Жылуөткізгіштік – газдың температурасы жоғары, яғни, энергиясы жоғары қабатынан температурасы төмен, яғни, энергиясы төмен қабатына жылу тасымалдау құбылысы.

34-сұрақ ЖЫЛУ ӨТКІЗГІШТІК ЖӘНЕ ІШКІ ҮЙКЕЛІС

7.6.3 Жылуөткізгіштік Жылуөткізгіштік – газдың температурасы жоғары, яғни, энергиясы жоғары қабатынан температурасы төмен, яғни, энергиясы төмен қабатына жылу тасымалдау құбылысы.

Егер газ температурасы х өсі бағытында өзгеретін болса, онда оның ішкі энергияның жылуөткізгіштік арқылы осы бағытта тасымалдауны Фурье заңымен сипатталады:

, (7.23)

мұндағы – dt уақытта аудан арқылы оған перпендикуляр бағытта жылуөткізгіштік арқылы тасымалданатын жылу мөлшері; – температура градиенті; – жылуөткізгіштік коэффициенті. Минус таңбасы ішкі энергияның температураның кему бағытында таралатынын көрсетеді. Бірлік уақытта бірлік аудан арқылы өтетін жылу мөлшері жылу ағынының тығыздығы деп аталады:

= немесе . (7.24)

Молекула–кинетикалық теория арқылы жылуөткізгіштік коэффициенті үшін келесі өрнекті табуға болады:

, (7.25)

мұндағы - бөлшектер қозғалысының орташа арифметикалық жылдамдығы, , - молекулалардың еркін жүру жолының орташа ұзындығы, - газ тығыздығы, - газдың тұрақты көлемдегі меншікті жылу сыйымдылығы (ол заттың берілген температурадағы ішкі энергиясын анықтайды ).Молекулалардың бір қабаттан екінші қабатқа импульс тасымалдау нәтижесінде екі қабат арасында Ньютон заңымен анықталатын ішкі үйкеліс күші пайда болады:

. (7.20)

Мұндағы: – ішкі үйкеліс коэффициенті (динамикалық тұтқырлық); – қабаттардың қозғалыс бағытына перпендикуляр бағытталған жылдамдық градиенті; – үйкелісуші қабаттардың ауданы. Егер қабаттың жылдамдығы үдейтін болса, онда күш оң, кемитін болса теріс деп есептеледі. Ньютон заңын бөлшектердің қабаттар арасында тасымалдайтын импульсі үшін де жазуға болады:

. (7.21)

Минус таңбасы импульстің жылдам қозғалатын қабаттан баяу қозғалатын қабатқа тасымалданатынын көрсетеді. Кинетикалық теория негізінде тұтқырлық коэффициенті үшін келесі өрнек анықталған:

, (7.22)

мұндағы: – газ тығыздығы, - молекулалардың еркін жүру жолының орташа ұзындығы, - олардың орташа арифметикалық жылдамдығы

35.-сұрақ ДИФФУЗИЯ ҚҰБЫЛЫСЫНЫҢ МОЛЕКУЛА КИНЕТИКАЛЫҚ ТЕОРИЯСЫ

Диффузия деп газ, сұйықтық, қатты дене күйіндегі екі дене өзара жанасқанда олардың бөлшектерінің араласу және бір-бірінің ішіне өту құбылыстарын айтады.

Егер концентрациясы n химиялық біртекті газ (немесе тығыздығы ) х осьі бойынша өзгерсе, онда зат тасымалдау құбылысы Фик заңымен сипатталады:

(7.17)

мұндағы: – уақытта аудан арқылы тасымалдану бағытында өтетін газ массасы; – х өсі бойынша тығыздық градиенті (өзгерісі); – диффузия коэффициенті. Минус таңбасы массаның тасымалдануы тығыздықтың кему бағытына қарай жүретінін көрсетеді.

36-сұрақ. ТАСЫМАЛДАУ КОЭФФИЦИЕНТТЕРІНІҢ МӘНІ НЕДЕ?

Тасымалдау құбылыстарының теңдеулері мен тасымалдау коэффициенттері берілген 7.3– кестеде.

7.3– кесте

Тасымалдау құбылыстары	Тасымалданушы шамалар	Тасымалдау теңдеуі	Тасымалдау коэффициенті
Диффузия	Масса	Фик заңы
Ішкі кедергі (тұтқырлық)	Импульс	Ньютон заңы
Жылуөткізгіштік	Жылу мөлшері (ішкі энергия)	Фурье заңы =

Тасымалдау коэффициенттері өзара келесі қатынастармен байланысқан:

(7.26)

37-сұрақ. НАҚТЫ ГАЗДАР. ВАН ДЕР ВААЛЬС ТЕҢДЕУІ ЖӘНЕ ОНЫҢ ФИЗИКАЛЫҚ МӘНІ

Қысым үлкен болғанда газ қатты сығылып, молекулалардың көлемдерінің қосындысы газдың көлемімен шамалас болады. Сонымен қатар, молекулалардың бір-бірінен қашықтығы молекуааралық күштерәсер ететін шамаға дейін азаяды.

10 Ван-дер-Ваальс теңдеуі

Нақты газдардың күй теңдеуінде молекулалардың көлемі мен молекулааралық күштер ескерілуі керек. Сондықтан голландиялық физик Ван-дер-Ваальс идеал газ күйінің теңдеуіне екі түзету енгізді. Сол түзетулерді талдайық.

Ван-дер-Ваальс теңдеуі):

. (10.3)

Газдың кез-келген мөлшеріне ( ) арналған күй теңдеуінің түрі:

, (10.4)

мұндағы мен – эксперимент арқылы анықталатын тұрақты шамалар; – газ алып тұрған көлем. Ван-дер-Ваальс теңдеуін шығарарда бірқатар оңайлатулар енгізілгендіктен, бұл теңдеу нақты газ күйін жуықтап сипаттайды. Нақты газ күйін сипаттайтын басқа да теңдеулер бар. Бірақ олар күрделі болғандықтан мұнда қарастырылмайды.

38. БІРІНШІ ЖӘНЕ ЕКІНШІ ТЕКТІ ФАЗАЛЫҚ АЛМАСУЛАР

39. КЛАПЕЙРОН КЛАУЗИС ТЕҢДЕУІ

40. МЕТАСТАБИЛЬДІК , ҮШТІК НҮКТЕ

41. ЭЛЕКТР ЗАРЯДТАРЫНЫҢ САҚТАЛУ ЗАҢЫ

42.

83-сұрақ: Абсолют қара дене.Кирхгов функциясы

Денелердің сәуле шығару және сәуле жұту қабілеті, дененің температурасына, жиілігіне, дененің химиялық құрамына және дене бетінің күйіне байланысты болады. Егер кез-келген температурада және барлық жиіліктер үшін А(ν,Т)=1 болса, онда дене абсолют қара дене (АҚД) деп аталады. Абсолют қара дененің сәуле шығару қабілетін ε(ν,Т) деп белгілейміз. Ол дененің сәуле шығару жиілігіне және абсолют температурасына тәуелді. Абсолют қара дененің идеалды үлгісі ретінде мөлдір емес қуыс бетіндегі кішкене тесікті алуға болады.

Абсолют қара дененің идеалды үлгісі.

Кішкене тесік арқылы қуыс ішіне түсетін жарық сәулесі қуыс қабырғаларына көп ретті шағылуға кездеседі. Әрбір шағылу кезінде жарық толқыны энергиясының кейбір бөлігі жұтылатын болады.

температурасы да бірдей және сәуле шығару тепе-тендік күйде болады. Дененің сәуле шығару және жұту анықтамасы бойынша екі пластинка үшін былай жазуға болады:

dW_шығ= E(ν,Т) dν ,

dW_жұт= А(ν,Т) dW .

Термодинамикалық тепе-теңдік күйінде

dW= dW_шығ.

Абсолют қара а пластинкасы үшін

а пластинкасы энергияны шағылдырмай толық жұтатындықтан, бұл пластинканың сәуле шығару энергиясы пластинкаға келіп түскен энергияға тең болады: dW_шығ=dW. Сондықтан (8.3) өрнегінен алатынымыз:

dW_жұт= А(ν,Т) ε(ν,Т) dν.

Термодинамикалық тепе-теңдік күйінде dW_шығ =dW_жұт, олай болса

E(ν,Т) dν= А(ν,Т) ε(ν,Т) dν

немесе

E(ν,Т)/ А(ν,Т)= ε(ν,Т).

Сәуле шығару қабілетінің оның жұту қабілетіне қатынасы дененің химиялық құрамына тәуелді болмайды және ол абсолют қара дененің сәуле шығару қабілеті болып, ол температура мен жиіліктің f(ν,Т) функциясы болып табылады. Бұл заңды бірінші рет Кирхгоф тағайындады, сондықтан бұл заң Кирхгоф заңы деп аталып, ал ε(ν,Т) функциясы Кирхгоф функциясы деген атқа ие болды. Кирхгоф заңынан A(ν,Т)=1 болса, онда Е(ν,Т)=ε(ν,Т), ал егер А(ν,Т)=0 болса, онда ε(ν,Т)=∞ болады. Сондықтан, егер дене берілген температурада берілген жиіліктер аралығында жұтпайтын болса, онда ол бұл температура да және бұл жиіліктер аралығында да сәуле шығармайды, яғни сәулеленбейді.

82-сұрақ:Малюс заңы.Брюстер заңы.

Интенсивтілік амплитуда квадратына тура пропорционал I~E² болғандықтан, келесі өрнекті оңай аламыз:

,

мұндағы I₀ – поляризацияланған жарық интенсивтігі, I – анализатордан өткен жарықтың интенсивтігі, φ – поляризатор мен анализатор остерінің арасындағы бұрыш.

Жоғарыдағы өрнектегі I₀ поляризацияланған жарықтың интенсивтігін I_р деп, ал I анализатордан өткен жарықтың интенсивтігін I_А деп белгілейік. Онда өрнекті мына түрде жазамыз:

.

өрнегі Малюс заңы деп аталады.

Шағылған жарықтың интенсивтігі поляризация күйіне тәуелді болатындықтан, әртүрлі тәсілмен поляризацияланған жарық орта шекарасынан әртүрлі интенсивтікпен шағылады, шағылған жарық жартылай поляризацияланған болады

Поляризация дәрежесі түсу бұрышына тәуелді. Мына жағдайда

tg(і+r)=¥ және І_||=0, яғни шағылған жарықта тек қана түсу жазықтығына перпендикуляр тербелістер болады. Шағылған толқын толық поляризацияланған болады. және шартынан келесі өрнекті аламыз:

.

өрнегі Брюстер заңы деп аталады. Шағылған жарықта тек қана түсу жазықтығына перпендикуляр поляризацияланған толқын болады, і=і_Б бұрышы толық поляризация бұрышы не Брюстер бұрышы деп аталады.

78-сұрақ:Жарықтың жұтылуы.Бугер заңы

Заттағы жарық жұтылуы Бугер заңымен бейнеленеді:

,

мұндағы І₀ мен І – жазық монохромат жарық толқынының қалыңдығы х жұту затына кірудегі және шығудағы интенсивтіктері, a – жарық толқынының ұзындығына, химиялық табиғатына және зат күйіне тәуелді жұту коэффициенті; ол жарық интенсивтігіне тәуелді емес. Өрнекті дифференциалдап мынаны аламыз:

.

Бұдан – интенсивтіктің dx жолындағы азаюы, осы жол ұзындығына және интенсивтік мәніне пропорционал. х=1/a кезінде интенсивтік І мәні І₀ -ден е есе аз болатынын көреміз. Жұту коэффициенті жарық интенсивтігі е есе азаятын қабат қалыңдығынан өткенде, оған кері шама болатынын көреміз.

75- сұрақ.Френельдің зоналық әдісі

Изотропты біртекті ортада S нүктелік жарық көзінен таралатын сфералық толқынның Р нүктесіне келіп түскен жарық тербелістерінің амплитудасын анықтайық.Мұндағы S толқын беттері Р түзуімен салыстырғанда симметриялы. Толқын бетін сақиналық аудандар - Френель зоналарына бөлейік, ол үшін центрі бір осьте жатқан шеңберлер жүргізейік. Шеңберлерден Р нүктесіне дейінгі қашықтықтарды бір-бірінен жарты толқын ұзындығына /2-ге артық болатындай етіп салайық.

Френель зоналары.

Суретте көрсетілгендей, m-ші зонаның сыртқы шетінен Р нүктесіне дейінгі қашықтық b_m мынадай:

b_m = b +m/2,

мұндағы b − толқын бетінің О төбесінен Р нүктесіне дейінгі қашықтық. Екі көрші зонадан Р нүктесіне келіп жететін тербелістер қарама-қарсы фазада болады. Сондықтан да әр зонадан келіп түскен толқындардың көрші зонадан түскен толқындармен фаза айырымы - ге тең болады.

Френель зоналарының ауданын есептейік. m-ші зонаның сыртқы шекарасы толқын бетінде биіктігі h_m сфералық сегмент құрайды .

Френелдің m -ші зонасы.

Бұл сегменттің ауданын S_m деп белгілейік. Онда m-ші көршілес екі зонаның ауданданының айырымы мынадай:

ΔS_m = S_m - S_m-1,

мұндағы S_m-1 − (m-1)-ші зонаны айқындайтын сфералық сегментінің ауданы Пифагор теоремасына сәйкес:

,

(а − толқын бетінің радиусы, r_m − m-ші зонаның сыртқы шекарасының радиусы). Теңдеуді түрлендірсек:

,

бұдан .

Түрлендіру кезінде, m -нің бастапқы мәндері үшін  -ның аз шама екенін ескеріп, ² бар қосындыны ескермейміз. Онда (21.5) өрнек

болады. Сфералық сегмент ауданы S = 2Rh -қа тең (R – сфера радиусы, h – сегмент биіктігі). Олай болса R=a

,

мұндағы S_m – m-ші зонаның ауданы. Френель зоналарының өсімшесі (көрші зоналардың өзгерісі):

.

Бұл ΔS_m m -ге тәуелді емес. Бұл онша үлкен емес m үшін Френель аумақтарының аудандары шамамен бірдей екенін көрсетеді.

өрнегінен зонадан радиусын тапсақ, онда екенін көреміз. теңдеуге h_m үшін мәнін қойып, m-ші Френель зонасының сыртқы шекарасы радиусының өрнегін табамыз:

.

Жарық көзі өте алыста орналасса, яғни а  , онда етеңдеуінен келесі өрнек шығады:

.

Бұл өрнек жазық толқын үшін Френельдің m-ші зонасыныңа радиусы. а=в=1 м және 0,5 мкм деп алатын болсақ, бірінші зонаның радиусы r₁=0,5 мм екенін көреміз.

77-сұрақ.Нормаль дисперсияның классикалық өрнегі.Дисперсияның электрондық теориясы.

шамасы заттың дисперсиясы деп аталады, ол толқын ұзындығы бойынша сыну көрсеткішінің өзгеру жылдамдығын көрсетеді. 7.1-суретінен – мөлдір заттар үшін сыну көрсеткіші толқын ұзындығы азайған сайын монотонды түрде өседі, сондықтан модуль бойынша l кеміген сайын артады. Мұндай дисперсия нормаль дисперсия деп аталады. Егер зат сәулелердің бөлігін жұтатын болса, онда жұту аймағы мен оның маңында дисперсия жүруі аномальді түрде болады, сондықтан ол аномаль дисперсия деп аталады.

Сыну көрсенткішінің толқын ұзындығына тәуелділігі.

Максвелдің макроскопиялық электромагниттік теориясы бойынша ортаның абсолют сыну көрсеткіші , мұндағы e − ортаның диэлектрлік өтімділігі, m − ортаның магнит өтімділігі. Барлық зат үшін спектрдің оптикалық аумағында m=1, сондықтан

. (22.1)

Жарықтың электрондық теориясын біртекті диэлектрикке қолданайық; жарық дисперсиясы e-нің жарық толқындарының жиілігін тәуелді салдары деп ойлайық. Анықтама бойынша заттың диэлектрлік өтімділігі

ε=1+æ= ,

мұндағы æ – ортаның диэлектрлік сезімталдығы, e₀ – электр тұрақтысы, Р – поляризацияланудың лездік мәні. Олай болса

.

Бірінші жуықтауда еріксіз тербелістерді көбіне ядромен нашар байланысқан, тек сыртқы электрондар – оптикалық электрондар жасайды деп есептеуге болады.

74-сұрақ.Гюйгенс және Гюйгенс-Френель принциптері

Жарық толқындарының геометриялық көлеңке аймағына өтіп кетуін Гюйгенс принципінің көмегімен түсірдіруге болады. Бұл принцип бойынша толқын барып жеткен әр нүкте екінші реттік толқын центрі болып табылады.

Гюйгенс- Френель принципі бойынша S толқын бетінің әр элементі dS амплитудасы элемент ауданына пропорционал болатын екінші реттік сфералық толқын көзі болып табылады. Сфералық толқынның амплитудасы толқын көзінен r арақашықтыққа кері пропорционал заңы бойынша өзгереді. Сондықтан толқын бетінің әрбір dS бөлігінен осы бетте жатқан Р нүктесіне мынадай тербеліс сәйкес келеді:

Сфералық толқын беті.

Бұл өрнектегі (t + ₀) − толқын беті S орналасқан жердегі тербеліс фазасы, k − толқындық сан, r − dS бет элементінен Р нүктесіне дейінгі қашықтық. А₀ − dS орналасқан жердегі жарық тербелісінің амплитудасы. К − нормал мен r бағыты арасындағы бұрышқа тәуелді шама. Бұл коэффициент =0 болса нолге тең болады.

Р нүктесіндегі қорытқы тербеліс барлық толқындық бет S бойынша алынған тербелістердің суперпозициясы

. Бұл формула Гюйгенс-Френель принципінің аналитикалық өрнегі болып табылады.

Гюйгенс-Френель принципі мына келесі тұжырымдарға сүйенеді:

1. Екінші реттік жарық көздері өзара когерентті, сондықтан олардан қозған толқындар тоғысқанда (қосылғанда) қосылғанда интерференцияланады.

2. Аудандары бірдей бөліктердің шығарған толқындарының амплитудалары бірдей.

3. Әрбір жарық көзі толқын шебіне (фронтына) нормаль бағытта басым сәулеленеді. Сонымен, нормалмен  бұрышын жасайтын бағыттағы екінші реттік толқындар амплитудасы неғұрлым  бұрышы көп болса, соғұрлым аз болады және  жағдайда нөлге тең болады.

4. Беттің бөлігі бөгеуші экранмен жабық болған жағдайда екінші реттік толқындар тек толқын бетінің ашық бөлігінен сәулеленеді.

73-сұрақ.Жұқа пленкалардағы интерференция

Табиғатта жарықтың интерференциясы жарық толқыны жұқа пленкадан  немесе пластиналардан шағылғанда немесе одан өткенде айқын байқалады. Мысалы: жарық сабын көпіршіктерінде, су бетіне жайылған май қабаттарында шағылғанда немесе  өткенде байқалады.

Жарықтың сыну заңынан   екенін ескеріп, алатынымыз

          Жарық толқыны оптикалық тығыздығы үлкен ортадан шағылғанда, оның тербеліс фазасы қарсы фазаға,  -ге өзегереді. Соның нәтижесінде жарық сәулесінің жүрген жолының оптикалық ұзындығы  -ге өзгереді, яғни косымша  -ге тең жол айырмасы пайда болады.

Жұқа пленкаларда жарық шағылған жағдайдағы максимум шарты:

.

Жұқа пленкаларда жарық шағылған жағдайдағы минимум шарты:        

           .

 

Жұқа пленкалардағы  өткінші жарық  үшін максимум шарты:

.

 Жұқа пленкалардағы  өткінші жарық  үшін минимум шарты:

.

мұндағы:   бүтін сандар, интерференциялық көріністің реті.

          Жұқа пленкадағы жарықтың интерференциясы кезінде келесі екі интерференциялық құбылыс байқалады:

1.     Бірдей көлбеулік жолақтары;

2.     Бірдей қалыңдық жолақтары.

1)                 Жазық параллель пленкаға шашыраған немесе тоғысатын сәулелер түскенде интерференциялық көрініс бірдей бұрышпен түскен сәулелердің қабаттасуынан болады. Сондықтан мұндай интерференциялық көріністер бірдей көлбеулік жолақтары деп аталады.

Жоғарыда келтірілген максимум және минимум шарттарын түсу бұрышы арқылы келесі түрлендіруді пайдаланып өрнектейік:

.

Жұқа пленкаларда жарық шағылған жағдайдағы максимум шарты:

.

Жұқа пленкаларда жарық шағылған жағдайдағы минимум шарты:        

2)        Сына тәріздес мөлдір денеден жарық шағылғанда немесе өткенде интерференциялық көріністер жарық толқындарының қалыңдықтары бірдей нүктеден шағылған немесе өткінші сәулелердің қабаттасуынан болады. Бұл интерференциялық көріністер бірдей қалыңдық жолақтары деп аталады.

80-сұрақ.Жарықтың поляризациялануы

Жарықтың толқындық қасиеті көрінетін құбылыстардың біріне жарықтың поляризациясы жатады. Электр векторы, яғни жарық векторы  барлық бағытта тербеліс жасайтын жарықты табиғи жарық деп атайды. Электр векторы бір ғана бағытта немесе тек белгілі бір бағыттарда ғана тербеліс жасайтын жарықты поляризацияланған жарық деп атайды.

Жарықтың поляризациясы деп жарықтың тек белгілі бір бағыттарда тербеліс жасауын айтады. Электр векторы тербеліс жасайтын жазықтықты тербеліс жазықтығы деп атайды, ал тербеліс жазықтығына перпендикуляр жазықтықты, яғни магнит векторы тербеліс жасайтын жазықтықты поляризация жазықтығы деп атайды.

           Егер электр векторының ұшы айнала отырып эллипс сызса, онда мұндай жарықты эллипстік поляризацияланған жарық деп атайды, ал электр векторының ұшы айнала отырып шеңбер сызса, онда мұндай жарық шеңберлік поляризацияланған жарық деп аталады.

Электр векторының ұшы сағат тілінің бағытымен айналатын болса, онда мұндай поляризация оң, ал сағаттың тілінің бағытына қарсы айналса, онда теріс поляризация деп аталады.

Электр векторы тек бір ғана жазықтықта тербеліс жасаса, онда мұндай жарық сызықтық поляризацияланған жарық деп аталады.

81-сұрақ.Поляризацияланған жарықты алу әдістері

Поляризацияланған жарықты арнайы мөлдір кристалдар, поляризаторлардың көмегімен алуға болады. Мұндай кристалдарға мысалы: турмалин, исланд шпаты және т.б. кристалдар жатады. Жарықтың поляризациялану дәрежесін анықтау үшін сондай екінші бір кристалл қолданылады. Бұл кристалл анализатор деп аталады. Поляризатордың  жарықты тежемей өткізетін жазықтығын кристалдың поляризация жазықтығы деп атайды. Поляризатор мен анализатордың поляризация жазықтығын бір-біріне қатысты бұрғанда өтетін жарықтың интенсивтілігі  ең үлкен    мәннен ең кіші    мәнге дейін өзгереді.

Жарықтың поляризациялануы поляризация дәрежесімен анықталады:

 

 

1) Табиғи жарықтың  поляризация дәрежесі нольге тең.    

.