65. Спектральные аппараты.

Свечение тел тесно связано с процессами, происходящими в атомах и молекулах. Поэтому исследование свечения явилось важным средством для уяснения строения молекул и атомов.

Существенные различия в характере свечения устанавливаются при изучении спектров светящихся тел. Для получения спектров используется дифракционная решетка или

Рис.321. Схема устройства спектрографа: S — щель, L1 — объектив коллиматора, Р — призма, L2 — объектив камеры, MN — матовое стекло или фотопластинка

чаще призма. Принцип получения спектра при помощи призмы изложен в § 160. Для того чтобы спектр был возможно более четким, т. е. чтобы различные спектральные области хорошо разделялись между собой, спектральному аппарату придается более сложное, чем указано в § 160, устройство, схематически изображенное на рис. 321.

Левая часть аппарата — коллиматор SL1 — состоит из узкой щели S, расположенной в главной фокальной плоскости объектива L1; благодаря этому свет, упавший на щель, выходит из коллиматора параллельным пучком и падает на призму. Из призмы он также выходит параллельным пучком. Но так как лучи разной длины волны (разного цвета) отклоняются призмой на разные углы (дисперсия), то из призмы выходят параллельные пучки разного направления; благодаря этому свет собирается вторым объективом L2 в различных точках его фокальной плоскости MN. В этой плоскости получаются, следовательно, изображения щели S, но так, что изображения, соответствующие разным длинам волн, приходятся на разные места плоскости MN. Расположив в плоскости MN матовое стекло или фотографическую пластинку, мы получим на ней четкое изображение спектра. Если свет, падающий на щель S, представляет собой смесь нескольких монохроматических пучков, то спектр имеет вид отдельных изображений щели в разных длинах волн, т. е. имеет вид отдельных узких линий, разделенных темными промежутками. Если на щель падает белый свет, то все отдельные изображения щели сливаются в цветную полосу.

Аппараты, в которых спектр изображается на фотопластинке, носят название спектрографов. Иногда вместо камеры L2MN помещают зрительную трубу и наблюдают спектр глазом. В этих случаях спектральный аппарат принято называть спектроскопом. Призма изготовляется из стекла, обладающего значительной дисперсией, либо из кварца, флюорита или каменной соли, если спектрограф предназначен для работы в ультрафиолетовой или инфракрасной частях спектра. Из соответствующих материалов делают и объективы.

66. Действия света на вещество. Фотоэлектрический эффект.

Световая волна, падающая на тело, частично отражается от него, частично проходит насквозь, частично поглощается (см. § 76). В большинстве случаев энергия поглощенной световой волны целиком переходит во внутреннюю энергию вещества, что приводит к нагреванию тела. Нередко, однако, известная часть этой поглощенной энергии вызывает и другие явления. Очень важными действиями света, получившими большие практические применения, являются фотоэлектрический эффект, фотолюминесценция и фотохимические превращения.

Рис. 330. Фотоэффект: под действием света металл теряет отрицательные заряды

xПростейший опыт, обнаруживающий фотоэлектрический эффект (фотоэффект), уже был описан в томе II, § 9. Хорошо очищенная цинковая пластинка 1 (рис. 330) прикреплена к электроскопу 2 и освещается источником 3, богатым ультрафиолетовым излучением (электрическая дуга или кварцевая ртутная лампа). Если электроскоп заряжен отрицательно, то под действием света ртутной лампы он разряжается. Разряд происходит тем быстрее, чем больше освещенность пластинки, т. е. чем больше световой поток, падающий на пластинку. Явление разряда не происходит, если на пути лучей помещено стекло 4, задерживающее ультрафиолетовое излучение. Если электроскоп заряжен положительно, то заряд на нем сохраняется, несмотря на освещение.

Из этих опытов, равно как из других, им подобных, можно прийти к следующим заключениям. Отрицательный заряд теряется с поверхности металла при освещении. Положительный заряд сохраняется на поверхности металла, несмотря на освещение. Этот важный вывод, показывающий, что эффект наблюдается лишь в том случае, когда освещаемая пластинка соединена с отрицательным полюсом батареи, впервые с полной определенностью был установлен русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым (1839—1896). В случае цинковой пластинки существенное значение для явления имеет освещение ультрафиолетовым излучением.

Описанный опыт показывает различие в свойствах отрицательных и положительных зарядов, входящих в состав металла. Первые представляют собой электроны, слабо связанные с металлом и могущие легко перемещаться в металле (проводимость) и сравнительно легко удаляться за его пределы (фотоэффект). Вторые же являются положительными ионами, составляющими решетку этого металла, так что вырывание их есть не что иное, как распыление самого металла. Если металл заряжен отрицательно, то освобожденный электрон удаляется прочь от металла под действием электрического поля, созданного заряженным металлом. В случае положительного заряда электроны, которые всегда имеются в металле, могли бы быть также освобождены светом. Но электрическое поле, имеющееся вокруг положительно заряженного тела, тормозит вылетевшие электроны и стремится вернуть их обратно к телу. Поэтому, если кинетическая энергия вылетевшего электрона (а следовательно, и его скорость) недостаточно велика, то электроны, несмотря на действие света, не могут покинуть пластинку, и положительный заряд ее остается неизменным.

Способность света вызывать отделение электронов от металла является одним из важнейших доказательств электромагнитного характера световой волны. Под действием электрического поля световой волны электрон получает энергию, достаточную для того, чтобы, несмотря на действие сил, удерживающих его, вырваться за пределы металла. Однако ознакомление с законами фотоэффекта показывает, что дело обстоит значительно сложнее.