24. Жарықтың поляризациясы.

Тербелістің қандайда бір бағыты басым болатын толқынполяризациянған толқын деп аталады. Жарық поляризациясы — жарық толқынының электр және магнит өрістері кернеуліктері векторларының (Е және Н) жарық сәулесі жазықтығына перпендикуляр жазықтықта бағдарлануының реттелуі. Электр өрісі кернеулігі (Е) мен жарық сәулесі жататын жазықтық полярлану жазықтығы деп аталады. Жарықтың полярлынуы сызықтық жарықтың полярлынуы (Е өзінің тұрақты бағытын сақтайды), эллипстік Жарықтың полярлынуы (Е-нің ұшы жарық сәулесіне перпендикуляр жазықтықта эллипс сызады) және дөңгелек жарықтың полярлынуы (Е-нің ұшы шеңбер сызады) болып ажыратылады.

Егер электромагниттік жарық толқынында Ё және В векторларының тербеліс бағыты толқынның таралу бағытына перпендикуляр кез келген жазықтықта болса, ондай жарық толқыны табиғи жарық деп аталады. Табиғи жарық жарық көздерінен тарайды.

Поляризацияланған жарықты алудың әр түрлі тәсілдері бар. Табиғи жарықты поляризацияланған жарыққа айналдыру үшін қолданылатын құрылғы поляризатор немесе поляроид деп аталады. Қарапайым поляризаторға жасыл түсті турмалин кристалы жатады.

Поляризатор табиғи жарықтын тек белгілі бағыттағы толқындары бар компонентін ажыратып өткізеді.

Жарық екі ортаның шекарасында шағылғанда және сынғанда азды-көпті поляризацияланады. Жарықтың мөлдір екі диэлектрик орта шекарасында поляризациялануын қарастыруға болады. Екі шыны пластина берілген,  жарықтың осы шыны пластинкалардың әрқайсысына түсу бұрышы  және оларға жарықтың түсу жазықтықтары бір-біріне перпендикуляр болса, онда екінші пластинкадан жарық мүлде шағылмайды. Бұл жағдайда шағылған жарық толық поляризацияланған болады, түсу бұрышы  толық поляризациялану бұрышы, немесе Брюстер бұрышы деп аталады. Әрбір мөлдір диэлектрик ортаның өзіне тән толық поляризациялану бұрышы болады. Брюстердің (1815 ж.) тағайындауы бойынша жарықтың толық поляризациялану бұрышының тангенсі жарық шағылатын ортаның жарық сыну көрсеткішіне тең:  

мұндағы -жарықты поляризациялайтын шағылу бұрышы, -салыстырма сыну көрсеткіші. Бұл қорытынды Брюстер заңы деп аталады. Бұл заңды жарық тек диэлектриктер (шыны, кварц, су  т.б.) бетінен шағылғанда ғана қолданылады.Әрбір мөлдір ортаның өзіне тән толық поляризациялану бұрышы болады. Бұл Брюстер заңын, жарық әр түрлі заттардың диэлектриктің, шынының, кварцтың, судың т.б. заттардың бетінен шағылғанда қолдануға болады.

25, 26. Геометриялық оптика.Бойымен жарық энергиясы тасымалданатын түзуді жарық сәулесі деп атайды.

Геометриялық оптиканың негізіне келесі төрт заң жатады:

1)     Жарықтың таралу заңы

2)     Жарықтың сәулелерінің тәуелсіздік заңы

3)     Жарықтың шағылу заңы

4)     Жарықтың сыну заңы

1)    Біртекті ортада жарық түзу сызықпен таралады.

2)    Жарықтың сәулелері түйіскенде бір-біріне кедергі келтірмей, тәуелсіз таралады.

3)    Жарық бір ортадан екінші ортаға түскенде орталар шекараларында аз-көпті шағылады. Түскен жарық, шағылған жарық және түсу нүктесіне тұрғызылған түзу бір жазықтықта жатады.

Түсу бұрышы шағылу бұрышына тең болады.

Ол үшін арнайы жасалған фотоаппарат, лупа, көзілдірік, микроскоп, дүрбі, телескоп тәрізді оптикалық аспаптар пайдаланылады Бұл аспаптардағы негізгі бөлік линза болып табылады. Линзалар деп екі сфералық немесе бір сфералық және бір жазық бетпен шектелген мөлдір шыны денелерді атайды. Линзалардың екі түрі бар: өзінен өткен жарықты жинағыш және шашыратқыш. Жинағыш линзалардың шеттеріне қарағанда ортасы қалыңдау, ал шашыратқыш линзалардың ортасы шеттеріне қарағанда жұқалау болып келеді. Сыну беттерінің пішініне қарай линзаларды жазық, дөңес, қосдөңес, қосойыс, жазықойыс және т.б. деп атайды. Қосдөңес линзаны екі шардың жанасуынан пайда болған дене тәрізді елестетуге болады. Линзаларды сипаттау үшін бірқатар ұрымдар енгізіледі.Линзаны шектеп тұрған сфералық беттердің С1 және С2 центрлері арқылы өтетін түзуді линзаның бас оптикалық осі деп атайды. Оптикалық осьтің бойында линзаның центрінде жатқан О нүктесін линзаның оптикалық центрі деп атайды.. Кез келген оптикалық осьті бойлай өтетін жұқа линзадағы жарық сәулесі линзадан өзінін бағытын өзгертпей өтеді. Жинағыш линзаның бас оптикалық осіне параллель жарық шоқтарын бағыттаймыз. Шоктар линзадан өтіп, әрбір беттен сына отырып, линзаның оптикалық осінде жатқан бір нүктеде жиналады Бұл нүктені линзаның бас фокусы деп атайды.түсу бұрышының синусының сыну бұрышының синусына қатынасы т ұрақты болады.

27. Кванттық көзқарас бойынша жарықты таситын әрбір бөлшек, яғни фотон бір квант энергияға ие. Е=hυ. Металл бетіне түскен жарық фотонының энергиясын ондағы фотон жұтады. Қосымша энергияға ие болған электрон белгіліжұмыс жасап, металдан босап шығу мүмкіндігін алады.Босап шыққан электрон бір орында тұрмайды, белгілі бір жылдамдықпен қозғалады, яғни Е_к болады. Сөйтіп, энергияның сақталу заңы бойынша жұтылған жарық фотонының hυ энергиясы электронның шығу жұмысына және оның Е_к жұмсалады. hυ= A+ mv²/2. hυ =A_ш. Бұл Эйнштейн формуласы. hυ ≥A_ш. Фотоэффект құбылысы байқалатын шарт. Фотоэффект деген электрм. сәуле әсерінен металдардан электрондардың ұшып шығу құбылысы. Кванттық теорияны қалыптастыруда қызған дененің сәуле шығаруын эксперименттік зерттеу үлкен рөл атқарды. Жоғары темп.аға дейін қыздырғанда дене әр түрлі түске еніп, сәуле шығарады. Қызған денелердің сәуле шығарып электромагниттік энергия таратуын жылулық сәулелену д.а. Абсалют қара дененің толық сәуле шығару қабілеті оның абсолют температурасының төртінші дәрежесіне тура пропорционал, яғни R= T⁴ , ұрақтысы. Абсолют қара дене барлық жиілікте түскен сәуленің энергиясын түгел жұтып алатын дене, a=1.

28,29. Атом құрылысы - 1897 жылы көптеген электр құбылыстарын түсiндiруге мүмкiндiк беретiн жаңалық ашылды. Ағылшын ғалымы Дж. Дж. Томсон элементар заряд тасымалдаушысы болып табылатын бөлшектi тапты. Бұл бөлшекті электрон деп атадйдыЭлектрон массасы m=9,1*10-31 кг-ға тең және табиғаттағы ең жеңiл сутегi атомы массасынан 3700 еседей аз болып шықты. Электр зарядын арттыруға және азайтуға болады. Яғни олар әр түрлі мәнге ие болуы мүмкін. Ендеше электр заряды физикалық шама. Екі электрометр алып олардың біреуін зарядтайық. Сосын оқшаулағыш тұтқасы бар жіңішке сыммен екі электрометрді жалғайық. Сонда біз зарядтың теңдей екіге бөлінгенін көре аламыз. Атом құрылысы 1911 жылы ағылшын ғалымы Э. Резерфорд басқарған тәжiрибелер нәтижесiнде ашылған. Электрон заряды терiс: q_эл = – е = – 1,6 • 10–19(дәрежесі) Кл. ХХ ғасырда атом құрылысы айқындалып, оның құрылыс теориясы ұсынылды. Ғалымдар атомның ядродан және оның айналасында қозғалып жүретін электрондардан тұратынын анықтады 1911 жылы ағылшын ғалымы Э. Резерфорд атом құрылысының «планеталық» моделін ұсынды. Бұл модель бойынша атомның ортасында оң зарядталған ядро бар, ал оны электрондар айналып жүреді. Электрон теріс зарядталған ең кіші бөлшек, оның заряды өлшем бірлігі ретінде қабылданған. Бор постулаттары – даниялық физик Бордың атомның орнықты (стационар) күйін және спектрлік заңдылықтарын түсіндіруге арналған негізгі болжамдары (1913). Сутек атомының сызықтық спектрін (Бальмер-Ридберг формуласы),атомның ядролық моделі мен жарық сәулесінің квантты шығарылуы мен жұтылуын түсіндіру мақсатында Нильс Бордың 1913 жылы тұжырымдаған жорамалдары:

1. Атомдар, тек стационарлық күйлер деп аталатын қандай да бiр күйлерде ғана бола алады. Бұл күйдегi электрондар ядроны айнала үдей қозғалғанымен өзiнен сәуле шығармайды. Бірінші қағида немесе орнықты күйлер қағидасы: атомдағы электрондар кез келген энергиясы бар орбиталармен емес, тек белгілі бір энергиясы бар орбиталар бойымен қозғалады. Оларды орнықты орбиталар деп атайды. Орнықты орбиталардың энергиясы тек белгілі бір дискретті (үзікті) мәндерді ғана иеленеді. Электрондар мұндай орнықты орбита бойымен қозғалып жүргенде сәуле шығармайды.

2. Сәуле шығару немесе жұту тек бiр стационарлық күйден екiншi стационарлық күйге өткен кезде ғана болады. Ал шығарылған немесе жұтылған сәуленiң жиiлiгi мына шарттан анықталады  Мұндағы E_n және E_m осы стационар күйлердiң энергиясы, ал   – Планк тұрақтысы. Екінші қағида немесе сәуле шығарудың жиіліктік шарты: атом бір орнықты күйден екінші бір сондай күйге ауысқанда ғана жарықтың бір фотонын жұтады не шығарады. Шығарылған не жұтылған фотонның энергиясы (һν) екі орнықты күй энергияларының (E_n және E_m) айырымына тең (һν =   мұндағы ν – шығарылған не жұтылған сәуле фотонының жиілігі, һ – Планк тұрақтысы).

Атомдардың энергетикалық күйлерiн энергия деңгейлерi арқылы белгiлеп, сәуле шығару және жұту үрдiстерiн көрнектi түрде көрсету ыңғайлы.

3. (Орбиталардың кванттану ережесі):Стационарлық күйдегі атомдардың шеңбер бойымен қозғалғанда импульс моменттері тек дискретті мән қабылдай алады

1932 жылы нейтрон ашылғаннан соң, орыс ғалымы Д.Д. Иваненко мен неміс ғалымы В. Гейзенберг ядроның протон-нейтрондың моделі туралы болжам ұсынды. Қазіргі кезде атом ядросының протон-нейтрондық құрамы зерттеулер негізінде дәлелденген және ғылыми қабылданған даусыз ақиқат болып табылады. Қалыпты жағдайда атом электрлік бейтарап болатындықтан протонның заряды модулі бойынша электронның зарядына тең, яғни ядродағы протондардың саны атом қабықшасындағы электрондардың санына тең. Олай болса, протондар саны зарядтық санға (Z) тең болуы керек. Ядроның құрамына кіретін оң зарядты протон мен электрлік бейтарап нейтрондардың жалпы санын нуклондар деп атауға келісілген. Ядродағы нуклондардың жалпы саны А массалық сан деп аталады: Ядролық зарядтары (реттік нөмірлері Z) бірдей, ал массалық сандары А әр түрлі элементтер атомдарын изотоптар (грекше isos— бірдей және topos — о рын) деп атайды. масса мен энергияның өзара байланысын тағайындаған Эйнштейннің формуласы негізінде түсінуге болады. Атом ядросынан бір нуклонды бөліп алу үшін, оны ұстап тұрған ядролық күшке қарсы жұмыс атқарылуы, яғни ядроға белгілі мөлшерде энергия берілуі қажет. Атом ядросын түгелімен жеке нуклондарға ыдырату үшін қажетті минимал энергияны ядроның байланыс энергиясыдеп атайды.Энергияның сақталу заңы бойынша дәл осындай энергия дербес протондар мен нейтрондар ядроға біріккенде бөлініп шығады.Ядролық тарту күшінің жұмысы есебінен нуклондардан атом ядросы түзілгенде пайда болатын массалар айырымын массалар ақауы деп атайды. ядродағы нуклондарды ыдырап кетуден сақтап, оның берік байланысын қамтамасыз ететін күштер ядролық күштер деп аталады.