұрылып қойылса, онда
термоэлемент көрсететін энергия ағыны қуаты болады. Сонда толқын
ұзындықтары және ; спектрдің алқаптарына жататын сәулелік
энергия қуаттарының қатынасы мынаған тең болады:

Бұдан спектрдің екі алқабына сай абсолют қара дене сәуле шығарғыштық
қабілеттерінің қатынасын табамыз:

Осылайша берілген бір температурада абсолют қара дененің әр түрлі
толқын ұзындығына сәйкес салыстырма сәуле шығарғыштық қабілетін табуға
болады.
Абсолют қара дененің сәуле шығару заңдары. Абсолют қара дененін
эксперимент арқылы табылған сәуле шығару қисығын сан жағынан талдау
нәтижесінде, XIX ғасырдың аяқ кезінде, мынадай үш заң тағайындалды.
1) Стефан-Больцман заны. Абсолют қара дененің толық жарқырауы (R) оның
төртке дәрежеленген абсолют температурасына пропорционал.
К
мұндағы - тұрақты шама, оның сан мәні мынадай немесе ,7 =
5,7- ]0~& Втм2К2. Бұл заңды алғаш (1879) эксперимент жасап Стефан, одан
соң теория жүзінде (1884 ж.) Больцман тағайындаған. Осы заңды пайдаланып
абсолют қара дененіңің см2 бетінен 1 с ішінде шығарылатын сәулелік энергия
мөлшерін есептеп табуға болады. Бұл занның практикада маңызы зор, оған
кейін тоқталамыз.
2) Виннің заңы. Абсолют қара дененің спектрлік сәуле шағарғыштық
қабілетінің максимал мәніне сәйкес келетін толқын ұзындығы () оның Т
абсолют температурасына кері пропорционал

мұндағы b - тұрақты шама; b = 0,2886 см*град немесе 2,898*10-3 мК. Бұл
заңды 1877 жылы В.Вин тағайындаған.
3) Абсолют қара дененің спектрлік сәуле шығарғыштық қабілетін максимал
мәні оның беске дәрежеденген абсолют температурасына пропарционал:

мұндағы С - тұрақты шама, толқын ұзындығы мкм-мен алынса онда
Абсолют қара дененің сәуле шығару қисығын бірқатар физиктер
классикалық физика заңдарына сүйеніп түсіндірмек болды. Бірақ ондай
жұмыстар нәтижелі болмады. Бұл мәселені тек 1900 жылы белгілі неміс физигі
Макс Планк шешті. Мұнда ол жарық үздік-үздік белгілі мөлшерде, энергия
порциялары — энергия кванттары түрінде шығарылады, энергия кванты ()
жарық тербеліс жиілігне (-ге) пропорционал: болады деп жорыды.
Планк өзі ұсынған осы гипотезаға сүйеніп және статистикалық физика заңдарын
пайдалана отырып, абсолют қара дене сәуле шығарғыштық кабілетінің толқын
ұзындығы мен температураға тәуелділігін дұрыс көрсететін формула қорытып
шығарды: яғни функциясының тәжірибеден мәлім абсолют қара дене сәуле
шығару қисығына сай түрін тапты. Планктың бұл формуласының тұжырымды түрі
мынадай:

мұндағы с1 мен с2 тұрақты шамалар. Бұлардың сан мәнді мынадай: ,

Осциляторлар бағынатын жаңа кванттық заңдарды есепке алғанда Планктың
(67.4) формуласы төмендегі түрде де жазылады:


мұндағы һ - Планктың тұрақтысы, һ - Больцманның тұрақтысы, с -
жарықтың вакуумдағы жылдамдығы. Планктың осы формуласын жарық энергиясы
көлемдік тығыздығы шамасын () табу үшін мына түрде жазуға болады:

Планктың формуласы бойынша абсолют қара дене спектрінде энергияның
таралуып толық түсіндіруге болады. Планктың осы формуласынан абсолют қара
дененің жоғарыда баяндалған заңдарын қорытып шығаруға да болады.
Қара емес денелердің сәуле шығаруы. Табиғатта кездесетін барлық нақты
денелердің сәуле жұтқыштық қабілеттері бірден кем (1) болады. Жер
бетінде кездесетін денелердің ішінде ең қара дене деп саналатын күйенін
жарық жұтқыштық қабілеттері қара қағаздың . Сол себептен белгілі
температурада нақты денелердің сәуле шығарғыштық дене қабілеті сол
температурадағы абсолют қара дене сәуле шығарғыштық қабілетінен кем болады.
Сонымен қабат нақты денелердің толық жарқырауы абсолют қара денелердің
толық жарқырауынан аз болады. Нақты денелердің сәуле шығарғыштық
қабілетінің толқын ұзындығына байланысты өзгеруі абсолют қара дененін сәуле
шағарғыштық қабілетінің өзгеруіне ұқсас бола бермейді. Егер дененің
және барлық сәулелер үшін бірдей болса, оңдай денелердің толық
жарқырауының (R') температураға тәуелділік заңы Стефан-Больцман заңына
ұқсас, яғни

мұндағы к-қаралық коэффициент делінеді, оның сан мәні дененің
табиғатына, оның бетінің күйіне, температуасына т.т. байланысты болады.
Көпгеген денелердің қаралық коэффициенті бірден кем болады, мысалы
температурасы 1500°К күмістің к=0,04. Бұл күміс бетіне түскен жарық аз
жұтылып, көп шағылатынына сай келеді.
1.3 Жарық көздері
Қыздырылған денелердің сәуле шығаруы техникада жарық көздерін жасау
үшін пайдаланылады. Осы кездегі көп таралған жарық көзі — қыздыру электр
лампасы. Бұл лампа ішінен ауасы шығарылған шыны баллон ішіне жіңішке металл
сым немесе көмір қыл орнатылып жасалады. Лампа сымынан ток өткенде ол қатты
қызып көрінетін жарық сәулелерін шығарады. Осындай қыздыру электр лампасын
алғаш (1870 ж.) орыс инженері А.Н.Лодыгин жасады. Электр лампаларының қылы,
көбінесе, спираль пішінді етіліп вольфрамнан жасалады. лампа қылы тез
күймей, көпке шыдау үшін лампа ішіне инертті газ толтырылады. Осы күнгі газ
толтырылған электр лампаларының.температурасы шамада 3000°К-ке, жарық беруі
20 лмВт-қа дейін болады; пайдалы әсер коэффициенті 3% тен аспайды.
Жарық көзі ретінде көмір электродтары аралығыңдағы электр доғасы да
пайдаланылады. Электр доғасын бірінші рет орыс ғалымы В.В.Петров ойлап
шығарған, оны орыс инжеиері П.Н.Яблочков көшеге жарық беру үшін пайдаланды.
Электр доғасы жарығының көбі оның оң электродында пайда болатын кратерінен
шығады, ол кратер температурасы 4000° К-ға дейін жетелі. Оң электрод
кратерімен қабат оның теріс электроды, электродтар аралығындағы қызған газ
бен буда жарық шығарады. Электр доғасы жарық беруін күшейту үшін кейде
көмір электродтар құрамына әр түрлі металл тұздары да қосылады, сонда
қызған бу жарықтылығы едәуір күшейеді. Электр доғасы жарық беруі 25 лмВт.
пайдалы әсер коэффициенті 4°о-ке дейін болады.
Электр доғасы, қазіргі кезде, күшті жарық көздері ретінде проекциялық
құралдарда, прожекторларда пайдаланылады.
Оптикалық пирометрия
Абсолют қара денелердің сәуле шығару заңдары қызған денелердің
температурасын өлшеу үшін де пайдаланылады. Қызған денелер температурасын
осы заңдарға негіздеп өлшеу методтары оптикалық пирометрия методтары деп
аталады. Бұл методтардың бір артықшылығы сол, бұларды қолданып өте жоғары
температураларды өлшеуге де болады.
Қызған денелердің температурасын өлшеудің бір методы Виннің заңына
негізделген. Егер абсолют қара дененін жарқырау қисығы максимумына сәйкес
толқын ұзындығы () мәлім болса, онда формула бойынша, ол дененің
температурасы Т мынаған тең:


Осы метод жарқырауының толқын ұзындықтары бойынша таралуы абсолют қара
дененікіне ұқсас қызған денелер температурасын табу үшін қолданылады. Егер
сәуле шығарушы дене абсолют қара болмаса, онда формула бойынша табылған
температура дененің шын температурасьг болмайды, оны дененің реңк (түс)
температурасы (Тс) деп атайды. Бірсыпыра денелердің бұл температурасының
олардың шын температурасынан айырмашылығы тым үлкен болады, сондықтан ондай
денелердің түс температурасын анықтауда мағына жоқ. Тек шығарған сәулелік
энергиясының толқын ұзындыктары бойынша таралуы абсолют қара дененікіне
ұқсас ғана денелердің түс температуасын өлшеп, олардың шын температурасын
білуге болады. Ондай денелердің түс температурасын білу үшін арнаулы
спектрлік приборларды пайдаланып, олар шығарған жарықтың спектрлік құрамын
зерттеп сәулелік энергия ең зор мәніне сәйкес толқын ұзындығын табу қажет
болады.
Абсолют қара денелердің температурасын Стефан-Больцман заңына сүйеніп
табуға болады. Онда дененін шығарған толық сәулелік энергиясы радиациялық
пирометр делінетін арнаулы прибормен өлшенеді.
Абсолют қара денені пайдаланып пирометр градуирленеді. Одан соң
пирометрмен кез келген температураларды өлшеуге болады. Егер зерттеліп
отырған дене абсолют қара дене болса, онда пирометр оның шын температурасын
көрсетеді. Егер дене абсолют қара болса, осы методпен өлшенілген
температура оның шын температурасы болмайды, ол дененің жарықтылық
температурасы (Тs ) болады. Дененің жарықтылық температурасы оның шын
температурасынан кем болады, бірақ бұлар бір-бірімен байланысты. Дененік Тs
температурасын өлшеп, оның шын температурасын табуға болады.
Сөйтіп түрліше методтар қолданылып түс темпсратура (Тс), радияциялық
температура (Тr) және жарықтылық температура (Тs) делінетін үш түрлі
температура өлшеніледі. Бұлар, әрине шартты температуралар.

ЖАРЫҚТЫҢ ӘСЕРЛЕРІ
2.1 Фотоэлектрлік эффект
Жарықтың затқа еткен әсері білінетін кұбылыстардың бірі -
фотозлектрлік   эффект (кыскаша фотоэффект) болады. Фотоэффект деп түскен
жарық ықпалынан заттан электрондар бөініп шығу құбылысы айтылады. Бұл
қүбылысты алғаш неміс физигі Герц (1887 ж.) байқаған. Ол электромагниттік
толқындар алу үшін тәжірибелер жасағанда электр ұшкындары пайда болатын
вибратор саңылауына ультракүлгін сәулелері мол жарық түсірілгенде электр
ұшқындары молайып, электр разряды күшейетіндігін байқаған.   Одан соң
ағылшын физигі Гальвакс (1888 ж.) теріс зарядталған цинк пластннкаға
үльтракүлгін сәулелер түсірілгенде оның заряды кемитіндігін тағайындады.
Фотоэлектр құбылысын сол кезде (1888 ж.) белгілі орыс физигі А. Г.
Столетовтың толық зерттеген. А. Г. Столетовтың тәжірибесінің схемасы

118-суретте көрсетіліп отыр. Мұнда А мыс сетка мен К цинк пластинкадан
құрастырылған кондеисатор В батареямен жалғастырулы. Қалыпты жағдайда бұл
тізбекпен ток жүрмейтіндігі мәлім. А. Г. Столетов цинк пластинкаға S электр
доғадан жарык түсіргенде тізбекпен ток жүретінін байқаған. Зерттей келгенде
жарық әсерінен цинк пластинкадан теріс зарядтар бөлініп шығатындығы
тағайындалды. Бұл кұбылысты А.Г. Столетов актини - электр құбылысы деп
атаған. Қазір бұл құбылыс сыртқы фотоэффект деп аталады.
А.Г. Столетов тәжірибе жасап жарық әсерінен бөлініп шыққан зарядтардың
мөлшері пластинканың жарықталынуына, яғни түскен жарық ағынына тура
пропорционал екендігін, металл пластинкаға күлгін және ультракүлгін
сәулелер түсірілгенде бұл кұбылыс   күшейе     түсетіндігін тағайындады.
Осылай жарық ықпалынан металдың бетінен бөлініп шығатын теріс зарядтар
электрондар екендігі тәжірибеде (1898 ж.) анықталды. Сөйтіп жарық түскен
дененің бетінен электрондар бөлініп шығады; мұндай электрондар
фотоэлектрондар деп аталады да, олардың ағыны фото электр тогы (қысқаша
фототок) делінеді.
Сыртқы фотоэффектің қасиеттерін тереңірек зерттеу үшін тәжірибеге
қарағанда А мен К пластинкалары потенциалдарының айырмасы нольге тең болған
жағдайда да тізбекте фототок болады. Демек жарықтың ықпалынан К пластинка
бетінен ұшып шыққан электрондардың белгілі кинетикалық энергиясы болады.
Әсер етуші жарықтың спектрлік кұрамы мен оның ағынының қуаты тұрақты
болған жағдайда фототоктың іф күші А мен К пластинкаларының V потенциалдар
айырмасына тәуелді болады

(120-сурет). Үдетуші потенциалдар айырмасы артқанда фототок күші де
артады (қисықтың bс бөлігі); үдетуші потенциал мәні бір белгілі шамаға
жеткен соң фототок күші артпайды, фототок күші қанығу мәніне жетеді, яғни
жарық әсерінен К пластинкадан 1 секундта бөлініп шыққан электрондар А
пластинкаға түгел жетеді. А. Г. Столетовтың бақылауынша қанығу тогы (іs)
жарық ағын қуатына (W) пропорционал. Ендеше 1 секундта бөлініп шыққан
фотоэлектрондар саны түскен жарық интенсивтігіне пропорционал. Бұл қағида
фотоэффектің бірінші заңы деп аталады.
Бұл суреттен, жоғарыда айтылғандай, А мен К пластинкалардың
потенциалдарының айырмасы нольге тең болған жағдайда фототок күші нольге
теңелмейтіндігі, оның Оb кесіндісімен сипатталатын белгілі мәні болатындығы
көрініп тұр. Демек фотоэлектрондардың бастапқы кинетикалық знергиясы
болады. Фотоэлектрондардың бұл энергиясының шамасын табуға болады. Егер А
мен К аралығындағы электр өрісінің бағыты өзгертілсе, сонда К -дан А-ға
қарай қозғалған фотоэлектрондар электр өрісі күшіне қарсы жұмыс істейді,
бұл жұмыс фотоэлектрондардың бастапқы кинетикалық энергиясы есебінен
істеледі. Өріс едәуір күшті болған жағдайда фотоэлектрондардың кинетикалық
энергиясы А пластинкаға жетпей-ақ сарқылады; тізбекпен фототок жүрмейді.
Фототок нольге тенелген (і = 0) кездегі А мен К пластинкалары потен-
циалдарының айырмасы бөгеуші потенциал (Vb) деп аталады. Фотоэлектронның
бастапқы   кинетикалық эиергнясы электрон заряды (е) мен бөгеуші
потенциал (Vδ) көбейтіндісіне тең болады:

мұндағы V — фотоэлектронның бастапқы жылдамдығы.
Жасалған тәжірибелер вәтижесіне қарағанда фотоэлектронның кннетикалық
энергиясы, демек оның бастапқы жылдамдығы, әсер етуші жарық тербеліс
жиілігіне тәуелді. Америка физигі Милликен натрий фотокатод бетіне жиілігі
(ν) түрліше монохромат жарық түсіріп, тиісті бөгеуші потенциалдар шамасын
өлшеген. Демек Vδ мен ν арасында сызықтық байланыс бар, оны мына түрде
өрнектеуге болады: Vδ=k(ν-ν0) мұндағы к мен ν0 — тұрақты шамалар. Енді
өрнекті былай жазуға болады:

мұндағы: a=e·k. Сөйтіп фотоэлектрондардың кинетнкалық энергиясы жарық
тербелістері жиілігіне тәуелді. Басқаша айтқанда фотокатодқа түскен жарық
тербеліс жиілігі неғұрлым көп болса, фотоэлектрондардың жылдамдығы соғұрлым
көп болады.
Формулаға қарағанда жарық тербеліс жиілігі бір белгілі шамаға жеткенде
(мысалы, ν0-га теңелгенде)   фотоэлектронның жылдамдығы (v) нольге
теңеледі. Егер жарық тербеліс жиілігі ν ≤ ν0 болса, ондай жарық фотоэффект
кұбылысын қоздыра алмайды; фотоэффект қозу үшін ν ν0 болуға тиіс. Сөйтіп
тербеліс жиілігі (ν0) оған сәйкес толқын ұзындығы фотоэффект қоздыра
алатын жарық жиілігі мен толқын ұзындығының шеті болып табылады. Толқыны λ0
-дан ұзын жарық, қаншама күшті болса да, фототок қоздыра алмайды. Сондықтан
λ0—фотоэффектің қызыл шегі деп аталады. Әр түрлі заттардың фотоэффектік
қызыл шегі түрліше болады. Мысал ретінде 4-кестеде газдан тазартылған
бірнеше металдардың фотоэффектік қызыл шегі көрсетіліп отыр.
4 - кесте
Металл Cs Na Zn Та Аu Ғе Аg Pt
λ0 нм 660 540 372 305 265 262 261 196,2

Сілтілік металдар үшін фотоэффект, қызыл шегі спектрдің көрінетін
бөлігінде, көптеген басқа заттар үшін бұл шек спектрдің ультракүлгін
бөлігінде жатады.
Тәжірибелерге қарағанда жарық түскен кезден фотоэффект байқалған кезге
дейінгі уақыт аралығы секундтың миллиардтық үлесінен (10-9 сек) аспайды.
Демек, фотоэффект лезде болатын құбылыс.
Фотоэлектр құбылысын пайдалану
Фотоэлектр құбылысының ғылыми маңызы зор. Сонымен қатар бұл құбылыстың
практикалық маңызы да үлкен. Фотоэффект ашылған соң ғана фотоэлемент деп
аталатын қазір ғылым мен техникада қолданылып жүрген арнаулы құрал жасалды.

Фотоэлемент ішінен ауасы шығарылған кішкене шыны баллоннан жасалған;
оның ішкі бір бүйіріне жарық сезгіш зат (К) жалатылған, ол фотокатод деп
аталады. Фотокатод күмістен, цезийден, калийден, сурьма-цезий қоспасынан т.
т. жасалады. Фотоэлементтің спектрдің қандай бөлігіне тән жарық сәулелерін
жақсы сезуі оның катодының қандай заттан жасалғанына байланысты. Вакуумдық
фотоэлементтің аноды (А) сақина пішінді етіліп жасалады. Фотоэлемент
электродтары В батареясы полюстарымен жалғастырылғанда электродтар
аралығында электр өрісі қозады, фотокатодқа жарық түсірілсе, тізбекте ток
пайда болады. Вакуумдық фотоэлемент сезгіштігі болады. Вакуумдық
фотоэлемент қанығу тоғы (іs) әсер еткен монохромат жарық интенсивтігіне
тура проиорционал болады.
Көбінесе фотоэлемент баллоны ішіне азын-аулақ бір инертті газ (мысалы,
аргон) ендіріледі. Жарық әсерінен босанған фотоэлектрондар сол газдың
атомдарымен соғылысады, олар иондалады, жаңа электрондар қосылады. Осының
нәтижесінде фотоэлементтен өтетін ток күшейеді. Осындай газ толтырылған
фотоэлементтердің сезгіштігі ге жетеді.

Фотоэлемент жасау үшін вентильдік фотоэффект делінетін құбылыс та
пайдаланылады. Фотоэффектің бұл түрі кейбір шала өткізгіштерге жарық
түскенде байқалады. Мұнда да сыртқы фотоэффектегідей жарықтың әсерінен
заттың бетінен электрондар бөлінеді, бірақ ондай фотоэлектрондар сыртқа
(вакуумға немесе газ бар кеңістікке) ұшып шықпайды; олар тек бөгеуіш қабат
делінетін өте жұқа қабаттан бір беткей ғана өтеді де сол қабаттың үстіне
орнатылған металл пластинканы зарядтайды; фотоэлектрондар бөгеуіш қабаттан
кері, қарай өте алмайды. Сөйтіп жарық түскенде шала өткізгіш пен металл
пластинка (электрод) аралығында    потенциалдар айырмасы пайда болады. Осы
кұбылыс вентильдік фотоэффект деп аталады. Фотоэффтің осы түріне негізделіп
жасалған фотоэлементтер вентильдік фотоэлементтер немесе бөгеуіш қабатты
фотоэлементтер делінеді. Бұған мысал   ретінде 123-суретте   мыс костотығы
фотоэлементінің схемасы келтірілген. Мұнда А —мыс пластинка,   оның
бетіне жұқалап шала өткізгіш қоспа Сu2О жағылған, оның үстіне В металл
(мысалы, алтын) жалатылған. Бұл өте жұқа, жарық өтерлік қабат. Егер А және
В электродтарды сыммен    жалғастырып,    Сu2О    шала   өткізгішке
мөлдір В электродты    бастыра    жарық    түсірілсе, сонда сыртқы
тізбекте В-ден А-ға қарай ток жүреді. Өйткені фотоэлементте жарық әсерінен
Сu2О қабатында электрондар босанады. Сu мен Сu2О аралығындағы қабат
злектрондарды тек Сu2О -дан Сu -ға қарай ғана өткізеді. Сондықтан сыртқы
тізбекте ток В-дан А-ға қарай жүреді.
Практикада мыс костотығы фотоэлементтермен қатар күкірт-күмісті, селен-
қорғасынды, теллур-қорғасынды, күкірт-таллийлі т. т. фотоэлементтер де
қолданылады.
Вентильдік фотоэлементтердің сезгіштігі -ге дейін болады.

Селен-қорғасынды, теллур-қорғасынды фотоэлементтер инфрақызыл жарықты
сезімтал, бұларды толқын ұзындығы 5,5 мкм-ге дейінгі сәулелер әсерін айырып-
білу үшін пайдалануға болады.
Вентильдік фотоэлементтердің бір ерекшелігі сол, оның көмегімен ток алу
үшін сыртқы тізбекке батарея жалғаудың қажеті жоқ.
Фотоэлектр құбылысының ішкі фотоэффект делінетін де түрі бар.
Фотоэффектің бұл түрінің мазмұны мынадай. Кристалға, шала өткізгішке жарық
түскенде жарық жұтылады да олардың құрамындағы кейбір электрондар сыртқа
ұшып шықпағанмен, босанып қозғалады. Осының нәтижесінде шала өткізгіштің
электрлік кедергісі кемиді, яғни электр өткізгіштігі артады. Мысалы,
селенге жарық түскенде оның өткізгіштігі едәуір артады. Жарық әсерінен
кедергісі кемитін шала өткізгіштер де бар, олар фотокедергілер деп аталады.
Бұлар электрондық автоматика ісінде көп қолданылады.
2.2 Эйнштейннің тендеуі. Жарық кванты
Енді фотоэффект құбылысын қалай түсіну керек, соғсн тоқталайық. Егер
бұл құбылысты электромагниттік теория тұрғысынан қарастырсақ, түскен жарық
толқыны электр өрісі әсерінен металдың электрондары үдей қозғалады, өйткені
оларға электромагниттік толқыны тасымалдаған энергия ауысады. Осының
нәтижесінде металдан электрондар бөлініп сыртқа ұшып шығады. Сөйтіп
фотоэффект электрондарға жарық толқыны әсер етуінен болатын құбылыс деп
ұсынуға болатын сияқты. Бірақ дұрысында жарықтың электромагниттік
теориясына сүйеніп фотоэффект құбылысы қасиеттерін ұғыну мүмкін емес.
Электр өрісінде электрондар иемделетін энергия сол өріс кернеулігіне, өріс
кернеулігі болса жарық интенсивтігіне тәуелді. Олай болса, жарық
интенсивтігі артқанда фотоэлектрондардың кинетикалық энергиясы артуға тиіс,
бірақ тәжірибеден олай болмай отыр, фотоэлектрондардың кинетикалық
энергиясы жарық интенсивтігіне байланысты емес, ол жарық тербеліс жиілігіне
тәуелді. Жарықтың электромагниттік теориясынша тендеуді түсіндіруге
болмайды. Екіншіден электрон металдан бөлініп шыққанда белгілі жұмыс (шығу
жұмысы) істеледі. Ендеше фотоэлектрон металдан бөлініп шығу үшін жарық
толқыны өрісінен сол электронға ауысатын энергия мөлшері әлгі шығу жұмысын
орындауға жетерлік мөлшерде болуға тиіс немесе фотоэффект қоздыратын жарық
интенсивтігінің бір шамадан кем болмауы керек. Тәжірибеге қарағанда жарық
интенсивтігі үшін ондай шек жоқ, тек жарық жиілігі (ν) фотоэффектің қызыл
шегіне сәйкес жиіліктен (ν0-дан) кем болмаса болғаны (ν ≥ ν0), жарық
интенсивтігі қаншама аз болғанмен фотоэффект құбылысы байқалады. Жарық
интенсивтігі кемігенде тек бөлініп шыққан фотоэлектрондар саны ғана азаяды,
олардың энергиясы кемімейді. Ең ақырында, фотоэффектің қызыл шегі болуының
өзі жарықтың электромагниттік, теориясы бойынша түсініксіз.
Фотоэлектрлік кұбылысты жарықтың кванттық теориясына сүйеніп толық
түсінуге болады. Бұл кұбылысты осы тұрғыдан алып ең алғаш (1905 ж.) атақты
неміс физигі Д. Эйнштейн қарастырған болатын. Ол сонда энергия кванты
жайындағы М. Планк (1900 ж.) гипотезасын пайдаланды. Эйнштейннің пікірінше
жарық таралғанда энергия кванттары ағыны түрінде таралады. Жарық
энергиясының кванты фотон деп те аталады. Сонда жарық дегеніміз фотондар
ағыны болады. Жарық квантының (фотонның) энергиясы (ε) жарық тербелісі
жиілігіне (ν-ге) пропорционал:
ε = h ν
мұндағы h — Планк тұрақтысы. Мысалы, қызыл жарық фотонының энергиясы ε ≈
2,6∙ 10-12   эрг = 2,6∙ 10-19 Дж, күлгін жарық фотонының энергиясы ε ≈ 5,3∙
10-12   эрг = 5,3∙ 10-19 Дж.
Эйнштейн фотоэффект құбылысы кезінде әрбір электрон жеке бір фотонның
әсерінен бөлініп шығады. Әрбір электрон тек бір фотон энергиясын жұтады. Ол
жұтылған фотон энергиясы біріншіден электронды металдан бөліп шығару (А)
жұмысын істеуге жұмсалады, екіншіден фотоэлектронның кинетикалық
энергиясына айналады, сөйтіп Эйнштейнше:


мұндағы т — электронның массасы, v — оның металл бетінен бөлініп шыққан
кездегі жылдамдығы. Осы өрнек фотоэффект кұбылысының Эйнштейн ұсынған
теңдеуі деп аталады. Осы теңдеуге сүйеніп тәжірибеден мәлім фотоэффект
заңдарын толық түсіндіруге болады.
Расында Эйнштейн теңдеуі бойынша фотоэлектронның кинетикалық энергиясы
мынаған тең:

демек, фотоэлектрон кинетикалық энергиясы жарық тербелістері жиілігініе
тәуелді. Бұл — фатоэффектің тәжірибеден мәлім заңы.
Егер түскен жарық кванты энергиясы (ε = h ν) электронның металдан шығу
жұмысына тең (h ν = А) болса, онда фотоэлектронның кинетикалық энергиясы
болады, бұл жағдайда сыртқы фотоэффект құбылысы байқалмайды. Демек
тербелістер жиілігі ν ден кем жарық фотоэффект құбылысын қоздыра алмайды.
Ендеше жарықтың тербеліс жиілігі фотоэффектің қызыл шегіне дәл
келеді.
Фотоэлектр қанығу тоғының жарық интенсивтігіне пропорционал болуы да
түсінікті. Жарық интенсивтігі ұлғайғанда жарық кванттарының саны артады да,
сонымен қабат уақыт бірлігінде бөлініп шығатын фотоэлектрондар саны
көбейеді. Фототок күші фотоэлектрондар санына пропорционал. Сондықтан
қанығу тоғы (іs) жарық интенсивтігіне (І-ға) пропорционал (іs≈I) болады.
Сөйтіп фотоэлектр құбылысынан жарықтың корпускулалық қасиеттері бар
екендігі байқалады.
Фотонның жылдамдығы жарықтың вакуумда таралу жылдамдығына тең: с =
2,998 ∙ 1010 смс, фотонның массасы да бар; фотонның массасы (тф ) мен оның
энергнясы арасындағы байланыс бұрын баяндалған занға бағынады: h ν = тфс2
Сонда фотон массасы мынаған тең болады:


мұнда бір есте болатын нәрсе сол, фотонның тыныштық массасы болмайды.
Фотонның белгілі қозғалыс мөлшері де болады, теңдік бойынша оның
шамасы мынаған тең:


Фотонның электр заряды және магниттік моменті болмайды.
Интерференция,   дифракция   құбылыстарында   жарықтың толқындық
касиеттері білінсе, фотоэлектрлік құбылыста оның корпускулалық қасиеттері
білінеді. Сөйтіп жарықтың әрі толындық, әрі корпускулалық қасиеттері бар.
Жарықтың табиғаты екі жақтылы. Осындай екі жақтылық тек жарыққа ғана тән
емес, барлық зат бөлшектеріне де тән.
2.3 Жарық қысымы
Денеге түскен жарық жұтылғанда, шағылғанда сол денеге механикалық қысым
түседі. Жарық қысымын жарықтың электромагннттік және фотондық теориясы
тұрғыларынан қарастырып байымдауға болады.
Электромагниттік теория бойынша жарық дегеніміз электромагниттік
толқындардың бір түрі болғандықтан жарық түскен дененің бетінде не
өткізгіштік тогы, не ығысу тогы пайда болады, өйткені жарық толкындары
өрісі әсерінен дененің молекулалар мен атомдары құрамындағы зарядтар не
өріс бағытынша, не оған қарсы бағытта қозғалады. Бұл   токқа жарық
толқынның магнит өрісі әсер етеді. Ол   күштің бағыты сол қолдың үш саусақ
ережесі бойынша жарықтың таралу бағытымен дәл келеді, яғни жарық түскен
бетке перпенднкуляр болады. Сөйтіп жарық дененің бетіне қысым түсіреді.
Жарық қысымы оның интенсивтігіне байланысты. Егер жарық абсолют қара
дене бетіне перпендикуляр бағытта түскен болса, онда Максвеллдің
есептеуінше жарықтың қысымы (р) жарық толқыны энергиясының көлемдік
тығыздығына (u) тең, ягни
P = u
Егер жарық дененің бетінен аздап шағылатын болса, онда жарық қысымы
мынаған тең:
p=(1+ρ)u
мүндағы ρ — шағылу коэффициенті (ρ 1). Егер 1 см2 бетке 1 секундта түсетін
жарық энергиясы мөлшері І әрпімен белгіленілсе, сонда жарық энергиясы
көлемдік тығздығы     болады, мұндағы с —жарық жылдамдығы. Олай болса
жарық қысымын мына түрде өрнектеуге болады:

Жарық қысымы өте аз шама, мысалы қарайтылған дене бетіне күн ашықта Күн
жарығы түсіретін қысым р ≈ 4,51∙10-5 днсм2 = 4,51∙10-6πа.
Кванттық теория бойынша жарық ағыны дегеніміз фотондар ағыны. Әрбір
фотонның белгілі қозғалыс, мөлшері (импульсы) болады. Сондықтан фотон бір
денеге соғылғанда сол денеге импульс ауысады; сонда денеге 1 с ішінде
берілген импульс сол денеге әсер етуші күш болып табылады да 1 см2 бетке
келетін күш қысым деп аталалы. Сөйтіп жарықтын қысым ету себебі фотонның
қозғалыс мөлшері бар екендігінен болады. Енді осы тұрғыдан қарасатырып
жарық қысымы шамасын есептелік. Мысалы, бір дененің бетіне 1 с ішінде
перпендикуляр бағытта N фотон түскен болсын, сонда ол жарық энергиясы ағыны
W мынаған тең болады:
W = N * h* ν
мұндағы ν — жарық тербеліс жиілігі, һ — Планк тұрақтысы. Осы денеге түскен
фотондардың бір бөлігі (ρN) дене бетінен шағылып кері серпілетін, қалған
бөлігі (1- ρ)N жұтылатын болсын. Сонда әрбір жұтылған фотоннан денеге
мөлшерде импульс ауысады да барлық жұтылған фотондардан оған (1- ρ)N
мөлшерде импульс беріледі. Дене бетінен шағылып кері серпілген
фотонның импульсі + ден - ге өзгереді де импульстің өзгеріс
мөлшері: - (-) = 2 болады. Сөйтіп әрбір шағылып кері
серпілген фотоннан денеге 2 мөлшерде импульс ауысады, сонда оған
барлық шағылған фотондардан ρN * 2 мөлшерде импульс беріледі. Сөйтіп
дененің бетіне түскен барлық фотоннан денеге 1 с ішінде мөлшері (1- ρ)N
+2 ρN импульс ауысады. Дененің 1 см2 бетіне келетін импульс
шамасы қысым деп аталатын болғандықтан, дененің бетінің ауданы S болса,
оған түсетін жарық қысымы (р) мынаған тең болады:

мұндағы - жарық интенсивтігі. Сөйтіп жарық қысымы жарық интенсивтігі
мен шағылу коэффициентіне тәуелді; (74.1)

формула мен (74.2) формула бірдей.
Егер дене түскен жарықты толық жұтатын болса, онда р = 0 болады да жарық
қысымы мынаған тең болады:

Егер денеге түскен жарық түгел шағылатын болса, онда ρ=1 болады да
жарық қысымы былай өрнектеледі:

Сөйтіп идеал айнаға түсетін жарық қысымы абсолют қара денеге түсетін жарық
қысымынан екі есе артық болады.

Люминесценцияның қолданылуы
Люмннесценция я ғылым мен техниканың түрлі салаларында қолданылады.
Мысалы, люминесценция қүбылысы жарқырауық экрандары бар әр түрлі
приборларда (осциллографта, телевизорда, электрондық-сәулелік түтіктерде,
т.т.), жарқырауық шкаласы бар өлшеуіш құралдарда, арнаулы жарық көзінде
(люминесценттік лампада) т. т. пайдаланылады. Люминесценция құбылысы заттың
құрамы мен қасиеттерін зерттеу үшін де пайдаланылады.
Люминесценттік лампа осы күнгі жаңа жарық көздерінің бірі. Бұл лампаны
совет ғалымы С. И. Вавилов ойлап шығарған. Люминесценттік лампа Л - ішінде
азын-аулақ аргон мен сынап буының қоспасы бар арнаулы   разрядтық трубка.
Лампа   трубкасының   ішкі бетіне жұқалап фосфор жалатылады (126-сурет).
Бұл лампа тізбекке жалғанған соң В кнонканы 1—2 с басып тұрады. Сонда К1
және К2 сымдары ток жүріп қатты    қызады    да олардан электрондар
бөлініп шығады, олар   трубка   ішіндегі газ   атомдарымен   соғылысып,
газды    иондайды.    Кнопканы босатып жібергенде D дроссельде айыру
кернеуі индукцияланады. Лампадан ток өтеді, токтың әсерінен сынап буы күшті
ультракүлгін сәулелер   шығарады, сол ультракулгін сәулелер әсерінен
лампаның трубкасының ішкі бетіне жағылған фосфор көрінетін жарық шығарады,
лампа жанады.
Люминесценттік лампа жарығы спектрлік құрамы жағынан Күн жарығына ұқсас
дерлік, сондықтан көзге зияны аз. Бұл лампаның пайдалы әсер коэффиценті
қыздыру лампасынікінен 2,5—3 есе артық. Сондықтан люминесценттік лампалар
қазір ұтымды жарық көзі ретінде өнеркәсіпте, көпшілік орындарда, тұрғын
үйде көбірек қолданыла бастады.
Люминесценттік анализ — заттың құрамындағы болымсыз аз қоспаларды
олардың сыртқы жарық әсерінен өздеріне тән жарық шығаруы бойынша табу
методы. Люминесценттік анализ жүргізілгенде зерттелетін затқа, қараңғыда,
мысалы, ультракүлгін сәулелер түсіріледі, сонда фотолюминесценция жарығы
қозады. Ол жарық құралсыз немесе микроскоп арқылы бақыланады. Люминесненция
жарығының түсіне (сипатына) қарап алынған зат кұрамында қандай қоспалар бар
екендігі тағайындалады. Люминесценция жарығы интенсивтігін өлшеп сондай
қоспалардың мөлшерін табуға да болады.
Люминесценттік анализ жүргізілгенде зерттеліп отырған зат ыдырап
бұзылмайды. Анализ жасау үшін өте аз, грамның ондық үлесіндей, зат та
жеткілікті. Люминесценттік анализ өте сезімтал, мысалы, зерттеліп отырған
заттың 1 грамындағы мөлшері 10-11 г қоспаны айыруға болады.
Люминесценттік анализ қазіргі кезде ғылым мен өнеркәсіптің әр түрлі
салаларында, мысалы, биологияда, медицинада, геологияда, тамақ өндірісінде,
резина   өнеркәсібінде қолданылады.
Фотохимиялық реакциялар
Денеге түскен жарық жұтылғанда химиялық реакция болуы да мүмкін. Жарық
әсерінен болған сондай реакциялар фотохимиялық реакциялар деп аталады.
Мысалы, жарықтың әсерінен AgBr молекуласы бромға және күміске; NH3
молекуласы азотқа және сутегіне ыдырайды. Жарықтың әсерінен өсімдіктердің
жапырақтары мен сабақтарында СО2 молекуласы өзгеріске ұшырайды. Сондағы
жүрген реакциялар нәтижесінде атмосфераға үздіксіз оттегі қосылып отырады,
табиғатта көміртегі шыр айналып тұрады.   Бұларсыз жер бетінде
органикалық тіршілік ұзаққа бармаған   болар еді. Жарықтың әсерінен
қарапайым молекулалардан күрделі молекулалар түзіледі, мысалы, сутегі мен
хлор қоспасына жарық түскенде HCl молекуласы түзіліледі; бұл реакция өте
қауырт жүріп қопарылыс байқалады. Жарық әсерінен бастапқы зат атомдарынан
көп атомды молекулалар түзіледі (зат полимерленеді). Жарық әсерінен бояудың
оңуы, адам терісінің күюі т. т. фотохимиялық реакциялар болып тылады.
Фотохимиялық процестің негізгі заңы бойынша: жарықтың әсерінен
реакцияға ұшыраған зат массасы (m) жұтылған жарық энергиясы мөлшеріне
пропорционал, яғни
m = kIt
мұндағы І — жарық интенсивтігі, t — жарық әсер еткен уақыт аралығы, k -
порционалдық коэффициент. Егер жұтылған жарық энергиясы It=1 болса, онда
k= m болады; демек коэффициенті бір өлшеу бірлігіне тең жарық энергиясы
жұтылғанда реакция ұшыраған зат мөлшерін көрсетеді.
Жарық әсерінен жүріп жатқан фотохимиялық процесс пен қабаттаса басқа
реакциялар да жүруі мүмкін. Сондай қосымша реакциялар фотохимиялық айналу
нәтижесінде пайда болған продукталардың химияша актив болу салдарынан
болады. Эйнштейнше тікелей жарық әсерінен болатын фотохимиялық реакциялар
мынадай заңға бағынады: әрбір жұтылған фотон оны жұтқан бір молекуланы ғана
өзгеріске ұшыратады. Бұл заңтәжірибе жүзінде ең алғаш (1910 ж.) НВr
молекуласының монохромат жарық әсерінен жіктелу реакциясын зерттеу аркылы
тексеріледі. Өлшей келгенде жұтылған жарықтың әрбір фотоны бір молекуланы
ыдырататындығы тағайындалды. Сонда жүретін реакцияны мынадай өрнек түрінде
бейнелеуге
болады:

2HBr+2hυ=Η2 +Br2
Бұл заң бойынша жұтылған фотон энергиясы (ε=hν) молекуланың ыдырау
энергиясына тең немесе одан артық болуға тиіс, яғни
hνD
мұндағы D – молекуланың ыдырау энергиясы. Сөйтіп осы шарт орындалған
жағдайда бастапқы фотохимиялық реакция жүре алады, сонда молекула тербеліс
жиілігі ν – ге тең жарық жұтуға тиіс. Егер түскен жарық тербеліс жиілігі
бұдан кем болса, онда жарық жұтылмайды; фотохимиялық процесс жүрмейді.
Бірақ кейбір жағдайда тербеліс жиілігі ν – ге тең жарықты жұтпайтын затқа
осы жарықты жұтатын екінші зат қосып фотохимиялық реакция жүргізуге де
болады. Осылайша жүргізілген фотохимиялық реакциялар сенсибилизацияланған
фотохимиялық реакциялар делінеді де, негізгі затқа қосылған зат
сенсибцлизатор деп аталады. Фотохимиялық реакцияның бұл түрін былай
байымдауға болады. Сенсибилизатордың молекуласы түскен жарық квантын жұтып
ерекше күйге түседі, екінші сөзбен айтқанда қозады. Сондай қозған молекула
негізгі зат молекуласымен соғылысады, сенсибилизатор молекуласынан негізгі
зат молекуласына энергия ауысады, бұл затта фотохимиялық реакция жүреді.
Мысалы, толқынның ұзындығы λ=253,7 нм монохромат жарық әсерінен оттегі және
сутегі газдарының қоспасында ешбір реакция жүрмейді, өйткені оттегі де,
сутегі де мұндай жарық сәулесін жұтпайды. Егер осы екі газдың қоспасына осы
жарықты жұтатын азғана сынап буы араластырылса, онда фотохимиялық реакция
жүреді. Сутегі асқын тотығы Н2О2 тузіледі. Мұнда реакция мынадай схема
бойынша жүреді:
Hg +hν =Hg*
Hg* +H2 = HgH+H,

мұндағы Hg* — сынаптың жарық әсерінен қозған атомы. Сутегінің атомдары
оттегімен әрекеттеседі де Н2О2 түзіледі. Басқа да сенсибилизацияланған
реакциялар жиі кездеседі.
РЕНТГЕН СӘУЛЕЛЕРІ
3.1 Рентген сәулелерін қоздыру және бақылау
Оптикалық спектрдің ультракүлгін алқабының кысқа толқындық шетінен
рентген спектрі деп аталатын спектрдің бір ерекше алқабы басталады. Бұл
спектрлік алқапқа жататын сәулелердің толқыны, жалпы алғанда, шеткі
ультракүлгін сәулелердің толқынынан қысқа болады. Осындай өте қысқа
толқынды ерекше сәулелер рентген сәулелері деп аталады. Бұл сәулелердің ең
алғаш, 1895 жылы, неміс физигі Рентген тапқан.
Рентген катодтық сәулелерді зерттеп тәжірибе жасап жатып, бір жолы
кадодтық   түтіктен электр разряды өтіп тұрған кезде сол түтіктің жанында
тұрған флуоресценцияланғыш экраннан жарық   шығып тұрғандығын кездейсоқ
байқады. Түтікті қара қағазбен жауып қойғанда экранның жарық шығаруы
тоқталмады. Рентген тағы да бірсыпыра тәжірибелер жасап: экран жарық
шығарған кезде оған көзге көрінбейтін ерекше сәулелер түсетіндігін, ол
сәулелер шыны түтіктің катод сәулелері түскен орнынан таралатындығын
тағайындады. Осы ерекше сәулелерді Рентген сәулелері деп атаймыз.
Катодтық сәулелер дегеніміз еркін электрондардың ағыны екендігі мәлім.
Олай болса, рентген сәулелері шапшаң электрондар келіп соғылған қатты
денеден таралатын көрінбейтін сәулелер болады. Бұл сәулелердің мынадай
негізгі касиеттері бар:
1) Рентген сәулелері кәдімгі жарық сәулелері өте алмайтын ағаш, шыны,
тері, мата, қара қағаз сияқты денелерден өте алады; алтын, темір, барий
сияқты заттардан нашар өтеді, дәлірек айтқанда рентген сәулелері ауыр
атомдардан құралған тығыз заттардан гөрі жеңіл атомдардан түзілген тығыз
емес заттардан жақсы өтеді.
2) Рентген сәулелері түскен фотопластинка кәдімгі жарық түскендегідей
қараяды.
... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.