570 Нм) і червона (довжина 580-720 нм). Ці зони спектра є також зонами переважної спектральної чутливості

приймачів ока й трьох шарів кольорової фотоплівки. Світло, випромінюваний звичайними джерелами, а

також світло, відбитий від несвітлових тіл, завжди має складна спектральна сполука, тобто - складається із

суми різних монохроматичних випромінювань. Спектральна сполука світла - найважливіша характеристика

висвітлення. Він безпосередньо впливає на светопередачу при зйомці на кольорові фотографічні матеріали.

Прикладом дисперсії світла є веселка.

С ЕКТРАЛЬНИЙ АНАЛІЗ

За наявністю ліній у лінійчатому спектрі випромінювання чи в спектрі поглинання визначають

наявність елементів у досліджуваній речовині — виконують якісний спектральний аналіз.

За розподілом інтенсивності ліній у спектрі визначається відсоток змісту елементів у складній

речовині — виконується кількісний спектральний аналіз.

При дослідженні ультрафіолетових випромінювань, які не сприймає око, призму спектрографа

виготовляють із кварцу (скло затримує такі промені), а екран покривають фотолюмінесціюючою

речовиною.

52. Когерентність. Інтерференція світла. Умови мінімуму та максимуму інтерференції.

Інтерференція в тонких плівках, кільця Ньютона.53. Дифракція світла. Дифракційна решітка та її зстосування.

и ра к і - явище, що виникає при

поширенні хвиль (наприклад, світлових

і звукових хвиль). Суть цього явища

полягає в тому, що хвиля здатна

огинати перешкоди. Це зумовлює те,

що хвильовий рух спостерігається в

області за перешкодою, куди хвиля не

може потрапити прямо. Явище

пояснюється інтерференцією хвиль на

краях непрозорих об'єктів або

неоднорідностях між різними

середовищами на шляху поширення

хвилі. Прикладом може бути виникнення кольорових світлових смуг в області тіні від краю

непрозорого екрана.

Дифракція добре проявляється тоді, коли розмір перешкоди на шляху хвилі порівняний з її

довжиною або менший.

и рак і акустична — відхилення від прямолінійого поширення звукових хвиль.

и рак ійна решітка - оптичний прилад, що працює за принципом дифракції світла, являє собою

сукупність великого числа регулярно розташованих штрихів (щілин, виступів), нанесених на деяку

поверхню. Перший опис явища зробив Джеймс Грегорі, який використовував як грати пташине пір'я.

1. Види грат

 Відбивні: Штрихи нанесені на дзеркальну (металеву) поверхню, і спостереження ведеться у

відбитому світлі

 Прозорі: Штрихи нанесені на прозору поверхню (або вирізаються у вигляді щілин на

непрозорому екрані), спостереження ведеться в світлі.

54. Шкала електромагнітних хвиль. Застосування інфрачервоного, ультрафіолетового та

рентгенівського випромінювань.

 Шкала електромагнітних випромінювань Джерело електромагнітних хвиль – це заряджені

частинки, які прискорено рухаються. Об’єднавши всі

електромагнітні хвилі, ми

отримаємо шкалу, або спектр електромагнітних

випромінювань. Шкала електромагнітних хвиль –

безперервна послідовність частот і довжин хвиль

електромагнітних випромінювань.

 Інфрачервоне випромінювання на шкалі

електромагнітних випромінювань займає місце між радіохвилями та видимим світлом. Усі

нагріті тіла випромінюють інфрачервоні промені. Джерелами цих променів є Сонце, лампи

розжарювання, електрична дуга, різні газорозрядні лампи. Речовини, прозорі для видимого

світла (наприклад, вода) непрозорі для інфрачервоного, і навпаки, непрозорі тіла для

видимого світла (наприклад, чорний папір) стають прозорими для інфрачервоного.

 Ультрафіолетове випромінювання –невидиме оком випромінювання, яке отримують за

допомогою тліючого розряду. Довжина хвиль для ультрафіолетового випромінювання менша,

ніж для видимого світла. Джерелом цього випромінювання також є Сонце, зорі,

високотемпературна плазма. Застосовують у медицині, криміналістиці, мистецтвознавці.

 Рентгенівські хвилі – електромагнітні хвилі, коротші за ультрафіолетові. Джерелом цих

хвиль є рентгенівські трубки, Сонце тощо. Рентгенівські промені здатні проходити через

матеріали, непрозорі для світла. Використовують у медицині, рентгеноскопії.

 Найкоротшими на шкалі електромагнітного випромінювання є гамма-промені. За своїми

властивостями дуже схожі на рентгенівські, але їх проникаюча дія набагато більша, ніж у

рентгенівських променів.



 ІНФРАЧЕРВОНІ ТА УЛЬТРАФІОЛЕТОВІ РОМЕНІ



 Інфрачервоні промені — випромінювання з довжиною хвилі λi.ч, більшою, ніж довжина

хвиліλч червоного видимого випромінювання:



 Джерело інфрачервоних променів — будь-яке нагріте тіло.

 Основна дія інфрачервоних променів — теплова: нагрівання тіл, на які вони потрапляють.

Фотохімічна дія — на спеціальні фотоматеріали (фотографія в інфрачервоних променях).

 Ультрафіолетові промені — випромінювання з меншою довжиною хвилі λу.ф (більшої

частотиν.ф), ніж довжина хвилі λф фіолетового видимого випромінювання:



 Джерела ультрафіолетових променів: тіло, нагріте понад 150 °С, електричний розряд у

парах ртуті та ін.

 Основний вплив ультрафіолетових променів — хімічний та біологічний (руйнування сітківки

ока, вироблення в шкірі вітаміну D, руйнування бактерій).



 РЕНТГЕНІВСЬКІ РОМЕНІ



 Рентгенівські промені — випромінювання з довжиною хвилі, яка менша, ніж в

ультрафіолетових хвиль:



 Джерела рентгенівських променів

 1. Основне рентгенівське випромінювання — гальмівні рентгенівські промені, які

випромінюються швидкими електронами при різкому їх гальмуванні. У рентгенівській трубці

(рис. 27) — гальмування електронів при їх зіткненні з антикатодом (А) приводить до

випромінювання рентгенівських променів.

 Енергія електрона

 Гальмівне випромінювання має неперервний спектр —

рентгенівський суцільний спектр.

 2. Характеристичне рентгенівське випромінювання —випромінювання суворо певних частот атомами антикатода внаслідок їх збудження при

бомбардуванні швидкими електронами.

 Основні властивості рентгенівських променів — їхня велика проникна здатність в речовини,

іонізація атомів, фотохімічний і біологічний вплив.

 У медицині використовуються рентгенівські промені з великою довжиною хвилі — м’яке

рентгенівське випромінювання: рентгенодіагностика — U ~ 60 кВ.

 У техніці для просвічування рентгенівськими променями деталей машин і механізмів,

дослідження будови кристалів (рентгено-структурний аналіз) використовуються рентгенівські

промені більш високих частот — жорсткі рентгенівські промені: рентгенодефектоскопія и до

2000 кВ.

 Іонізація атомів живого організму рентгенівськими променями спричиняє променеву хворобу.

Захист від рентгенівських променів — товстий шар свинцю, просвинцьованої гуми.

Розділ «Квантова ізика»

59. Фотоелектричний ефект. Закони фотоефекту, їх пояснення на основі квантових уявлень.

Рівняння Ейнштейна.60. Корпускулярно- хвильовий дуалізм. Тиск світла. Дослід Лебедєва. Хімічна дія світла.

ТИСК СВІТЛА. ДОСЛІДИ ЛЄБЄДЄВА. ХІМІЧНА ДІЯ

СВІТЛА ТА ЇЇ ВИКОРИСТАННЯ. УЗАГАЬНЕННЯ ТА

СИСТЕМАТИЗАЦІЯ ЗНАНЬ З ТЕМИ "СВІТЛОВІ

КВАНТИ"

ХІМІЧНА ДІЯ СВІТЛА

Під дією електромагнітного випромінювання

можуть відбуватися процеси, які викликають

зміни властивостей речовин. Наприклад, багато

органічних і неорганічних речовин під впливом

світла змінюють свій колір, виявляючи

фотохромізм. Це пояснюють тим, що, поглинувши

квант світла, речовина переходить у новий стан,

який характеризується іншим спектром

поглинання або перебудовою валентних зв'язків у

процесі фотодисоціації чи фотохімічної реакції.

Ґрунтуючись на квантовій гіпотезі світла, А.

Ейнштейн сформулював два фотохімічні закони:

1) поглинутий речовиною фотон може викликати перетворення лише однієї молекули;

2) фотохімічна реакція відбувається за умови, що енергія фотона достатня для розриву молекулярних зв'язків, тобто не менша

за енергію дисоціації.

Як відомо, хімічна дія світла є основою життя на Землі. Завдяки реакції фотосинтезу вуглеводів енергія сонячного проміння,

яку несуть фотони, перетворюється на енергію життєдіяльності органічного світу, необхідну для поповнення його запасів. Цей

процес досить складний і супроводжується численними вторинними біохімічними реакціями. Проте спрощено його фізичну

суть можна подати так. Внаслідок поглинання фотонів зеленим листям молекула хлорофілу активізується, реагуючи з

молекулою води, розкладає її на йони Гідрогену і кисень:

світло

2H20 ———→ 2H+

+ 2e-

+ 2O2 + H2O.

фермент

Реакція фотосинтезу вуглеводів відбувається під дією червоного проміння

Під дією світла бромід срібла розпадається на енергетично збуджений атом Аргентуму Ад* і позитивний іон Брому Вг+:

AgBr + hv = Ag* + Br* + e-

Врешті-решт кисень потрапляє в атмосферу, а Гідроген, вступаючи в реакціюз вуглекислим газом, утворює вуглеводи, завдяки

яким формуються жири, білки та інші складові органічного світу, необхідні для життєвихциклів живоїприроди.

Властивість речовин реагувати на опромінення світлом покладено в основу виготовлення фотохромних матеріалів, які

застосовують для реєстрування зображень, запису й обробки оптичних сигналів. Останнім часом широкого поширення набули

полімерні матеріали і фотохромні світлочутливі плівки, що містять галогеніди Аргентуму (AgBr, AgCl), лужних металів (КСl, NaF)

тощо. Зокрема, їх використовують в елементах оперативної пам'яті ЕОМ, для кольорового друку і фотографії, запису

інформації на оптичних дисках тощо.

СВІТЛОВІ КВАНТИ. КОРПУСКУЛЯРНО-ХВИЛЬОВИЙ ДУАЛІЗМ СВІТЛА

У різні часи, пояснюючи природу світла, учені дотримувалися різних поглядів. Одні вважали світло електромагнітною хвилею й

обгрунтовано доводили це, посилаючись на явища інтерференції, дифракції і поляризація світла. Інші, прихильники корпускулярної теорії, уявляли світло як потік частинок і також мали вагомі аргументи на підтвердження цього. Так, на підставі корпускулярних

уявлень І. Ньютон пояснював прямолінійне поширення і дисперсію світла.

Водночас наприкінці ХIХ ст. завдяки дослідженням Т. Юнга і О. Ж. Френеля, а також поясненню природи світла за допомогою

електромагнітної теорії Дж. Максвелла у фізиці склалося переконання, що хвильова теорія спроможна пояснити будь-яке світлове

явище. Тому, коли А. Ейнштейн поширив ідею квантування енергії, висловлену М. Планком стосовно теплового випромінювання, на

світлові явища, це було сприйнято неоднозначно.

На той час обмежений характер хвильової теорії світла підтверджували також досліди Г. Герца і результати вивчення явища

фотоефекту А. Г. Столєтовим. Пізніше, у 1922 р. квантова природа світлового випромінювання була експериментально доведена А.

Комптоном під час спостереження розсіювання рентгенівського випромінювання в речовині.

Отже, численні дослідження світлових явищ демонструють неоднозначний прояв властивостей світла: в одних випадках вони

засвідчують хвильову природу світла, в інших — виразніше проявляється його корпускулярна придода. Тобто світлу властивий

корпускулярно-хвильовий дуалізм. — воно має як безперервні, хвильові-властивості, так і дискретні, корпускулярні.

У класичній фізиці існували два погляди на природу світла — хвильовий і корпускулярний

Ідею квантування енергії, висловлену М. Планком, А. Ейнштейн поширив на світлові явища

Гіпотезу про подвійну природу світла —корпускулярно-хвильовий дуалізм — уперше висловив А. Ейнштейн

Загалом корпускулярно-хвильовий дуалізм властивий не лише світлу, а й усім мікрочастинкам. Так, потік електронів, шо падає на

кристал, утворює дифракційну картину, яку можна пояснити лише на основі хвильових уявлень. Тобто електрони, які є

елементарними частинками, корпускулами, за певних умов виявляють хвильові властивості. Такі уявлення про матерію покладено в

основу квантової теорії. Вона, зокрема, передбачає, що кожній рухомій мікрочастинці, відповідає хвиля де Бройля: де р —

імпульс тіла; h — стала Планка.

Корпускулярну природу світла в сучасній фізиці відтворює поняття світлового кванта, зміст якого окреслив А. Ейнштейн, поширивши

гіпотезу Планка на світлове випро-мінювання. За його тлумаченням, світловий квант —це мінімальна порція світлової енергії,

локалізована в частинці, яка названа фотоном. Отже, світло з погляду квантової теорії —це потік світлових квантів —фотонів, що

рухаються зі швидкістю світла с(3 · 108м

с

).

Фотону як кванту випромінювання за гіпотезою Планка відповідає енергія є = hv. Як елементарна частинка він має імпульс р mс. З

урахуванням формули взаємозв'язку маси та енергії є = mс2

, його імпульс дорівнює:

де / —довжина світлової хвилі. Довжина хвилі де Бройля електрона, що рухається зі швидкістю 500 м

с

, дорівнює = 1,5 • 10-6 м

= 1,5 мкм Фотон —це елементарна частинка, що характеризує квант світла hv

Фотон —особлива елементарна частинка. Він не має маси спокою (mo = 0), тобто його не можна зупинити. Справді, якби була така

система відліку, в якій він не рухався б, то в такій системі втрачає сенс саме поняття світла, адже не відбувається його поширення.

Маса фотона залежить від довжини хилі електромагнітного випромінювання: . Так, для видимого світла с = 6 · 10-7 м) його

маса дорівнює 3,7 · 10-36 кг, а для рентгенівського випромінювання р = 10-9 м) — 2,2 · 10-33

кг.

Формула (6.2) відтворює наявність у світла одночасно і хвильових, і корпускулярних властивостей. Адже імпульс фотона як

динамічний параметр мікрочастинки речовини виражається через частоту або довжину хвилі — величини, властиві випромінюванню.

Як з'ясувалося згодом, такий корпускулярно-хвильовий дуалізм притаманний усім без винятку частинкам речовини, але найістотніше

їхні хвильові властивості проявляються у мікросвіті, особливо в елементарних частинок.

Маса фотона рентгенівського випромінювання менша за масу електрона (mе = 9,1 · 10-31 кг) майже в 500 разів

Хвильова картина спостерігається, коли мають місце потужні потоки мікрочастинок протягом досить тривалого часу.

Коли ж відбувається окремий акт взаємодії мікрочастинки з речовиною, то до уваги беруться її корпускулярні властивості

Квантові уявлення про природу електромагнітного випромінювання дають змогу пояснити низку явищ, де хвильова теорія

виявляється безпорадною. Зокрема, це стосується фотоефекту, люмінесценції, фотохімічних реакцій, розсіяння рентгенівського

випромінювання в речовині тощо.

61. Теорія Відносності Ейнштейна. Закон взаємозвязку маси і енергії Ейнштейна.Розділ «Атомна і дерна ізика»62. Дослід Резерфорда. Ядерна модель атома. Квантові постулати Бора.

63.З

ако

н

рад

іоак

тив

ног

о

роз

пад

у.

Аль

фа-,

бет

а-, гамма-випромінювання.

Ядра атомів важких елементів, як правило, нестабільні, оскільки у них значно переважають нейтрони, а їх надлишок веде до

збільшення енергії ядра (адже, mn> mp), якого воно намагається позбутися. Тому ядра атомів окремих ізотопів здатні самовільно

перетворюватися на інші хімічні елементи шляхом випромінювання мікрочастинок або поділу на стійкіші утворення. Таку здатність

до самочинних перетворень називають радіоактивністю.

Радіоактивність (від лат. radio — випромінюю та activus —діяльний)

Радіоактивність буває природною, яка спостерігається за звичайних умов, і штучною, коли радіоактивні перетворення відбуваються

внаслідок зовнішнього впливу, наприклад бомбардування ядер атомів стабільних ізотопів протонами, нейтронами, іншими

частинками або ядрами атомів хімічних елементів. За фізичною суттю вони не відрізняються один від одного —механізм

радіоактивних перетворень у них однаковий.

Штучну радіоактивність уперше спостерігали в 1934 р. французькі фізики Фредерік та Ірен Жоліо-Кюрі. Вони опромінювали альфа-

частинками ядра атомів Алюмінію27

13АІ й отримали нестабільний нуклід Фосфору27

13Р, який внаслідок радіоактивного перетворення

випромінював позитрон:

Позитрон — це елементарна частинка з масою електрона і його зарядом, але протилежного знака заряда Правило зміщення для

альфа-розпаду

Альфа-розпад —це перетворення нестійкого ізотопу на інший хімічний елемент, що супроводжується випромінюванням альфа-

частинки. Наприклад, перетворення Радію на Радон:

Бета-розпад —це утворення нового хімічного елемента внаслідок перетворення нуклонів усередині ядра атома, наприклад,

нейтрона на протон або протона на нейтрон. Існує два різновиди бета-розпаду.64. Будова атомного ядра. Ядерні сили. Енергія зв’язку атомного ядра. Питома енергія зв'язку.

Ядерні сили , сили, утримуючі

нуклони (протони і нейтрони) в

ядрі. Обумовлюють

найінтенсивніші зі всіх відомих

у фізиці взаємодій

Ядерні сили

Ядерна взаємодія показує,

що між нуклонами діють

специфічні сили, які значно

перевищують кулонівські

сили відштовхування між

протонами. їх не можна

звести до жодного з типів

сил класичної фізики

(гравітаційних, електричних,

магнітних). Ядерні сили

зараховують до класу сильних взаємодій.

Існує кілька основних властивостей ядерних сил.

1. Ядерні сили — сили притягання.

2. Ядерні сили є короткодіючими. їхня дія виявляється

тільки на відстанях приблизно 10-15 м. При збільшенні

відстані між нуклонами ядерні сили швидко

зменшуються до нуля, а при відстанях, менших за

їхній радіус дії ((1,5- 2,2) 10-15 м), виявляються

приблизно в 100 разів більшими за кулонівські сили,

що діють між протонами на тій самій відстані.

3. Ядерні сили виявляють зарядову незалежність:

притягання між двома нуклонами постійне і не

залежить від зарядового стану нуклонів (протонного

або нейтронного). Це означає, що ядерні сили мають

неелектронну природу.

Зарядова незалежність ядерних сил помітна з

порівняння енергій зв'язку в дзеркальних ядрах. Так

називаються ядра, в яких однаковим є загальна

кількість нуклонів, але кількість протонів в одному

дорівнює кількості нейтронів в іншому. Наприклад,

ядра гелію і тритію.

4. Ядерні сили мають властивість насичення, тобто

кожен нуклон у ядрі взаємодіє тільки з обмеженим

числом найближчих нуклонів. Насичення виявляється

в тому, що питома енергія зв'язку нуклонів у ядрі при

збільшенні кількості нуклонів залишається постійною.

Практично повне насичення ядерних сил досягається в

а-частинки, яка є дуже стійкою.

5. Ядерні сили залежать від взаємної орієнтації спінів

взаємодіючих нуклонів. Наприклад, протон і нейтрон

утворюють дейтрон (ядро ізотопу) тільки за умови

рівнобіжної орієнтації їхніх спінів.

6. Ядерні сили не є центральними, тобто не діють по

лінії, яка з'єднує центри взаємодіючих нуклонів.

Складність і неоднозначний характер ядерних сил, а

також труднощі точного розв'язання рівнянь руху всіх

нуклонів ядра (ядро з масовим числом А являє собою

систему з А тіл) досі не дозволили розробити єдину

струнку теорію атомного ядра.

Енергі я зв’ яз ку ядр а

Вимірювання мас ат омів і я дер ві дбувається за доп омогою мас-спе ктрог раф а – п рила ду , я кий дозволяє роз ділити

заря джені частин ки за ї х пит оми ми за рядами , т обт о за віднош енням за ряду част инки до її маси .

Точні ви мірювання показа ли, щ о маса бу дь-якого я дра менша ві д мас вільних прот онів і нейт ронів, що в ходять до

скла ду цього я дра. еф е ктом мас назива ють різницю між сума рною мас ою всіх ну кл онів я дра у вільному стані і мас ою

ядра .

Але маса й ен ергія п ов’язані між с обою. За ф ормулою Ейн штейна , ен ергія част инки дорівнює добут ку ма си на

квадрат шв идкості с вітла. Отж е, п овна енергія вільних п ротонів і нейт ронів бу де більш ою ніж, п овна ен ергія ядра ат ома.

Ене ргі я з в’яз ку – ц е мінімальна енергія , н еобхі дна для роз ’єднання ядра на окремі ну кл они. Ця енергія вит ра чається

на ви конання роб оти п роти дії я дерни х сил п ритягання між нуклона ми . Знайт и ен ергію зв’яз ку можна , п омн ожив ши дефект

мас на ква драт шви дкості світла. Відн ош ення ен ергії з в’яз ку я дра до чи сла нукл онів у я дрі наз ивають п ит омою ене ргією

зв’язку, т обт о ен ергією, яка при па дає на один ну кл он.