22. Найзағай түрлері және қорғану. Электр тогымен жұмыс істеу кезінде қауіпсіздік ережелерін қалай сақтауға болады? Электр тогын үнемдеу туралы не айтар едіңіз?

Бұлттар не бұлт пен жер арасында болатын ұзындығы бірнеше км, диаметрі ондаған см және ұзақтығы секундтың ондаған үлесіндей болатын алып электрлік ұшқынды разряд. Найзағай - кешенді атмосфералық құбылыс. Бұл құбылыс кезінде қалың будақ-жаңбырлы бұлттарда және бұлттар мен жер арасында көп еселі электр разрядтары пайда болады, күн күркірейді. Ұйтқыма жел, дауыл соғып, кейде бұршақ аралас нөсер жаңбыр жауады. Найзағайды шептік және масса ішіндегі деп ажыратады. Шептік найзағай атмосфера шебінде, ал масса ішіндегі найзағай ауаның жер бетінде жылынуынан пайда болады.

Найзағайдың түрлері Табиғатта найзағайдың сызықтық түрі жиі кездеседі. Найзағай пайда болу үшін бұлттың шағын көлемінде ұшқындық разрядтың басталуына жеткілікті ( кернеулігі ~ 1 Мв/м ) электр заряды түзіліп, ал оның қалған едәуір бөлігінде басталған разрядты әрі қарай демейтіндей, орташа кернеулігі 0,1-0,2 Мв/м электр өрісі болуы керек. Бұлт пен жер арасында пайда болатын найзағай бірнеше кезеңнен тұрады. Алғашқы кезеңде күшті иондалу құбылысы, содан кейін электрондар тасқыны ( жерге қарай бағытталған ) және одан әрі электр разрядының тармақтары – стримерлер пайда болады. Стримерлер біріге келе өткізгіштігі өте жоғары термоиондалған жарық арнаға – найзағайдың сатылы лидеріне алмасады. Лидер ұзындығы ~10:100 метр, жылдамдығы ~5х1 000 000 м/с, бір-біріне өту уақыты бірнеше мкс кідіріспен жеке сатылар түрінде (~2х100 000м/с жылдамдықпен) жер бетіне жақындайды. Ақырғы кезеңде ұзындығы 1-10км, диаметрі бірнеше см болатын лидер арнасының бойымен кері бағытта найзағайдың басты разряды (жылдамдығы ~10 000 000м/с ) жүреді. Мұндағы ток күші 10:100 000, температура 25000 градусқа жетеді. Мұндай найзағайды созылма найзағайы деп атайды. Бұлт пен бұлт арасында найзағай тек лидерлік кезеңді қамтиды. Найзағайдың ерекше түрі – шар тәрізді найзағай. Ол көбіне сызықтық найзағайдан кейін іле- шала пайда болады да, бірнеше секундқа ғана созылады.

Қорғану

Найзағайдың түсу қаупінен қорғану үшін, оған қарсы жерасты орасты орнатқаштарын орнату қажет. Табиғатқа шығу алдында ауа райы болжамын тыңдау қажет. Егер күн бұзылады деп болжаса, басқа күні шыққаныңыз дұрыс болады.

Егер сіз найзағай болатынын сезсеңіз, онда бірінші кезекте оның жерге түсу жақындығын анықтаңыз және дауыл жақындап не болмаса қойғандығын қараңыз. Жарық жылдамдығының тездігіне байланысты (300000км/с) онда найзағай жарқылын тез арада байқай аламыз. Мүмкіндігінше дыбыс кешігуі арақашықтық пен оның тездігіне байланысты анықталады. Мысалы: егер жарқылдан кейін найзағайға 5 с өтсе, онда найзағай фронтының арасы 340м/с*5с = 1700м.

Егер дыбыс кешігуі жиіленсе, онда найзағай фронты сирейді ал егер дыбыс азайса, онда найзағай фронты жақындап келе жатқандығы. Найзағай жарқылынан кейін қатты дауыл болса, найзағай өте қауіпті. Егер сіз ауылдық жерде болсаңыз: терезені, есікті, құбырларды жабыңыз. Пеш жақпаңыз, себебі пеш трубасынан шығатын жоғары температуралы газда қарсыласа алмаушылық болады. Телефонмен сөйлеспеңіздер: кейде найзағай столбылардың арасында тартылған сымдарға түседі.

Найзағай болып жатқан сәтте электр желісіне, антеннаға, терезе жанындағы орнықтарғыштарға, үйдің төбесінен су ағатын жерлерге жақындамаңыз, сонымен қатар теледидар, радио және т.б. электрлі қондырғыларды қоспаңыз.

Егер сіз орманда болсаңыз, қысқа талдар өскен жерлерді паналаңыз. Биік талдардың қасына, әсіресе қайыңның, еменнің қастарына тығылмаңыз. Су жиналатын жерде немесе оның жағысында тұрмаңыз. Жағадан аласырақ, яғни жоғары жерден төменге түсіңіз.

Жазық далада, егістікте немесе қорғанатын жер болмаған кезде жерге жатпаңыз, қазылған жердің шетіне аяғыңызды қолыңызбең ұстап отырыңыз. Егер найзағай дауылы сіз спортпен айналысу барысында болса, дереу тоқтатыңыз. Металлдан жасалған заттарды (мотоцикл, велосипед, мұз ойғыш және т.б. ) шетке қойыңыз және 20-30 м алыс тұрыңыз.

Егер найзағай сіз көліктің ішінде отырған кезде болса, машинадан түспей, терезені жауып, радиоқабылдағыштың антеннасын төмен түсіріңі

Электр энергияны тұтынатын аспаптар саны тұрақты өсуде. Осындай жағдайларда «көп қабатты үйде» (жалпы үй шығындары), пәтерлерде электр энергияны үнемдеуге болады?  Ол не үшін қажет? Ең алдымен, өзінде және айналандағыларды қарапайым және де пайдалы дағдыларды қалыптастыру қажет. Электр энергияны үнемдеудің қарапайым түрлерін білу коммуналдық төлемдерді барынша төмендетуге мүмкіндік береді.

Үнемдеу Келесі қадам – қазіргі заманғы электр үнемдеу электр-техникалық құрылғылар үйжайын жабдықтау (мысалы, ықшам люминесцентті шамдар, жарық реттегіштер, суретреле қозғалысын есептегіштер,  бағдарланатын таймерлер, ымырты ажыратқыштар басқалары). Бұл белгілі бір шығындарды талап етеді, бірақ тәжірибе көрсеткендей электр энергияны және бюджетті ғана емес, сонымен қатар жайлы өмір сүруді қамтамасыз етіледі. Дәстүрлі қыздыру шамдары 95% дейін электр энергияны қыздыруға  жұмсайды және жарыққа тек 5 % ғана.Ықшам люминесцентті шамдар (ЫЛШ)  өзгеше жасалған, жарық ашықтығын өзгертпей үнемдейді (олардың жұмысы кезінде қарапайым қыздыру шамдарымен жұмыстан қарағанда олар элетр энергия 4-5 есеге аз жұмсалады). Тағы бір жақсы жері: қарапайым қыздыру шамдары қызметінің орташа қызмет мерзімі  – 1000 сағат,  ЫЛШ-да ол 15000 сағатты құрайды! Жоғары құнына қарамастан, жалпы ЫЛШ қарапайым қыздыру шамынан үнемді. Сондай-ақ, егер электр энергия төлемінің тарифтері уақыт өте келе өссе (олай болады), сондықтан да ЫЛШ табысы анағұрлым маңызды болады. Жақын арада энергия үнемдеу жарғы нарығында көшбасшылық орынға жарықдиодтық шамдар алатын болады, олар ЫЛШ-мен салыстырғанда даусыз басымдықтар қатарына ие. Олардағы электр энергияны тұтыну ЫШЛ-дан 40-50% деңгейінде. Жарықдиодты қызмет мерзімі – 5 мың адам және жоғары, ол «қосу-ажырату» циклдер санына байланысты емес. Олар механикалық әсер мен дірілге  аса төзімді және тұрақты (шам қаңқасы сынбайтын пластика мен алюминийден дайындалды), кернеудің түсуінен қорықпайды,  -25% төмен температурада тез қосылады. Шамдар құрамы сынап және басқа зиянды заттардан тұрмайды, ультра күлгін және инфрақызыл сәулеленуді реттейді, оларда кез келген жарылу болмайды. Жарықдиодтық шамдардың басты жетіспеушілігі олардың өндірісі әзірше аса қымбат.  Электр энергияны үнемдеудің анағұрлым тиімді тәсілдері – пайдаланбайтын электр аспаптарды сөндіру. Үй кіреберістерінде жарық түні бойы жанып тұрады. Әрине, түнде аса жарық үйжайға кіруге жақсы, бірақ таңғы сағат екі-үште ол ешкімге керек емесе. Ал жарық жанып тұарды! Бұл ретте уақытты кешіктіре отырып, ажыратқыш көмектесе алады. Тағы бір нұсқасы – ифрақызыл детектор (немесе қозғалыс есептегіші). Ол тікелей адамға әсер етеді, егер осы детекторға біреу тақалса, жарық жанады. Осы құрылғыға уақытты кешіктіретін ажыратқыш орнатылған, ол адам детектордан көз таса болағн сәттен кейін бегілі бір уақытта жарықты сөндіреді. Жиі қозғалыс есептегіші жалпы пайдалану орындарында орнатылады. Бірақ оны орындауды үйде де, мысалы дәлізде және сантехникалық торапта орнатуға болады. Бұдан басқа, жарық деңгейі есептегіші бар қозғалыс есептегіші  бар (ол «ымырт» ажыратқыш). Оны жарықтың белгілі бір мәніне жөндейді, бұл ретте ол үйжайда жарық жеткілкті болса, жарықты жағуға мүмкіндік береді. Немесе, керісінше, қараңғылық түсетінін «сезеді» және қараңғы түскен кезде сыртқы жарықты жағады. Жарық реттегіш: шам жарығының ашықтығын рететйтін құрылғы. Мысалы, егер сіз теледидар көріп отырсаңыз, сізге бөлмедегі ашық жарықтың қажеті жоқ. Ендеше сіз жарық реттегіштің тұтқасын бұрап, жарықты өшіресіз. Үй жағдайында бұл үшін қарапайым жарық реттегіш жеткілікті. Жалпы үй жарығына уақыт релесін қою жақсы тәжірибеге енді. Бұл ПИК персоналы бағдарлайтын  аспап тәуліктің белгілі бюір уақытында жарықты автоматты түрде қосады және ажыратады. Бұл құрылғы салыстырмалы түрде қымбат емес, ал тиімділігі – сезілімді.

23. Электр энергетика саласында қазіргі таңда қандай мәселелер туындап отыр? ЭКСПО – 2017 көрмесі не үшін ұйымдастырылуда?

Күшті және әлсіз жақтарды, бұл сала үшін мүмкіндіктер мен қауіп-қатерді талдау

1. Күшті жақтары

      Электр энергетикасы саласының күшті жақтарына мыналар жатады:       арзан көмірді пайдаланатын жылу электр станцияларында электр энергиясын өндірудің жоғары үлесі (2009 жылы жалпы өндіріс көлемінің шамамен 74%-ы)       кернеуі 220-500-1150 кВ жүйе құрушы электр беру желілерінің дамыған схемасы;       жедел диспетчерлік басқарудың орталықтандырылған жүйесі;       жаңартылатын энергияның айтарлықтай әлеуетінің болуы (1,0 трлн.кВт.сағ жоғары);       Қазақстанның БЭЭЖ-нің Орталық Азияның БЭЖ-мен және Ресейдің БЭЖ-мен қосарлас жұмыс істеуі;       электр энергиясының көтерме сауда - бөлшек сауда нарығының тиімді жұмыс істеуі үшін нормативтік-құқықтық база жасалды;       электр энергиясын экспорттау мүмкіндігі және транзиттік әлеуеттің болуы;       отын-энергетика ресурстарының елеулі қорының болуы.

2. Әлсіз жақтары

      Электр энергетикасы саласының әлсіз жақтарына:       өндіруші жабдықтардың парктік ресурсын айтарлықтай ендіру, бұл жұмыс істеп тұрған электр станцияларының электр энергиясын өндіру мүмкіндіктерін шектейді (ұлттық маңызы бар ЖЭС қалдық парктік ресурс 18-30 % құрайды);       гидроэлектр станцияларының өндіруші қуаттар құрылымындағы төмен үлесіне байланысты (12% жуық) ең ұшқары жүктемелерді жабу үшін маневрлі өндіруші қуаттардың тапшылығы;       өндіруші қуаттар таралуының әркелкілігі (Қазақстанның БЭЭЖ орнатылған қуаттарының 42% Павлодар облысында шоғырланған);       өңірлік электр желілік компаниялардың электр желілері тозуының жоғары деңгейі (~ 65-70%);       жаңа электр станцияларын салуды қамтамасыз ететін тетіктің жоқтығы;       Қазақстанның БЭЭЖ-нен электр байланысының жоқтығына байланысты Қазақстанның БЭЭЖ Батыс аймағының (Батыс Қазақстан, Атырау облыстары) Ресейден жеткізілетін электр энергиясына тәуелділігі жатады.

3. Мүмкіндіктері

      Электр энергетикасы саласының мүмкіндіктеріне:       Батыс аймақты КР БЭЭЖ негізгі бөлігімен біріктіру;       елдің жекелеген өңірлерінде энергетикалық қауіпсіздікке қол жеткізу;       қуат нарығын іске қосу;       Республика өңірлерін ішкі энергетикалық ресурстармен жеткілікті  қамтамасыз ету;       елдің экспорттық және транзиттік мүмкіндіктерін арттыру;       электр энергетикасы объектілерін дамытуға инвестиция тарту үшін саланың инвестициялық тартымдылығын арттыру жөнінде шаралар қабылдау.

4. Қауіп-қатерлер

      Электр энергетикасы саласының негізгі қауіп-қатері:       жұмыс істеп тұрған электр станцияларында иелік және қондырылған қуат арасындағы қуат алшақтығының ұлғаюы және негізгі жабдықтардың істен шығуы;       жабылмайтын электр энергиясы тапшылығының пайда болуы;       елдің шектес мемлекеттердің электр энергиясына тәуелділігі.

Экспо деген не? Бұл – бүкіләлемдік көрме. Бір жарым ғасырлық тарихы бар көрме. «Уикипедияның» тілімен айтсақ, «индустрияландырудың белгісі және техникалық һәм технологиялық жетістіктерді көрсететін мүмкіндік». Ең алғаш 1851 жылы Ұлыбританияда өткен. Содан бері қарай бұл көрме алпыс бес рет өткен. «Уикипедияда» жарияланған соңғы мәліметке сүйенсек: «Экспо-2017 өткізу үшін тендерді ұйымдастырушылар көрме өткізетін елге бұл шараның 2,3 миллиард долларға түсетінін бағалаған». Көрмені өткізуге екі қала таласқан. Олар: біздің Астанамыз және Бельгияның Льеж қаласы.

Тендерді ұтуын ұтып алдық, ендігісі соны абыроймен өткізу. Бұл қомақты қаржыны ғана емес, кәсіби біліктілік пен үлкен қажырлылықты да талап ететін шара. Бізбен бәсекелес болған Льежде бүкіләлемдік көрме екі рет – 1905, 1930 жылдары өткізілген. Әйгілі Гайд паркте алғаш көрменің шымылдығын ашқан Лондон араға он бір жыл салып, екінші рет өткізіп үлгерген. Америка Құрама Штаттарының әр қаласында бұл көрме жиырма рет өтсе, бір ғана Париждің өзі сегіз рет бүкіләлемдік көрме қонақтарына қызмет көрсеткен. Брюссельде төрт рет өткен. Айтпақшы, Парижде 1889 жылы Эйфель мұнарасы, ал 1908 жылы Амурдан өтетін көпір салынған екен. Амбициясы жоғары Астананың да өз мұнарасы салынуы бек мүмкін.

Ұтуын ұтып алдық. Ендігі міндет – абыроймен атқару. ЭКСПО деген Еуропадағы Қауіпсіздік және Ынтымақтастық ұйымының саммиті немесе Азиада емес. Оның ауқымы да үлкен, жүктейтін міндеті де ауыр. Жасыратыны жоқ, шетелдік бұқаралық ақпарат құралдары арасында біздің бұл жеңісімізді «жас мемлекеттің жеңісі» деп емес, «мұнайдың жеңісі» деп қабылдағандар да болды. Парижде өткен Халықаралық көрме бюросының бас ассамблеясында өткен дауыс беру рәсіміне мемлекет басшысы Нұрсұлтан Назарбаевтың барып қатысуын сан-саққа жүгірткендер де жетерлік. Біздің міндет – соның барлығын жоққа шығарып, бүкіләлемдік көрмені өз деңгейінде ұйымдастырып, өткізу. Қазақстан үшін дауыс берген 103 елдің үмітін ақтау (Бельгияға 44 мемлекет дауыс берсе, 1 мемлекет қалыс қалған).

Экспо-2017 10 маусымда басталып, 10 қыркүйекте аяқталады. Астанадағы көрме «Болашақтың энергиясы» деген атпен өтеді. Ұйымдастырушылар әлемнің әр түкпірінен бес миллионға жуық адам келіп қатысады деген болжам жасап отыр.

ЭКСПО ЕҚЫҰ саммиті сияқты таза саяси пиар жоба емес, бұл науқанның Қазақстанға берері көп.

Біріншіден, ЭКСПО кезінде әлемнің түкпір-түкпірінен келген ең жаңа, заманауи технологиялар көрмеге қойылып қана қоймай, олардың жұмыс істеу принциптері көрсетіледі. Сол арқылы біз жаңа технологияларды көріп, әлемдегі озық технологиялар мен техниканың қай бағытта, қалай дамып бара жатқанына куә боламыз, өз еліміз бен дамыған елдердің арасындағы технологиялық прогрестің айырмашылығын біліп, өз-өзімізді бағамдаймыз.Екіншіден, ЭКСПО барысында Қазақстан тарапынан және шетел тарапынан зерттеу орталықтары, сондай-ақ шетел тарапынан салынатын жаңа жобалар көрме аяқталғаннан кейін де Қазақстанның керегіне жарап, ары қарай қызмет етеді.Үшіншіден, шараны ұйымдастыру барысында көптеген жаңа ұйымдастыру, басқару, үйлестіру әдістерін үйреніп қана қоймай, 3 айлық науқан барысында Қазақстан қызмет көрсету саласын сыннан өткізіп, тәжірибе жинақтап алуға, сол арқылы тәжірибені жетілдіруге мүмкіндік туады.Төртіншіден, бұл шараға Қазақстан үкіметі жариялағандай 5 миллион адам келмесе де, көрме өтетін Астана қаласының тұрғындары мен әдеттегі қонақтарынан әлденеше есе артық адам келетіні анық. Бұл сол қысқа мерзімде еліміздегі жеке кәсіп саласына, қонақ үй, тамақтану сияқты қызмет көрсету салаларындағы кәсіпкерлерге пайда әкеледі.

Бесіншіден, көрмеге келетін қонақтар тек Астана қаласымен шектелмей, Алматы, Бурабай қатарлы көрікті жерлерге ат басын бұрары сөзсіз. Кейін Қазақстанның жарнамасын жасайды, бұл туризм саласы үшін маңызды рөл атқарады.

Алтыншыдан, шара 3 ай бойы өтетіндіктен, шетелден келген қонақтарға жол бастау, аудармашы болу сияқты міндетті атқаратын шет тілін білетін және үйреніп жүрген жастарға үлкен тәжірибе.

Өз басым осындай алты артықшылықты көріп тұрмын. Енді тек даңғаза-шуға айналдырмай, өз мәнінде, ысырапшылдыққа бой алдырмай, тойға айналдырмай, әр қадамды есеппен басса, бізге әкелер пайдасы көп шара.

Тағы бір айта кетерлігі, шараның бет-беделін көтеріміз деп, әйгілі адамдарды, бұрынғы мемлекет басшыларын, әртістерді, сондай-ақ, басқа да ресми қонақ санын көбейтіп, оларға тегін жатын орын, ішіп-жем дайындап шабылудың қажеті жоқ. Ондай арзан атақпен бүкіләлемдік көрменің мәртебесін көтере алмаймыз. ЭКСПО мәртебесі жаңа жобалар, жаңа технологиялар, жаңа өндіріс өнімдері, жаңа іскерлік байланыстардың санымен және сапасымен өлшенеді. Әрине, 16 миллион ғана халқы бар елде, 700 мың ғана адам тұратын қалада, жәрмеңкеге салар жаңа технологиясы мен технология арқылы шығаратын өндіріс пен өнімі аз елде бәрібір Шанхай немесе Париж қалаларындағыдай қызғынды болмауы мүмкін. Алайда, біз өз деңгейімізде сәтті өткізе аламыз деп сенемін.

24. Электр және магнит өрістерінің пайда болу табиғаты. Жер шарының электромагниттік өрісі. Электромагниттік шкала қандай диапазондарды алып жатыр?

Магнит өрісі — қозғалыстағы электр зарядтары мен магниттік моменті бар денелерге (олардың қозғалыстағы күйіне тәуелсіз) әсер ететін күштік өріс. Магнит өрісі магниттік индукция векторымен (В) сипатталады. В-ның мәні магнит моменті бар қозғалыстағы электр зарядына және денелерге өрістің берілген нүктесінде әсер етуші күшті анықтайды. Магнит өрiстерiн бейне түрiнде кескiндеу үшiн магнит индукциясы сызықтарын пайдаланады."Магнит өрісі” терминін 1845 ж. ағылшын физигі М. Фарадей енгізген. Ол электр өзара әсер сияқты магнит өзара әсер де бірыңғай материялық өріс арқылы беріледі деп санаған. Электр-магниттік өрістің классикалық теориясын Дж.Максвелл жасаған (1873), ал кванттық теориясы 20 ғасырдың 20-жылдары жасалды (Өрістің кванттық теориясы). Макроскоп. Магнит өрісінің көздері — магниттелген денелер, тогы бар өткізгіштер және қозғалыстағы зарядталған денелер. Бұл көздердің табиғаты бір: Магнит өрісі зарядталған микробөлшектердің (электрон, протон, ион), сондай-ақ, микробөлшектердің меншікті (спиндік) магнит моменті болуының нәтижесінде пайда болады (Магнетизм). Айнымалы магнит өрісі электр өрісінің, ал электр өрісі магнит өрісінің уақыт бойынша өзгерісі нәтижесінде пайда болады. Электр және магнит өрістері, олардың бір-бірімен өзара әсерлері Максвелл теңдеуімен толық сипатталады. Магнит өрісінің кернеулік (Н) мен магнит индукциясы(В) — өрістің күштік сипаттамасы. Кернеулік векторы өріс пайда болған орта қасиетіне тәуелсіз шама болса, индукция векторы қарастырылатын денедегі қорытқы өрісті сипаттайды. Сондай-ақ, индукция векторы магнит өрісінде қозғалған зарядқа әсер ететін күшті, магнит моменті бар денеге магнит өрісінің тигізетін әсерін, өріс тарапынан байқалатын басқа да әсерлерді анықтайды.

Табиғатта магнит өрісінің сан алуан түрі кездеседі. Магнитосфераны түзетін Жердің магнит өрісі Күнге қарай 70 — 80 мың км-ге, ал оған қарама-қарсы бағытта миллиондаған км-ге созылады. Жер бетінде магнит өрісі орташа 0,5 Э-ке тең, ал магнитосфераның шекарасында 10–3 Э. Планетааралық магнит өрісі — негізінен Күн желінің өрісі. Күннің оталуы, ондағы дақтар мен протуберанецтердің байқалуы, Күннен шығатын ғарыштық сәулелердің пайда болуы тәрізді құбылыстарда магнит өрісі елеулі рөл атқарады. Магнит өрісі заттың (ортаның) оптикалық қасиетіне және электр-магниттік сәуле шығару құбылысының затпен әсерлесу процесіне елеулі ықпал жасайды, өткізгіштер мен шала өткізгіштерде гальваномагн. құбылыстар мен термомагн. құбылыстарды туғызады. Магнит өрісі әдетте әлсіз (500 Э-ға дейін), орташа (500 Э — 40 кЭ), күшті (40 кЭ — 1МЭ) және аса күшті (1МЭ-ден жоғары) болып бөлінеді. Іс жүзінде бүкіл электртехника, радиотехника мен электроника әлсіз және орташа магнит өрісін пайдалануға негізделген. Әлсіз және орташа магнит өрісі әдетте тұрақты магнит, электрмагнит, суытылмайтын соленоид, асқын өткізгіш магниттердің көмегімен алынады. Күшті магнит өрісін алуда асқын өткізгіш соленоидтар (150 — 200 кЭ), сумен салқындатылатын соленоидтар (250 кЭ-ға дейін), импульстік соленоидтар (1,6 МЭ) қолданылады. Аса күшті магнит өрісі бағытталған жарылыс (қопарылыс) әдісімен алынады.^[1][2] Жер магнетизмін системалы түрде өлшеу арқылы теңізде жүргізушілерге, авиаторларға керек болатын магниттік карта жасайды, пайдалы қазбаларды зерттейді және Күннің әрекет қимылың өзгерін бақылайды. Жер магнетизмінің қалай пайда болғаны әзірше толық шешілмеген.

Электр өрісі – электрмагниттік өрістің дербес бір түрі. Ол электр зарядының айналасында немесе бір уақыт ішіндегі магнит өрісінің өзгерісі нәтижесінде пайда болады. Э. ө-нің магнит өрісінен өзгешелігі – ол қозғалатын да, қозғалмайтын да электр зарядтарына әсер етеді. Э. ө-нің бар екендігін оның қозғалмайтын зарядқа әсер ететін күші бойынша байқауға болады. Электр өрісінің кернеулігі – Э. ө-нің сандық сипаттамасы болып табылады.

Жердің магнит өрісін зерттеп, оның өзгерісін қадағалау ғалымдар үшін өте маңызды. Күннен таралатын корпускулдық сәулеленуден Жер электромагниттік өріспен қорғалған. Егер планетада электромагниттік өріс болмаса, атмосферада және Жер бетінде тіршілік болуы мүмкін емес. Магнит өрісі Жердің биосфера қабатын зарядталған бөлшектерден, дәлірек айтқанда, корпускулярлық сәулеленуден қорғайды. Егер сәуле Жердің беткі қабатына жететін болса, онда атмосфераның бүкіл атомдары мен молекулалары иондар мен электрондарға бөлініп, яғни жойып жіберген болар еді. Геомагниттік өріс табиғаттың ең маңызды процестеріне әсер етіп, біздің ғаламшарымыздағы тіршілік өмірді сақтайды. Бүгінгі таңда магнетизм саласындағы ғалымдардың еңбегі арқасында Жердің магнетизмі туралы көптеген деректерді белгілі боды.

Жердің магнит өрісі – Жердің ішкі көздері әсерінен туындаған өріс. Оны кейбір әдебиеттерде геомагниттік өріс деп те атайды.

Заттардың магниттелу қабілеті жайлы мәлімет мыңдаған жыл бұрын Қытайда белгілі болды. Алғаш рет Жердің магнит өрісі туралы деректерді ағылшын дәрігері және философы Уильям Гильберт 1600 жылы “De Magnete” кітабында жазған. Ағылшын астрономы Генри Геллибранд өзінің бақылауында геомагниттік өріс тұрақты емес, ол баяу өзгеріп отыратынын көрсетті.

Карл Гаусс Жердің магнит өрісі жайлы теориясын ұсынып, оны 1839 жылы дәлелдеді. Оның пікірінше магнит өрісінің негізгі бөлігі Жерден ішкі бөлігінен шығады, ал оның Жер бетіндегі кішігірім ауытқулары, сыртқы ортамен байланысты деп болжаған.

1958 жылдан кейін Жердің магнит өрісі, оның айналасындағы протондар мен электрондарды (сутегі ядролары) ұстап, радиациялық белдеу құрайтыны белгілі болды

Электромагниттік толқындар шкаласы (v < 10²¹ Гц) төменгі жиілікті толқындар мен радиотолқындардан бастап, гамма сәулелерге дейінгі (v < 1021 Гц) аралықты қамтиды. Жиілік пен ұзындықтарына байланысты әр түрлі электромагниттік толқындарды шартты түрде шығарып алу және тіркеу тәсіліне, затпен өзара әсерлесу сипаты бойынша диапазондарға бөледі. Төменгі жиілікті толқындар шығару, радиотолқындар, инфрақызыл сәулелер, көрінетін жарық, улътракүлгін сәулелер, рентгендік сәулелер жәпе {\displaystyle \gamma } - гамма шығару деп диапазондарға бөлу қабылданған 

25. Ежелгі ғалымдардың жазбаларындағы жарық ұғымы. Жарықтың қандай қасиеттері бар еді?

Электромагниттік өріс жайлы ілімнің негізін М. Фарадей қалады. Ол 1831 ж. электромагниттік индукцияны ашты. 19 ғ-дың 60 жылдары Дж. Максвелл Фарадейдің әлектромагниттік өріс жайлы көзқарасын онан әрі дамытып, оны матем. тұрғыдан жетілдірді. 19 ғ-дың екінші жартысында Физиканың техниканы дамытудағы ролі ерекше артты. Электр жайлы ілім байланыс жұмыстарымен (телефон, телеграф) ғана шектеліп қоймай, энергетикалық мақсатта да қолданыла бастады. Электромагниттік толқындар сымсыз байланыс жүйесін (А. С. Попов) дамытуға мүмкіндік беріп, радиобайланыс кең өріс ала бастады. Техникалық термодинамика іштен жанатын двигателъдердің дамуына ықпал жасады. Төмен темпралар техникасы пайда болды. Сөйтіп Фииканың жаратылыс тану ғылымдарына ықпалы арта бастады.

Жарық – қуаттың бір түрі. Осының арқасында тірі жаратылыстардың барлығы, оның ішінде адам баласы да айналасындағы әлемді көре алады. Жарықтың өзі көзге көрінбейді,алайда өзі басқа заттардың барлығына көруіне себепші болады. Ол түзу сызық бойымен қозғалады, жолында мөлдір емес зат кездессе, сол заттың көлеңкесі пайда болады. Көлеңке дегеніміз- жарық көзіне қарама-қарсы жақта пайда болатын қараңғы аймақ.

1. тар мағынада – көрінетін сәуле, яғни жиілігі 7,5 •1014 – 4,0 • 1014Гц аралығындағы адам көзі қабылдайтын электрмагниттік толқын;

2. кең мағынасында — қабылданатын сәулемен бірге спектрдің ультракүлгін және инфрақызыл аймағындағы сәулелерді де қамтитын оптикалық сәуленің синонимі.

Жарық дифракциясы[өңдеу]

Жарық дифракциясы – жарық толқындарының мөлшері сол толқындардың ұзындығымен қарайлас тосқауылды (тар саңылау, жіңішке сым, т.б.) орап өту құбылысы. Жарық дифракциясы болу үшін жарық түскен дененің айқын шекарасы болуы тиіс. Дифракция жарыққа ғана тән емес, басқа да толқындық процестерде де байқалады (мысалы, механикалық толқындардың жолында кездескен тосқауылды орап өтуі, т.б.). Жарық дифракциясы кезінде жарықтың түзу сызық бойымен таралу заңы, яғни геометриялық оптиканың негізгі заңдары бұзылады. Жарық толқындарының ұзындығы өте қысқа болғандықтан, қалыпты жағдайда жарық дифракциясы байқалмайды. Жарық дифракциясы – жарықтың толқындық қасиетін дәлелдейтін негізгі құбылыстардың бірі. Бұл құбылысты 17-ғасырда италиялық физик және астроном Франческо Гримальди ашты, ал оны француз физигі Огюстен Жан Френель түсіндірді.

Жарық жылдамдығы[өңдеу]

'Жарық жылдамдығы, с' – кез келген электрмагниттік толқындардың (оның ішінде жарықтың да) бос кеңістіктегі (вакуумдағы) таралу жылдамдығы; іргелі физикалық тұрақтылардың бірі. Жарық жылдамдығының шамасы материалдық дененің массасы мен толық энергиясын байланыстырып тұрады. Санақ жүйесі өзгерген кезде координатты, жылдамдықты және уақытты түрлендіру жарық жылдамдығы арқылы өрнектеледі. Жарық жылдамдығын алғаш рет 1676 ж. Юпитер серіктерінің тұтылулары арасындағы уақыт аралығының өзгеруі бойынша дат астрономы Оле Ремер өлшеді (бақылау нәтижесінде с=215000 км/с болды). Жарық көзі ретінде лазерлерді пайдаланып жүргізген өлшеулер нәтижесінде жарық жылдамдығын өлшеу дәлдігі жоғары көтерілді: с=299792,5•0,15 км/с. Қазіргі кезде жарық жылдамдығының вакуумдағы мәні үшін ресми түрде с=299792,458•1,2 м/с қабылданған.

Жарық интерференциясы[өңдеу]

Жарық интерференциясы – жарық толқындарының қабаттасуы нәтижесінде бірін-бірі күшейтуі немесе әлсіретуі. Егер екі толқынның өркештері мен өркештері, сайлары мен сайлары дәл келсе, онда олар бірін-бірі күшейтеді; ал біреуінің өркештері екіншісінің сайларына дәл келсе бірін-бірі әлсіретеді. Жарық интерференциясы кезінде қабаттасқан жарық шоғының қарқындылығы бастапқы шоқтың қарқындылығына тең болмайды. Механикалық толқындар да интерференцияланады. Жарық интерференциясына қатысты кейбір құбылыстарды Исаак Ньютон бақылаған. Бірақ ол өзінің корпускулалық теориясы тұрғысынан бұл құбылысты түсіндіре алмады. 19-ғасырдың басында ағылшын ғалымы Томас Юнг және француз физигі Огюстен Френель жарық интерференциясын толқындық құбылыс ретінде түсіндірді. Кез келген жарық толқындары қабаттасқанда интерференция құбылысы байқалмайды. Тек когерентті толқындар ғана интерференцияланады. Жарық интерференциясының көмегімен жарық толқындарының ұзындығы өлшенеді, спектр сызықтарының нәзік түзілісі зерттеледі, заттың тығыздығы мен сыну көрсеткіші тәрізді қасиеттері анықталады.

Жарық қысымы[өңдеу]

Жарық қысымы – жарықтың шағылдыратын немесе жұтатын денеге түсіретін қысымы. Күн маңынан ұшып өткен кезде құйрықты жұлдыздың (кометаның) құйрығының қисаюына жарық қысымының әсері болатындығын 1619 ж. алғаш рет неміс ғалымы Иоганн Кеплер болжаған. 1873 ж. ағылшын физигі Джеймс Максвелл электрмагниттік теорияға сүйене отырып, жарық қысымының шамасын анықтады. 1899 ж. орыс физигі Петр Лебедев жарықтың қатты денелерге, кейінірек газдарға (1907 – 10) түсіретін қысымын өлшеді. Жарық қысымын жарықтың электрмагниттік теориясы мен кванттық теориясы негізінде түсіндіруге болады. Жарық қысымы әсерінен Жердің жасанды серіктерінің орбиталары аз да болса толықсиды.

Жарықтың сынуы[өңдеу]

Жарықтың сынуы – екі ортаның шекаралық қабатына түскен сәуленің екінші ортаға өткен бөлігінің бастапқы бағыттан ауытқуы. Жарықтың сыну заңдары былай тұжырымдалады:

1. түскен сәуле, сынған сәуле және екі ортаны бөлетін шекаралық бетке жүргізілген перпендикуляр бір жазықтықта жатады. Түскен сәуле мен сынған сәуле өзара қайтымды болады;

2. түсу бұрышы синусының (α) сыну бұрышы синусына (φ) қатынасы тұрақты шама болады: мұндағы n – ортаның сыну көрсеткіші. Берілген заттың вакууммен салыстырғандағы сыну көрсеткіші сол заттың абсолюттік сыну көрсеткіші деп аталады.

Жарықтың шағылуы – жарықтың екі түрлі орта шекарасына (кем дегенде біреуі мөлдір болатын) түсуі кезінде байқалатын құбылыс. Мөлдір ортадағы жарық сәулесі сыну көрсеткіші сол ортаға қарағанда өзгеше болатын екінші ортаға жеткен соң, оның біршама бөлігі сынып, басқа бағытпен таралады да, енді бір бөлігі бірінші ортаға қарай кері шағылады. Шағылған және сынған сәулелер қарқындылығының салыстырмалы шамасы жарық түскен дене бетінің тегістігіне, жарықтың құрамы мен түсу бұрышына, т.б. байланысты болады. Кейде жарық сәулесі толығымен кері шағылады.

Жарықтың шашырауы[өңдеу]

Жарықтың шашырауы – жарық сәулесінің бастапқы таралу бағытын өзгертіп, жан-жаққа ауытқуы. Бұл құбылыс жарықтың оптикалық жағынан біртекті емес ортада таралуы кезінде байқалады. Сол орта ішіндегі бөгде бөлшектер жарықтың таралу бағытын өзгертеді. Жарық толқынының электр өрісі әсерінен мұндай орта электрондары еріксіз тербеледі де, барлық бағытта бастапқы толқын жиілігіндей екінші реттік электрмагниттік толқындар шығарады. Жарық бөгде қоспалардан мұқият тазартылған ортадан (заттан) өткенде де шашырайды. Өйткені молекулалар мен атомдар үздіксіз қозғалыста болатындықтан, шағын көлем ішінде де заттың тығыздығы өзгеруі мүмкін. Осы өзгеріс салдарынан да жарық шашырауы байқалады.

Жарық деген не? Бұл сұраққа ғалымдар көне аманнан жауап іздеп келді. XIX ғасырға дейін жарық тез қозғалатын бөлшектер — корпускулалар ағыны ретінде қарастырылып келді. Бұл көзқарасты И. Ньютон да ұстанды. Бірақ, XIX ғасырда жарықтың толқындық қасиеттері айқын білінетін оның интерференциясы, дифракциясыжәне т.б. құбылыстар ашылды. Юнг пен Френель жұмыстарының нәтижесі екі бәсекелес корпускулалық және толқындық теорияның біреуі, яғни толқындық теорияның жеңіп шығуына әкелді. Бұдан соң Максвелл еңбектерінің қорытындысы жарықтың электромагниттік толқын екенін түпкілікті дәлелдеп берді.

Бірақ XIX ғасырдың аяғы мен XX ғасырдың басында ашылған құбылыстар (оларды біз осы тарауда қарастырып өттік) жарықтың фотондар ағыны ретінде таралатынын көрсетті. Сонымен, жарық деген не? Толқын ба әлде бөлшек пе деген сұрақ қайта туындады. Физик ғалымдар бірте-бірте сұрақты бұлай қоюдың өзі дұрыс емес екенін түсінді.

Жарықта әрі үздіксіз электромагниттік толкындардың, әрі дискретті фотондардың бөлшектік қасиеттері бар. Абсолют қара дененің сәулеленуін және жарық қысымының флуктуацияларын зерттей отырып, жарық қасиеттерінің екіжақтылығын алғаш түсінген Эйнштейн болды. Ол осы айтылған ауытқуларды есептейтін формуланы қорытып шығарды. Бұл формула екі қосылғыштан тұрады, бірінші қосылғыш — "кванттық мүше" жарықты фотондардың ағыны ретінде сипаттаса, екінші қосылғыш — "толкындық мүше" таралатын электромагниттік толқындағы флуктуацияларды сипаттайды. Жиілік жоғары болса, "кванттық мүшенің", төменгі жиіліктерде "толқындық мүшенің" үлесі басым болады. Белгілі оптикалық құбылыстардың заңдылықтарын зерделей отырып, толқын ұзындығы азайған сайын (немесе, жиілік артқан сайын) жарықтың кванттық қасиеттері айқын біліне бастайтынына (және керісінше) көз жеткізуге болады.

Егер жарықтың таралу процесіне статистикалық тәсіл тұрғысынан қарасақ, оның толқынды қорпускулалық екіжақтылық қасиеттері түсінікті бола бастайды. Кванттық көзқарас бойынша жарық — энергия мен импульс және массаға ие фотондардың ағыны. Жарық қандай да бір оптикалық жүйе арқылы (мысалы, дифракциялық тордан) өткенде, фотондар онымен әсерлесіп, кеңістікте қайта орын алмастырып, орналасады. Соның нәтижесінде, мысалы, дифракциялың көрініс бақыланады. Экранның берілген нүктесінің Е жарықталынуы уақыт бірлігінде осы нүктеге түскен барлық фотондар энергияларының қосындысына, олай болса n₀ фотондар санына пропорционал. Сонымен, Е және n₀ шамалары экранның берілген нүктесіне фотондардың түсу ықтималдылығына пропорционал. Толқындық көзқарас бойынша J жарықталыну интенсивтікке, ал оның өзі амплитуданың квадратына пропорционал, яғни Е ~ А². Осы екі көзқарасты салыстыра отырып, мынадай қорытындыға келеміз: кеңістіктің қандай да бір нүктесіндегі жарық толқыны амплитудасының квадраты осы нүктеге фотондардың келіп түсу ықтималдылығын анықтайды.

Сонымен, жарықтың корпускулалық және толқындық қасиеттері бірін-бірі жоққа шығармайды, керісінше олар бір-бірін толықтырады. Сәулеленудің корпускулалық касиеттері оның энергиясы, импульсі және массасы үзікті бөлшектер — фотондарда жинақталуымен байланысты болса, толқындық қасиеттері осы фотондардың кеңістікте орналасуының статистикалық заңдылықтарымен байланысты. Тәжірибелер толқындық қасиет тек фотондардың ағынына ғана емес, жеке фотонға да тәнекенін көрсетті. Фотон дифракциялық тордан өткен соң экранның қай нүктесіне келіп түсетінін дәл анықтап айту мүмкін емес, тек әр фотонның экранның қандай да бір нүктесіне түсу ықтималдығын ғана есептеуге болады. Осы тақырыпта айтылғандардан фотондар Ньютонның корпускулаларынан мүлде өзгеше бөлшектер екенін көреміз. Ньютон корпускулалары кәдімгі классикалық бөлшектердің қасиетіне ие болса, фотондар әрі бөлшек, әрі толқындық қасиетке ие.

Жарықтың толқындық қасиеті қандай құбылыстардан көрінеді? Кемпірқосақ, солтүстік шұғыласы қандай құбылыстарға негізделген?

Жарық -

1. тар мағынада – көрінетін сәуле, яғни жиілігі 7,5 •1014 – 4,0 • 1014Гц аралығындағы адам көзі қабылдайтын электрмагниттік толқын;

2. кең мағынасында — қабылданатын сәулемен бірге спектрдің ультракүлгін және инфрақызыл аймағындағы сәулелерді де қамтитын оптикалық сәуленің синонимі.

Жарық дифракциясы – жарық толқындарының мөлшері сол толқындардың ұзындығымен қарайлас тосқауылды (тар саңылау, жіңішке сым, т.б.) орап өту құбылысы. Жарық дифракциясы болу үшін жарық түскен дененің айқын шекарасы болуы тиіс. Дифракция жарыққа ғана тән емес, басқа да толқындық процестерде де байқалады (мысалы, механикалық толқындардың жолында кездескен тосқауылды орап өтуі, т.б.). Жарық дифракциясы кезінде жарықтың түзу сызық бойымен таралу заңы, яғни геометриялық оптиканың негізгі заңдары бұзылады. Жарық толқындарының ұзындығы өте қысқа болғандықтан, қалыпты жағдайда жарық дифракциясы байқалмайды. Жарық дифракциясы – жарықтың толқындық қасиетін дәлелдейтін негізгі құбылыстардың бірі. Бұл құбылысты 17-ғасырда италиялық физик және астроном Франческо Гримальди ашты, ал оны француз физигі Огюстен Жан Френель түсіндірді.

Жарық жылдамдығы – кез келген электрмагниттік толқындардың (оның ішінде жарықтың да) бос кеңістіктегі (вакуумдағы) таралу жылдамдығы; іргелі физикалық тұрақтылардың бірі. Жарық жылдамдығының шамасы материалдық дененің массасы мен толық энергиясын байланыстырып тұрады. Санақ жүйесі өзгерген кезде координатты, жылдамдықты және уақытты түрлендіру жарық жылдамдығы арқылы өрнектеледі. Жарық жылдамдығын алғаш рет 1676 ж. Юпитер серіктерінің тұтылулары арасындағы уақыт аралығының өзгеруі бойынша дат астрономы Оле Ремер өлшеді (бақылау нәтижесінде с=215000 км/с болды). Жарық көзі ретінде лазерлерді пайдаланып жүргізген өлшеулер нәтижесінде жарық жылдамдығын өлшеу дәлдігі жоғары көтерілді: с=299792,5•0,15 км/с. Қазіргі кезде жарық жылдамдығының вакуумдағы мәні үшін ресми түрде с=299792,458•1,2 м/с қабылданған.

Жарық интерференциясы – жарық толқындарының қабаттасуы нәтижесінде бірін-бірі күшейтуі немесе әлсіретуі. Егер екі толқынның өркештері мен өркештері, сайлары мен сайлары дәл келсе, онда олар бірін-бірі күшейтеді; ал біреуінің өркештері екіншісінің сайларына дәл келсе бірін-бірі әлсіретеді. Жарық интерференциясы кезінде қабаттасқан жарық шоғының қарқындылығы бастапқы шоқтың қарқындылығына тең болмайды. Механикалық толқындар да интерференцияланады. Кез келген жарық толқындары қабаттасқанда интерференция құбылысы байқалмайды. Тек когерентті толқындар ғана интерференцияланады. Жарық интерференциясының көмегімен жарық толқындарының ұзындығы өлшенеді, спектр сызықтарының нәзік түзілісі зерттеледі, заттың тығыздығы мен сыну көрсеткіші тәрізді қасиеттері анықталады.

Жарық қысымы – жарықтың шағылдыратын немесе жұтатын денеге түсіретін қысымы. Күн маңынан ұшып өткен кезде құйрықты жұлдыздың (кометаның) құйрығының қисаюына жарық қысымының әсері болатындығын 1619 ж. алғаш рет неміс ғалымы Иоганн Кеплер болжаған. 1873 ж. ағылшын физигі Джеймс Максвелл электрмагниттік теорияға сүйене отырып, жарық қысымының шамасын анықтады. 1899 ж. орыс физигі Петр Лебедев жарықтың қатты денелерге, кейінірек газдарға (1907 – 10) түсіретін қысымын өлшеді. Жарық қысымын жарықтың электрмагниттік теориясы мен кванттық теориясы негізінде түсіндіруге болады. Жарық қысымы әсерінен Жердің жасанды серіктерінің орбиталары аз да болса толықсиды.

Жарықтың сынуы – екі ортаның шекаралық қабатына түскен сәуленің екінші ортаға өткен бөлігінің бастапқы бағыттан ауытқуы. Жарықтың сыну заңдары былай тұжырымдалады:

1. түскен сәуле, сынған сәуле және екі ортаны бөлетін шекаралық бетке жүргізілген перпендикуляр бір жазықтықта жатады. Түскен сәуле мен сынған сәуле өзара қайтымды болады;

2. түсу бұрышы синусының (α) сыну бұрышы синусына (φ) қатынасы тұрақты шама болады: мұндағы n – ортаның сыну көрсеткіші. Берілген заттың вакууммен салыстырғандағы сыну көрсеткіші сол заттың абсолюттік сыну көрсеткіші деп аталады.

Жарықтың шағылуы – жарықтың екі түрлі орта шекарасына (кем дегенде біреуі мөлдір болатын) түсуі кезінде байқалатын құбылыс. Мөлдір ортадағы жарық сәулесі сыну көрсеткіші сол ортаға қарағанда өзгеше болатын екінші ортаға жеткен соң, оның біршама бөлігі сынып, басқа бағытпен таралады да, енді бір бөлігі бірінші ортаға қарай кері шағылады. Шағылған және сынған сәулелер қарқындылығының салыстырмалы шамасы жарық түскен дене бетінің тегістігіне, жарықтың құрамы мен түсу бұрышына, т.б. байланысты болады. Кейде жарық сәулесі толығымен кері шағылады.

Жарықтың шашырауы – жарық сәулесінің бастапқы таралу бағытын өзгертіп, жан-жаққа ауытқуы. Бұл құбылыс жарықтың оптикалық жағынан біртекті емес ортада таралуы кезінде байқалады. Сол орта ішіндегі бөгде бөлшектер жарықтың таралу бағытын өзгертеді. Жарық толқынының электр өрісі әсерінен мұндай орта электрондары еріксіз тербеледі де, барлық бағытта бастапқы толқын жиілігіндей екінші реттік электрмагниттік толқындар шығарады. Жарық бөгде қоспалардан мұқият тазартылған ортадан (заттан) өткенде де шашырайды. Өйткені молекулалар мен атомдар үздіксіз қозғалыста болатындықтан, шағын көлем ішінде де заттың тығыздығы өзгеруі мүмкін. Осы өзгеріс салдарынан да жарық шашырауы байқалады.

26. Жарықтың толқындық қасиеті қандай құбылыстардан көрінеді? Кемпірқосақ, солтүстік шұғыласы қандай құбылыстарға негізделген?

жарықтың корпускулалық және толқындық қасиеттері бірін-бірі жоққа шығармайды, керісінше олар бір-бірін толықтырады. Сәулеленудің корпускулалық касиеттері оның энергиясы, импульсі және массасы үзікті бөлшектер — фотондарда жинақталуымен байланысты болса, толқындық қасиеттері осы фотондардың кеңістікте орналасуының статистикалық заңдылықтарымен байланысты. Тәжірибелер толқындық қасиет тек фотондардың ағынына ғана емес, жеке фотонға да тән екенін көрсетті. Фотон дифракциялық тордан өткен соң экранның қай нүктесіне келіп түсетінін дәл анықтап айту мүмкін емес, тек әр фотонның экранның қандай да бір нүктесіне түсу ықтималдығын ғана есептеуге болады. Осы тақырыпта айтылғандардан фотондар Ньютонның корпускулаларынан мүлде өзгеше бөлшектер екенін көреміз. Ньютон корпускулалары кәдімгі классикалық бөлшектердің қасиетіне ие болса, фотондар әрі бөлшек, әрі толқындық қасиетке ие. Жарық әсерінің жарық көзінен қабылдағышқа берілуінің мүмкін болған екі тәсіліне сәйкес, жарықтың не екені, оның табиғаты қандай болатыны жөнінде бір - бірінен мүлдем өзгеше екі теория ХҮІІ ғасырда бір мезгілде дүниеге келді. Бұл теорияның біреуі Ньютонның, ал екіншісі Гюйгенстің есімдеріне байланысты болы. Ньютон жарықтың корпускулалық теориясын ұсынды. бұл теория бойынша жарық дегеніміз – жарық көзінен жан - жаққа кететін бөлшектер ағыны(зат тасымалы). Гюйгенстің ойлауынша жарық дегеніміз – бүкіл кеңістікті толтырып, барлық денелердің ішіне өтетін ерекше гипотетикалық ортада - эфирде таралатын толқындар. Кеңістікте қиылыса отырып, жарық шоқтарының бір - біріне неге әсер етпейтіндігін корпускулалық теория бойынша түсіндіру қиын болды. Ал толқындық теория мұны оңай түсіндірді.

Кемпірқосақ – аспан күмбезінде түрлі түсті доға түрінде көрінетін атмосферадағы оптикалық құбылыс. Ол аспанның бір жағында торлаған бұлттан жаңбыр жауып, қарсы жағында жарқырап күн шығып тұрған кезде көрінеді. Кемпірқосақ тікелей түскен күн сәулесінің жаңбыр тамшыларынан өткенде сынып, құрамдас бөліктерге (қызыл, сарғылт, сары, жасыл, көгілдір, көк, күлгін) бөлінуінің және тамшы бетінен шағылған толқын ұзындығы әр түрлі сәулелердің дифракциялануы менинтерференциялануы нәтижесінде пайда болады. Кемпірқосақтың айқындығы жаңбыр тамшыларының үлкен-кішілігіне байланысты өзгеріп отырады. Тамшы үлкен болса кемпірқосақ айқын, жарық болып көрінеді. Кейде алғашқы кемпірқосақпен бірге екінші кемпірқосақ қабаттаса көрінеді, оны қос кемпірқосақ деп атайды. Қос кемпірқосақ күн сәулесінің су тамшысына белгілі бұрыш жасай, екі рет шағылысуынан түзіледі. Сонымен бірге ай сәулесінен пайда болатын кемпірқосақты ай кемпірқосағы деп атайды.^[1]

"Кемпірқосақ" cөзі "Кем бір қосақ" сөз тіркесінен шыққан. Жеті түсті доғадан құралғандықтан, доғаларды үш қосқа және бір дара (қосақсыз) доғаға бөлуге болады. Соңғы қостың бір қосағы кем болғандықтан "кем бір қосақ" сөзі тұрақты сөз тіресіне айналып кеткен, Қазақ тіліндегі ілгерінді ықпалдың нәтижесінде "б" ұяң дыбысы "м" үнді дыбысының ықпалынан "п" қатың дыбысына айналып, "кемпірқосақ" атауы шыққан.

Кемпірқосақ. Сөз мағынасы кез келген қазаққа түсінікті. Ал сөз төркіні қайдан шықты деген мәселеге келсек, бұл жөнінде бірен-саран автордың аңызға сүйенген тұспал, долбарын ғана кездестірдік. Мысалы, 1918 жылы Б. А. Куфтиннің ел арасынан жинап,бастырған аңыз, ертегісі. Автордың ойынша, мыстан кемпір аспанда, жаңбырдан кейін өзінің түрлі-түсті қойларын қосақтап саууының нәтижесінде табиғат құбылысының бір атауы келіп шыққан. Ғылымда бұл сияқты жорамалды «халықтық этимология»дейді. Оның дұрысынан бұрысы молырақ болатындықтан, таза тілдік деректерге сүйенген жөн.

"Кемпірқосақ" cөзі "Кем бір қосақ" сөз тіркесінен шыққан. Жеті түсті доғадан құралғандықтан, доғаларды үш қосқа және бір дара (қосақсыз) доғаға бөлуге болады. Соңғы қостың бір қосағы кем болғандықтан "кем бір қосақ" сөзі тұрақты сөз тіресіне айналып кеткен, Қазақ тіліндегі ілгерінді ықпалдың нәтижесінде "б" ұяң дыбысы "м" үнді дыбысының ықпалынан "п" қатың дыбысына айналып, "кемпірқосақ" атауы шыққан.

Қолда бар тіл деректеріне назар аударсақ, «кемпірқосақ» біріккен сөзінің төркінін анықтауға боларлық. мынадай мәліметтерге тап боламыз. 1970 жылғы арабша-орысша сөздікте кузах — әшекейлеу, безендіру сияқты мағына меншіктенсе, ал «кус кузах»— біздегі «кемпірқосақ» дегенді ұғындырады. Араб тіліндегі «қус кузах» тіркесінің алғашқы сыңары — «қустың» мағынасы — «иілген» немесе «доға сияқты» мағыналар береді. Демек, бұл тілдегі «кус кузах» тіркесін қазақ тіліне сөзбе-сөз аударсақ «әшекейлі доға» болмақ. Арабша «қус» сөзі «садақ» мағынасына да ие. Жалпы алғанда, иілген заттарға осы сөз қолданылатындығы байқалады. Тіліміздегі «кемпірқосақ» сөзінің соңғы сыңары (қосақ) қайдан пайда болғандығы дау тудырмаса керек. Араб тіліндегі «кузах»—бізге ауысқанда «қосақ» қалпыңа дейін өзгерген. Енді осы өзгерген «қосақ» сөзінің алдына «кемпір» қалайша киліккен. Шын мәнісінде, қазіргі біз қолданылып жүрген «кемпір» мағынасындағы сөз бе? Біздің ойымызша, оның қазіргі «кемпірғе» үш қайнаса сорпасы қосылмайтын сияқты. Мысалы, иран тілінде әрбір иіліп жасалған зат атауының түбірі — кем, кеман — садақ; кемер —1. белбеу; 2. күмбез т. б. В. Рад,. Опыт..., II, 2, 1203, 1206). Иран тіліндегі «күмбез» мағынасын беретін «кемер» араб тілінің «кузах» сөзінің алдында тұрып, тіркес құрып, сол күйінде («кемер кузах») қазақтарға ауысып, дыбыстық өзгерістерге ұшырай отырып, «кемпірқосақ» қалпына дейін жеткен. Бұл ойымызды басқа да түркі тіліндегі осы мағынаны беретін сөздер анықтай түседі. Түрікмен тілінде — әлемгошор, якутша — кустук. Осы тілдердегі «гошар», «кустук». араб тіліндегі «кузах» сөзінің дыбыстық өзгеріске түскен тұлғасы деп қарауға болады. Сөйтіп, «кемпірқосақ»-тың нағыз қазақша мағынасы—«әшекейлі күмбез». Бұл жерде сөздердің орын ауыстыруы да болған (кемер//кемпір — күмбез, қосақ — әшекейлі).

• Аврора Бореалис, немесе Солтүстік шұғыла – полюстерде байқалатын табиғи жарық шоуы.

Полярлық шұғыла^[1] — Жер атмосферасының ионосфера қабатында байқалатын жарқыл. Полярлық шұғыла ғарыштан келетін жоғары энергиялы зарядталған бөлшектердің (электрондар мен протондардың) атомдар мен молекулалармен әсерлесуі (90 — 1000 км биіктікте) нәтижесінде пайда болады. Осы әсерлесу кезінде атомдар мен молекулалар қозған күйге көшеді де, кейіннен белгілі бір толқын ұзындығына сәйкес жарық квантын шығара отырып, алғашқы орнықты күйіне ауысады. Полярлық шұғыла тудыратын бөлшектердің атмосфераға енуі Күн желі мен геомагниттік өрістің өзара күрделі әсерлесуіне байланысты. Сондықтан полярлық шұғыланың байқалу жиілігі мен қарқындылығы Күн активтілігіне тәуелді. Полярлық шұғыла алуан түрлі пішінде, әр түрлі жағдайларда байқалады. Әрбір лездік көріністі, бір бірімен қабаттасып жатқан әр түрлі қарапайым шұғылалардың жиынтығы ретінде қарастыруға болады: бүкіл аспан күмбезіне созылып жатқан түзу немесе имек сызық түріндегі біртекті доғалар мен жолақтар; вертикаль бағытта едәуір созылып жатқан сәулелік пішіндер, диффузиялық біртекті дақтар; біртекті үлкен диффузиялық беттер. Сәулелік пішіндердің орташа қалыңдығы 200 м, жарықтылық артқанда ол кемиді. Полярлық шұғыланың спектрлік құрамы ендікке байланысты өзгеріп отырады. Полярлық шұғыланы зерттеу біріншіден, Жерге жақын ғарыш кеңістігіндегі процестер туралы ақпарат жинауға, екіншіден, оптикалық сәуле шығарулары бойынша ғарыш бөлшектерінің ионосфераға әсерін анықтауға мүмкіндік береді. Полярлық шұғыланы тек Жер бетінен емес, ғарыш кемелері арқылы зерттеу жоғарыдағы мәселелерге байланысты маңызды жаңа деректер алуға мүмкіндік берді.

№ 27

Жарықтың интерференциясы

Фазалар ығысуы тұрақты және жиіліктері бірдей толкындардың қосылуы жарық толқындарының өзара әрекеттесуіндегі көңіл аударатын жағдай. Мұнда кеңістіктің кейбір нүктелерінде толқындардың қабаттасуынан бір-бірін күшейтетін, ал басқа бір нүктелерінде керісінше бір-бірін әлсірететін интерференция құбылысы байқалады. Экранда күңгірт және ашық жолақтар кезектесіп орналасады. Бұл интерференция құбылысы. Жарықтың интерференциясы механикалық толқындардың интерференциясы сияқты өтеді. Жарықтың минимум (әлсіреу) және максимум (күшею) шарттары (4.10) және (4.11) формулаларымен анықталады. Сонымен қатар жарық толқындары интерференциясының кейбір ерекшеліктері бар. Егер екі жарық көзінен бірдей жиілікті синусоидалық жарық толқындары шығарылса, онда олар кездескен жерде интерференция көрінісі пайда болады. Бірақ осы көріністі бір-біріне қатысы жоқ бірдей жарық шығаратын екі жарық көзінен шық қан толқындар арқылы алу мүмкін емес. Жарық толқындарының интерференция құбылысы жоқ деген қорытындыға келгендей боламыз.

Интерференция құбылысын 1675 жылы Томас Юнг Ньютон, одан кейін Юнг және Френель байқаған. Мұны қалай түсіндіруге болады? Шын мәнінде, мәселе толқынның цугінде екен. Дененің әр түрлі атомдары бір-біріне байланыссыз жарық шығарады. Сондықтан олардың жиіліктерінің бірдей болуына қарамастан, әр цугтің фазасы әр түрлі. Ал бұл жарықтың фазасы ретсіз өзгеретін электромагниттік толқын екенін көрсетеді. Сонда екі толқынды бір-біріне қосқанда пайда болған қорытқы толқынның берілген нүктедегі амплитудасы да кездейсоқ түрде бір секундта миллион есе (максимум немесе минимум болып) өзгеріп отырады.

Жарық түскен бет біздің көзімізге біркелкі жарық түскен беттей болып көрінеді. Сондықтан жарық толқынының интерференциясы тек когерентті толқындар қабаттасқанда ғана пайда болады.

Қос сәулелі интерференция және оны іске асыру әдістері

Когерентті толқындарды интерферометрлердің көмегімен алады. Ең қарапайым түрі — бір жарықты екіге жіктеу.

Юнг әдісі

Ағылшын физигі Томас Юнг жарық толқындарының кеңістіктік когеренттігін алды. Ол S жарық көзінің алдына кішкентай саңылауы бар S1 тосқауылды орналастырды. Жарық толқындары ол саңылаудан өтіп, бірдей фазамен бір уақытта екі кішкене S2 және S3 саңылауларға жетеді. Бұл саңылаулар бір-біріне жақын және жарық көзіне қатысты симметриялы орналастырылған (4.10-сурет).

Сондықтан S2 және S3 саңылаулары бір толқындық бетте жатыр деп есептеуге болады. Гюйгенс принципі бойынша толқындық беттің әрбір нүктесі екінші толқын көзі болып табылады.

Френель әдістері

Когерентті жарық толқынын алудың басқа жолын француз физигі Огюстjн Кан Френель ұсынды. Ол қос призма (бипризма) мен қос айнаны пайдаланды. Бипризма әрқайсысының сыну бұрышы өте аз болып келген бірдей екі призмадан тұрады. Олар бір-біріне табандарымен беттестірілген. Френельдің қос призмасының табанындағы бұрышы өте доғал -175° 179°. S жарық көзінен шыққан сәуле бипризмаға түседі де одан екі жарық толқыны S1 және S2 алынады. Олар шеңбердің бойында орналасқан.

Экранда тұрақты интерференциялық көрініс — кезектесіп орналасқан күңгірт, ақ жолақтар пайда болады. Қос айнаның жұмыс істеу приндипі де жоғарыдағы тәрізді Z1 және Z2 айналары центрі О нүктесі болатын шеңбердің радиусы болсын дейік. Жарық көзі S шеңбердің бойында орналасқан. Z1 және Z2 айналары жарық сәулесін екіге жіктейді, олар экранның бір А нүктесіне жиналады.

Жұқа пленка әдісі

Су бетіне майдың, мұнайдың, бензиннің тамшысы тамғанда әр түсті сурет пайда болатынын білеміз. Ондай суреттер сабынның көпіршігінде де, инеліктің қанатының үстінде де байқалады (түрлі-түсті қосымшадағы 1-сурет). Бензиннің жұқа қабыршағының бетіне жарық түскенде қандай процесс жүретінін қарастырайық. Бензиннің жұқа қабыршағы жазық параллель пластиналардан алынады. S жарық көзінен шығатын сәуле қабыршақтардан өткенде бірнеше когерентті сәулелерге бөлінеді. Біз жарық интерференциясын түскен жарықтан да, шағылған жарьщтан да байқай аламыз. Бензин қабықшасы қалыңдығының үздіксіз өзгеруінен, жұқа қабыршақтағы интерференциялық сурет түрленіп отырады.

Есептеу жұмыстарын жүргізіп, толқынның жұқа қабыршақтағы жол айырымын анықтайтын формуланы табайық:

өтетін жарықта A = 2dncosβ, мұндағы A — толқын жүрісінің жол айырымы, d — қабыршақтың қалыңдығы, п — қабыршақ затының сыну көрсеткіші, р — жарықтың сыну бұрышы;

шағылған жарықта A = 2dncosβ + λ/2 Шағылған жарықта жол айырымына жарты-толқын ұзындығы қосылады, өйткені шағылғанда жарты толқын жоғалады.

Ньютон сақиналары

Ньютон сақиналары жұқа қабыршақтардағы интерференцияның дербес түрі, ол жұқа қабыршақ қалыңдығының біркелкі өзгеретін жағдайында байқалады. 1675 жылы Ньютон астрономиялық рефрактордың дөңес объективі мен жазық шыны арасындағы жұқа ауа қабатының түсін бақылаған. Ньютон тәжірибесінде тығыз сығылған шыны мен объективтің арасындағы ауаның жұқа қабатының қалыңдығы шыны мен объективтің түйіскен жерінен объективтің сыртқы шетіне қарай біркелкі ұлғая бастайды. Қарапайым есептеу аркылы өткен жарықтың радиусын, мәселен, ақшыл сақинаның радиусын анықтауға болады: {\displaystyle r={\sqrt {2Rd}}}

мұндағы r — сақинаның радиусы, R — линза қисығының радиусы, d — жазық шынының бетінен линзаның жарық сынатын бетіне дейінгі арақашықтық

Дифракция (лат. dіfractus – сындырылған) – механикалық, дыбыс және жарық толқындарының өздерінің толқын ұзындығымен шамалас тосқауылды орап өтуі, сондай-ақ сұйықтық пен газ молекулаларының немесе кристалл, сұйықтық, т.б. микробөлшектерінің электрондар, нейтрондар.

Жарық дифракциясы — жарық толқындарының мөлшері сол толқындардың ұзындығымен қарайлас тосқауылды (тар саңылау, жіңішке сым, т.б.) орап өту құбылысы. Жарық дифракциясы болуы үшін, мұның үстіне, жарық түскен дененің айқын шекарасы болуы да тиіс. Дифракция жарыққа ғана тән емес, басқа да толқындық процестерде де байқалады (мысалы, [механикалық толқын|механикалық толқындардың жолында кездескен тосқауылды орап өтуі, т.б.). Жарық дифракциясы кезінде жарықтың түзу сызық бойымен таралу заңы, яғни геометриялық оптиканың негізгі заңдары бұзылады. Жарық толқындарының ұзындығы өте аз болғандықтан қалыпты жағдайда Жарық дифракциясы байқалмайды. Жарық дифракциясы — жарықтың толқындық қасиетін дәлелдейтін негізгі құбылыстардың бірі. Бұл құбылысты 17 ғ-да италиялық физик және астроном Ф.Гримальди (1618 — 1663) ашты, ал оны француз физигі О.Френель (1788 — 1827) түсіндірді (1812). Френель Жарық дифракциясын екінші реттік толқындардың интерференциялану нәтижесі деп тұжырымдады. Жарық дифракциясының жуық теориясы Гюйгенс — Френель принципіне негізделген. Зоналар (аймақтар) әдісі деп аталатын бұл көрнекі әдіс бойынша толқындық бет ойша дөңгелек аймақтарға бөлінеді. Осы аймақтардан таралып бір-біріне қабаттасуы кезінде интерференцияланған элементар толқындардың амплитудалары мен фазалары есепке алынады. Нүктелік жарық көзінен шыққан жарық, күңгірт экранның кішкене дөңгелек саңылауынан немесе күңгірт дөңгелек экранның шетінен өткенде, концентрлі шеңбер тәрізді дифракциялық жолақтар пайда болды. Егер саңылаудан өткен аймақтар саны жұп болса, онда дифракциялық  — толқын ұзындығы), ал параллель сәулелер дифракциясы: b шарттарын қанағаттандырады. Соңғы жағдайда саңылауға түскенбейненің центрінде қараңғы дақ , ал тақ болса — жарық дақ көрінеді. Дифракциялық жолақтардың арасы жарықтың толқын ұзындығына байланысты анықталады. Жарық дифракциясының сфералық толқындар дифракциясы (Френель дифракциясы) және параллель сәулелер дифракциясы (Фраунгофер дифракциясы) деп аталатын екі түрі бар. Френель аймағының мөлшерімен шамалас сфералық толқындардың дифракциясы: (мұндағы b — саңылаудың мөлшері, — бақылау нүктесінің экраннан қашықтығы,  параллель жарық сәулелер =0) мәндерінде болады. Жарық дифракциясы нәтижесінде ұзын толқынды сәулелер көбірек, қысқа толқынды сәулелер азырақ бұрылады, яғни күрделі жарық толқын ұзындықтары бойынша жіктеледі. Басқаша айтқанда, дифракциялық спектрлер пайда болады. Кейбір спектрлік приборлардың жұмыс істеу принципі осы құбылысқа негізделген. Жарық дифракциясының көмегімен оптикалық приборлардың (=0 (яғни /b (m =1, 2, 3,...). Жарықталынудың ең үлкен шамасы m=0 және sіn=m бұрышының өзгеруіне сәйкес болып экран бетінде өзгеріп отырады: sіn/b) ажырайды. Тар саңылау арқылы өткен монохромат жарықтың параллель шоғы экранға түскенде, қарқындылығы тез кемитін, алма-кезек ауыса орналасқан жарық және қараңғы жолақтар пайда болады. Егер жарық саңылау жазықтығына перпендикуляр бағытта түссе, онда экрандағы жолақтар орталық жолаққа симметриялы болып орналасады (2-сурет). Ал экранның жарықталынуы шоғы алшақтау бұрышымен (телескоптардың, микроскоптардың, т.б.) ажыратқыштық шамасы, сондай-ақ, лазер сәулесінің жинақтылығы анықталады. 

№28

Жарық дисперсиясы — ) тәуелділігі) тәуелділігі; жарық толқыны фазалық жылдамдығының жиілікке () не ұзындығына (заттың сыну көрсеткішінің (n) жарық толқынының жиілігіне (. Жарық дисперсиясы нәтижесінде ақ жарық спектрге жіктеледі (қ. Оптикалық спектрлер). Осы спектрді зерттеу арқылы И.Ньютон Жарық дисперсиясын ашты (1672-ның) арасында осындай заңдылық байқалатын құбылыс қалыпты Жарық дисперсиясы деп аталады.-дің (не  кемігенде) сыну көрсеткіші де (n) артады. n мен ) артқанда (). Спектрдің берілген аймағы үшін мөлдір денелерде жарық толқынының жиілігі ( Аномаль  кемігенде) сыну көрсеткіші n кемиді. Оптикалық шыныларда қалыпты Жарық дисперсиясы, ал жарық өткенде жұтылу жолақтары айқын білінетін газдар мен буларда аномаль Жарық дисперсиясы байқалады. Затта жарықтың сынуы жарықтың фазалық жылдамдығының өзгеруі салдарынан болады. Мұндай жағдайда заттың сыну көрсеткіші (n) мына формуладан анықталады: n=c/cф, мұндағы cф — жарықтың берілген ортадағы фазалық жылдамдығы, с — артқанда (Жарық дисперсиясы кезінде толқын жиілігі  вакуумдағы жарық жылдамдығы. Жарықтың электрмагниттік  — магниттік өтімділік. Призмадан немесе басқа бір мөлдір денеден өткен жіңішке ақ жарық шоғы түрлі түсті спектрге жіктеледі. Жеті түрлі түстен құралған бұл спектрдің ең көбірек бұрылатыны және ең қысқа толқындысы (жиілігі үлкені) — күлгін — диэлектрлік өтімділік, теориясы бойынша: , мұндағы  сәуле, ал ең аз бұрылатыны және ең ұзын толқындысы — қызыл сәуле. Жарықтың классик. теориясы бойынша Жарық дисперсиясы жарық таралған орта атомдарының (не молекулаларының) электрондары мен жарық толқындары туғызған айнымалы электр өрісінің өзара әсерлесуі нәтижесінде пайда болады. Мөлдір денелердегі Жарық дисперсиясы спектрлік приборларды, ахроматикалық линзаларды жасау кезінде қолданылады. 

Поляризация, полярлану (француз тілінде polarіsatіon — алғашқы негізі, грек тілінде polos — ось, полюс) — 1) электрхимиялық поляризация — электр тогы өткен кезде ерітінді мен электрод арасындағы потенциалдар айырмасының тепе-теңдік мәнінен ауытқуы; 2) молекуланың және атомның поляризациясы — сыртқы электр өрісінде орналасқан зат молекуласы мен атомының деформациялануы; 3) биоэлектрлік поляризация — тірі жасуша мен сыртқы орта шекарасында қос электрлік қабаттың пайда болуы; 4) вакуумдық поляризация — магниттік өріс әсерінен вакуумның диэлектрлік орта тәрізді, яғни, осы ортада электр зарядтары біркелкі таралғандай әсер қалдыратын күйге ауысуы; 5) толқындар поляризациясы — көлденең толқындардағы тербелістердің таралу бағытымен салыстырғанда осьтік симметриясының бұзылуы; 6) диэлектриктердің поляризациясы; 7) бөлшектердің поляризациясы — әр бөлшектің өзіне тән қозғалыс мөлшерінің моменті — спині болуына және оның кеңістіктегі бағытталуына байланысты байқалатын бөлшектер күйінің сипаттамасы; 8) ортаның поляризациясы — қарастырылып отырған ортада көлемдік дипольдік электрлік моменттің пайда болуы; 9) Жарық поляризациясы — жарықтың полярлануы; 10) аспан күмбезінің поляризациясы — күндіз бұлт болмаған кезде, не түнде ай жарығында байқалатын оптикалық құбылыстардың бірі.

29. Жарықтың екі жақты қасиетінің бар екендігін кім айтты және ол неге сүйеніп дәлелдеді?

XIX ғасырдың аяғы мен XX ғасырдың басында ашылған құбылыстар (оларды біз осы тарауда қарастырып өттік) жарықтың фотондар ағыны ретінде таралатынын көрсетті. Сонымен, жарық деген не? Толқын ба әлде бөлшек пе деген сұрақ қайта туындады. Физик ғалымдар бірте-бірте сұрақты бұлай қоюдың өзі дұрыс емес екенін түсінді.

Жарықта әрі үздіксіз электромагниттік толкындардың, әрі дискретті фотондардың бөлшектік қасиеттері бар. Абсолют қара дененің сәулеленуін және жарық қысымының флуктуацияларын зерттей отырып, жарық қасиеттерінің екіжақтылығын алғаш түсінген Эйнштейн болды. Ол осы айтылған ауытқуларды есептейтін формуланы қорытып шығарды. Бұл формула екі қосылғыштан тұрады, бірінші қосылғыш — "кванттық мүше" жарықты фотондардың ағыны ретінде сипаттаса, екінші қосылғыш — "толкындық мүше" таралатын электромагниттік толқындағы флуктуацияларды сипаттайды. Жиілік жоғары болса, "кванттық мүшенің", төменгі жиіліктерде "толқындық мүшенің" үлесі басым болады. Белгілі оптикалық құбылыстардың заңдылықтарын зерделей отырып, толқын ұзындығы азайған сайын (немесе, жиілік артқан сайын) жарықтың кванттық қасиеттері айқын біліне бастайтынына (және керісінше) көз жеткізуге болады.

Сонымен, жарықтың корпускулалық және толқындық қасиеттері бірін-бірі жоққа шығармайды, керісінше олар бір-бірін толықтырады. Сәулеленудің корпускулалық касиеттері оның энергиясы, импульсі және массасы үзікті бөлшектер — фотондарда жинақталуымен байланысты болса, толқындық қасиеттері осы фотондардың кеңістікте орналасуының статистикалық заңдылықтарымен байланысты. Тәжірибелер толқындық қасиет тек фотондардың ағынына ғана емес, жеке фотонға да тән екенін көрсетті. Фотон дифракциялық тордан өткен соң экранның қай нүктесіне келіп түсетінін дәл анықтап айту мүмкін емес, тек әр фотонның экранның қандай да бір нүктесіне түсу ықтималдығын ғана есептеуге болады. Осы тақырыпта айтылғандардан фотондар Ньютонның корпускулаларынан мүлде өзгеше бөлшектер екенін көреміз. Ньютон корпускулалары кәдімгі классикалық бөлшектердің қасиетіне ие болса, фотондар әрі бөлшек, әрі толқындық қасиетке ие.

30. Жарықтың кванттық қасиеттері: фотоэффект пен Комптон эффектілері туралы не айтасыз?

Жарық әсерінің жарық көзінен қабылдағышқа берілуінің мүмкін болған екі тәсіліне сәйкес, жарықтың не екені, оның табиғаты қандай болатыны жөнінде бір - бірінен мүлдем өзгеше екі теория ХҮІІ ғасырда бір мезгілде дүниеге келді.

Бұл теорияның біреуі Ньютонның, ал екіншісі Гюйгенстің есімдеріне байланысты болы. Ньютон жарықтың корпускулалық теориясын ұсынды. бұл теория бойынша жарық дегеніміз – жарық көзінен жан - жаққа кететін бөлшектер ағыны(зат тасымалы).

Гюйгенстің ойлауынша жарық дегеніміз – бүкіл кеңістікті толтырып, барлық денелердің ішіне өтетін ерекше гипотетикалық ортада - эфирде таралатын толқындар.

Кеңістікте қиылыса отырып, жарық шоқтарының бір - біріне неге әсер етпейтіндігін корпускулалық теория бойынша түсіндіру қиын болды. Ал толқындық теория мұны оңай түсіндірді.Физикада болған ең үлкен жаңалықтардың бірі ХХ ғасырдың бас кезіне дәл келді. Жылулық сәуле шығару (қызған дененің электромагниттік толқындар шығаруы) спектрлерінде энергияның үлестірілу заңдылықтарын түсіндіру мүмкін болды. Классикалық теория бойынша зат пен толқын шығару арасында жылулық тепе - теңдік болуы мүмкін емес. Қызған дене өзінің барлық энергиясын электромагниттік толқын шығаруға жұмсайды. Теория мен тәжірибе арасындағы осы қарама - қайшылықтан шығудың жолын іздеу барысында неміс физигі Макс Планк атомдар электромагниттік энергияны жеке үлестермен – кванттармен шығарады деп болжады. Әрбір үлестің энергиясы оны шығару жиілігіне тура пропорционал деді. Планк жасап шығарған жылулық сәуле шығару теориясы экспериментпен тамаша үйлесті. Тәжірибеден белгілі энергияның жиіліктерге қарай үлестірілуі бойынша Планк тұрақтысының мәні анықталды.Фотоэффект Фото – грек сөзінен аударғанда - жарық, эффект латын сөзінен аударғанда - әсер деген мағынаны білдіреді. Фотоэффект-сәулелердің әсерінен электрондардың сұйық және қатты дене бетінен босап шығу құбылысын сыртқы фотоэлектрлік эффект немесе фотоэффект деп атайды. Фотоэффект құбылысын тәжірибе жүзінде алғаш зерттеп, заңдылықтарын тағайындаған орыс ғалымы А.Г.Столетов. Фотоэффект құбылысын түсіндіру жолын А.Эйнштейн тапты. Ол фотоэффект құбылысын түсіндіру үшін жарықтың бөлшектік әрі кванттық қасиетіне сүйенді. Жарық екіжақтылығымен сипатталады: біріншісінде, ол толқындық жағынан танылса, екінші жолы бөлшек (корпускула), яғни Эйнштейн сөзімен айтқанда фотондар ағыны ретінде көрінеді. Бұл құбылыс жарықтың толқындық -корпускулалық дуализмі (екі жақтылығы) деп аталады.

Комптон эффектісі - шашыраған сәуле шығарудың толқын ұзындығы түскен сәуленің толқын ұзындығынан көп болған кездегі еркін немесе әлсіз байланысқан электрондағы жоғары жиілікті электромагниттік сәулеленудің серпімді шашырауы.1922 жылы А.Комптон эксперимент жүзінде рентген сәулелерін еркін электрондар арқылы шашыратқанда олардың жиіліктері екі бөлшектің (фотон мен электронның) серпімді соқтығысу заңына сәйкес өзгеретінін көрсетті.Комптон эффектісінің негізгі ерекшелігі: толқын ұзындығы өзгерісі түскен сәуленің толқын ұзындығына да, шашырататын затқа да тәуелді емес, шашырау бұрышымен ғана анықталады.1923 жылы американ физигі А. Комптон монохроматты рентген сәулелерінің жеңіл атомды (бор, парафи) заттарда шашырау құбылысын қарастырған. Комптон эффектісі дегеніміз – қысқа толқынды жарықтың заттардағы екін электрондарда серпімді шашырап, толқын ұзындығының қысқаруы. Фотонның энергиясы да, импульсі де азаяды, олай болса жиілігі де азаяды, демек толқын ұзындығы арта түседі.Рентген сәулелерінің жеңіл атомдармен соқтығысқан кезде оның толқын ұзындығының ұзаруын алғаш рет Комптон ашты.бұл Комптон эффектісі деп аталады

31Жарықтың кванттық қасиеттерін сипаттайтын құбылыстарға қандай құбылыстар жатады?Жарық энергиясын электр энергиясына айналдыру арқылы не ұтамыз?

Жарық деген не? Бұл сұраққа ғалымдар көне аманнан жауап іздеп келді. XIX ғасырға дейін жарық тез қозғалатын бөлшектер — корпускулалар ағыны ретінде қарастырылып келді. Бұл көзқарасты И. Ньютон да ұстанды. Бірақ, XIX ғасырда жарықтың толқындық қасиеттері айқын білінетін оның интерференциясы, дифракциясы және т.б. құбылыстар ашылды. Юнг пен Френель жұмыстарының нәтижесі екі бәсекелес корпускулалық және толқындық теорияның біреуі, яғни толқындық теорияның жеңіп шығуына әкелді. Бұдан соң Максвелл еңбектерінің қорытындысы жарықтың электромагниттік толқын екенін түпкілікті дәлелдеп берді.

Бірақ XIX ғасырдың аяғы мен XX ғасырдың басында ашылған құбылыстар (оларды біз осы тарауда қарастырып өттік) жарықтың фотондар ағыны ретінде таралатынын көрсетті. Сонымен, жарық деген не? Толқын ба әлде бөлшек пе деген сұрақ қайта туындады. Физик ғалымдар бірте-бірте сұрақты бұлай қоюдың өзі дұрыс емес екенін түсінді.Жарықта әрі үздіксіз электромагниттік толкындардың, әрі дискретті фотондардың бөлшектік қасиеттері бар. Абсолют қара дененің сәулеленуін және жарық қысымының флуктуацияларын зерттей отырып, жарық қасиеттерінің екіжақтылығын алғаш түсінген Эйнштейн болды. Ол осы айтылған ауытқуларды есептейтін формуланы қорытып шығарды. Бұл формула екі қосылғыштан тұрады, бірінші қосылғыш — "кванттық мүше" жарықты фотондардың ағыны ретінде сипаттаса, екінші қосылғыш — "толкындық мүше" таралатын электромагниттік толқындағы флуктуацияларды сипаттайды. Жиілік жоғары болса, "кванттық мүшенің", төменгі жиіліктерде "толқындық мүшенің" үлесі басым болады. Белгілі оптикалық құбылыстардың заңдылықтарын зерделей отырып, толқын ұзындығы азайған сайын (немесе, жиілік артқан сайын) жарықтың кванттық қасиеттері айқын біліне бастайтынына (және керісінше) көз жеткізуге болады.

Егер жарықтың таралу процесіне статистикалық тәсіл тұрғысынан қарасақ, оның толқынды қорпускулалық екіжақтылық қасиеттері түсінікті бола бастайды. Кванттық көзқарас бойынша жарық — энергия мен импульс және массаға ие фотондардың ағыны. Жарық қандай да бір оптикалық жүйе арқылы (мысалы, дифракциялық тордан) өткенде, фотондар онымен әсерлесіп, кеңістікте қайта орын алмастырып, орналасады. Соның нәтижесінде, мысалы, дифракциялың көрініс бақыланады. Экранның берілген нүктесінің Е жарықталынуы уақыт бірлігінде осы нүктеге түскен барлық фотондар энергияларының қосындысына, олай болса n0 фотондар санына пропорционал. Сонымен, Е және n0 шамалары экранның берілген нүктесіне фотондардың түсу ықтималдылығына пропорционал. Толқындық көзқарас бойынша J жарықталыну интенсивтікке, ал оның өзі амплитуданың квадратына пропорционал, яғни Е ~ А2. Осы екі көзқарасты салыстыра отырып, мынадай қорытындыға келеміз: кеңістіктің қандай да бір нүктесіндегі жарық толқыны амплитудасының квадраты осы нүктеге фотондардың келіп түсу ықтималдылығын анықтайды.

Сонымен, жарықтың корпускулалық және толқындық қасиеттері бірін-бірі жоққа шығармайды, керісінше олар бір-бірін толықтырады. Сәулеленудің корпускулалық касиеттері оның энергиясы, импульсі және массасы үзікті бөлшектер — фотондарда жинақталуымен байланысты болса, толқындық қасиеттері осы фотондардың кеңістікте орналасуының статистикалық заңдылықтарымен байланысты. Тәжірибелер толқындық қасиет тек фотондардың ағынына ғана емес, жеке фотонға да тән екенін көрсетті. Фотон дифракциялық тордан өткен соң экранның қай нүктесіне келіп түсетінін дәл анықтап айту мүмкін емес, тек әр фотонның экранның қандай да бір нүктесіне түсу ықтималдығын ғана есептеуге болады. Осы тақырыпта айтылғандардан фотондар Ньютонның корпускулаларынан мүлде өзгеше бөлшектер екенін көреміз. Ньютон корпускулалары кәдімгі классикалық бөлшектердің қасиетіне ие болса, фотондар әрі бөлшек, әрі толқындық қасиетке ие.

Кванттық оптика– жарықтың кванттық қасиеті байқалатын құбылыстарды зерттейтін оптиканың бөлімі. Оптикалық сәулеленудің түрлері. Зат құрамына кіретін электр зарядтарының тербелістері электромагниттік жарық шығарудың алғышартары болып табылады, зат жарық шығарғанда әнергиясын жоғалтады.Жарық шашырағанда және шағылғанда екінші ретті жарық толқындарының пайда болуы және заттың жарық шығару ұзақтығы жарық тербеліс периодына тең уақыт аралығында болады.Егер жарық шығару жарық тербеліс периодынан ұзағырақ уақытта болса, онда жарық шығарудың екі түрі бар: 1) жылулық жарық шығару және 2) люминесценция. Әр толқын ұзындығы үшін дене мен сәулеленудің арасындағы әнергияның үлесуі өзгермей қалатын күйді жүйенің (жарық шығарушы дененің) тепе-теңдік күйі деп айтады. Қыздыру нәтижесінде дененің жарық шығаруы – жылулық сәулеленуі деп аталады. Жылулық сәулелену - жарық шығарушы дене мен тепе-теңдік күйде болатын сәулеленудің жалғыз түрі болып табылады. Жарықтың тербеліс периодынан ұзақ уақыт бойы берілген температурада дененің жылулық сәуленуінен артық болатын тепе-теңдік емес сәулелену люминесценция деп аталады.

33. «Бөлінбейтін бөлшектің» күрделі екендігі туралы Томсон мен Резерфордтың ұсыныстары. Қай ұсыныс шындыққа жанасады?

Кез келген күрделі заттың құрамы мен қасиетін сақтайтын ең кіші бөлшегі – оның молекуласы болса, осы молекуланың өзі атомдардың байланысуынан түзіледі. «Атом» грек тілінде «бөлінбейтін» деген мағынаны білдіреді. Былайша айтқанда, атом – заттың химиялық жолмен бөлінбейтін ең ұсақ бөлшегі. Жасанды атомдарды есептемегенде, бүгінгі күні табиғатта әр түрлі 92 атом кездеседі. Бір қызығы, әлемдегі түрлі денелер мен заттардың кез-келгені осы 92 химиялық элементтің атомдарынан тұрады.

соңғы ғасырларда ғана физика, химия ғылымдарының дамуымен заттың құрамына қатысты түрлі тәжірибелік зерттеулер қолға алынды. Атап айтқанда, ХIХ ғасырдың басында (1803 ж.) Джон Дальтон атомистикалық теорияны жандандырып, белгілі химиялық элементтің атомдары бірдей қасиет көрсететінін, ал әртүрлі элементтерге әртүрлі атомдар сәйкес келетінін дәлелдеді. Ол қатты заттар мен сұйықтықтар тәрізді газдардың да ұсақ бөлшектерден тұратынын анықтады. Атомның маңызды сипаттамасы ретінде «атомдық масса» ұғымы қабылданды. Алайда атом әлі де бөлінбейтін бөлшек деп есептелді.

1897 жылы ағылшын ғалымы Дж. Томсон жүргізген тәжірибесі бірқатар электр құбылыстарын түсiндiруге мүмкiндiк берді. Атом құрылысын күрделі деп қабылдаған Дж. Томсонның бейнелеп түсіндіруінше, атом радиусы шамамен 10-10м болатын шар тәрізді. Бұл шардың бүкiл көлемi оң зарядталған, ал терiс зарядталған электрондар оның iшiнде су тамшысының iшiндегі түйiршiктер іспетті қозғалып жүредi. Ол атомнан зарядталған бөлшектер шығатынын, яғни атомның алғашқы элементар бөлшегі, «электрондарды» дәлелдеді.

Атомның құпиясына одан да тереңiрек ашқан ғалым ағылшын оқымыстысы Эрнест Резерфорд болды. Резерфордтың тәжірибесінше (1911 ж.) атомдағы оң зарядтар оның орталығына барып жиналады. «Атом ядросы» деген осы. Резерфордтың түсіндіруінше, атомының құрылысы Күн жүйесiне ұқсайды. Күн жүйесiнде планеталардың оған тартылып айналғаны сияқты, электрондар да ядроға тартылып оны айнала қозғалуда. Осы себепті Резерфорд ұсынған үлгі «планетарлық үлгі» деп аталып кетті.

Осындай ғылыми тәжірибелер нәтижесінде заттың ең ұсақ бөлшегі атом болса, атомның да электрон, протон және нейтрон деп аталатын түрлі элементар бөлшектердің жиынынан тұратыны анықталды. Протондар мен нейтрондар атомның ішкі ядросында орналасқан, ал электрондар ядроны айнала қозғалуда. Атомның электрондық қабатшалары осылай түзілуде.

34. Не себептен электрондар ядроны тастап ұшып кетпейді немесе неліктен ядроға құламайды? Осы жөнінде Бор не айтты?

Бор бойынша атомның электрон қабаттарының құрылысы.

Жарықтың кванттық теориясы негізінде Бор келесідей қорытынды жасады: атомдағы электрондар энергиясы үздіксіз өзгермейді, секіріс арқылы яғни дискретті өзгереді. Сондықтан атомдағы электрондардың кез келген энергетикалық жағдайлары емес, олардың тек бекітілген жағдайлары болады. Басқаша айтқанда, атомдағы электрондардың энергетикалық жағдайлары квантталған. Бір бекітілген жағдайдан екішісіне өту кезінде электромагниттік сәуле бөлінеді не сіңіріледі. Бор теориясының негізгі қағидаларын постулаттар (постулат – дәлелсіз қабылданатын тұжырымдар) түрінде берді:

Электрон ядроны айналу кезінде тек белгілі орбиталар бойымен қозғалады. Бұл орбиталар стационарлы деп аталады.

Стационарлы орбиталармен қозғалғанда электрон электромагниттік сәулелену бөлмейді.

Электрон бір стационар орбитадан екіншісіне ауысқанда сәулелену байқалады. Сол кезде электромагниттік сәуле бөлінеді немесе сіңіріледі, оның энергиясы атомның соңғы және бастапқы күйінің айырмасына тең.

Соңғы тұжырымдама біршама түсініктемені қажет етеді. Ядро айнала қозғалатын электрон энергиясы орбита ядросына тәуелді. Ядроға жақын орналасқан орбитада электрон энергиясы аз болады. Электронды ядродан алыс орбитаға ауыстыру үшін, электронның оң зарядталған ядромен тартылыс күшін үзу керек, бұл энергияның жұмсалуын қажет етеді. Аталған үрдісте жарық кванты сіңіріледі. Осыған сәйкес айтылған жағдайда атом энергиясы артады да, қозған күйге ауысады. Электронның кері бағытқа ауысуы (алыс орбитадан жақын орбитаға) атом энергиясының азаюына әкеледі, энергия электромагниттік сәуле кванты түрінде бөлінеді. Электронның ауысу энергиясы келесі теңдеумен өрнектеледі: Е = Еб – Ес , мұндағы Еб – бастапқы (ядродан алыс орналасқан) орбитадағы электрон энергиясы, Ес – соңғы (ядроға жақын орналасқан) орбитадағы электрон энергиясы.