47.Жарықтың жұтылуы, жарықтың шашырауы

Жарық бір ортадан өткенде оның интенсивтігі кемиді, өйткені жарық толқындары электр өрісі ықпалынан заттың атомдарының құрамындағы электрондар еріксіз тербеледі, олардың тербелуін сүйемелдеу үшін жарық толқыны энергиясы жұмсалады. Ол энергия кейін энергияның басқа түрлеріне айналады. Зат атомдарының бір-бірімен соғылысу нәтижесінде электрондардың тербеліс энергиясының едәуір үлесі молекулалық тәртіпсіз қозғалыс энергиясына айналады. Соның нәтижесінде дене қызады. Сөйтіп біраз жарық энергиясы жұтылады. Осылай жарық толқыны энергиясының сол толқынның енуіне байланысты кемуі жарықтың жұтылуы деп аталады.Жарық интенсивтігінің кему дәрежесі жарық өткен заттың табиғатына және қалыңдығына байланысты. Егер біртекті заттың бетіне түскен монохромат жарық шоғының интенсивтігі болса, оның сол заттан өткеннен кейінгі интенсивтігі өрнегін (7.29) өрнегімен салыстырып,жұтылу коэффициенті менпараметрі арасындағы байланысты анықтаймыз:

.Сыну көрсеткішіне ұқсас, жұтылу коэффициенті де толқын ұзындығына тәуелді, яғни жұтылу іріктелген сипатта болады. Мұнымен жұтушы орталардың түрлі түске боялып көрінуі түсіндіріледі. Мысалы, қызыл және сары сәулелер нашар жұтатын, ал жасыл, көк және күлгін сәулелерді күшті жұтатын шыны, ақ жарықта қарағанда қызыл түсті болып көрінеді. Егер осындай шыныға жасыл, көк немесе күлгін жарық бағытталса, онда берілген толқын ұзындығы бар жарықты күшті жұтатындықтан шыны «қараң болып көрінеді. Көрінетін жарық аралығындағы барлық толқын ұзындықты жұтпайтын орта абсолют мөлдір орта деп аталады.

Жұтылу спектрі заттың агрегаттық күйінің өзгерісін өте сезгіш болатындықтан (біратомды газдың спектрі айқын жұтылу сызықтарынан тұрады, көп атомды молекула спектрі – жеке жолақтардан тұрады; газдың қысымы артқанда жұтылу спектріне жақындайды), абсорбциялық спектроскопия әдісі молекула аралық әсерлесуді зерттеу үшін де қолданылады.Жарықтың шашырауы

Көптеген тәжірибелік деректер бойынша жарық оптикалық біртекті ортада түзу сызықты таралады. Гюйгенстің, Ферманың және т.б.. принциптерінен де дәл осындай қорытынды жасалады. Егер ортада оптикалық біртекті еместіктер пайда болса, онда бұлар жарықтың шашырауын туғызады.

Оптикалық біртекті еместіктер әртүрлі себептерден пайда болуы мүмкін. Мысалы, газдағы бөгде заттың қатты бөлшектері (түтін), ауадағы сұйықтың (судың) тамшылары (тұман), сұйықтағы бөгде қатты заттың бөлшектері (суспензия) және т.б. орталарды оптикалық біртекті емес етеді. Осындай оптикалық біртекті емес орталарды бұлдыр (лай) орталар (мутные среды) деп атау қабылданған.Тәжірибеге қарағанда жарық бөгде қоспалары жоқ мөлдір біртекті (таза) орталар арқылы таралған жағдайда да шашырайды екен. Осындай шашырау – біртекті (таза) орталардағы шашырау – жарықтың молекулалық шашырауы деп аталады.Жарықтың шашырау құбылысына бұдан кейінгі зерттеулер нәтижесінде пайда болу механизмі бойынша және барлық басқа белгілері бойынша жарықтың бұлдыр орталардағы және жарықтың молекулалық шашырауынан өзгеше шашыраудың болатындығы анықталды. Бұл – жарықтың комбинациялық шашырауы.

Шашырау сипаты ең алдымен толқын ұзындығы мен бөлшектер мөлшерінің ара қатысына тәуелді болады. Егер бөлшектің сызықтық мөлшерлері толқын ұзындығына қарағанда шамамен кіші болса, онда шашырау осы шашырау түрін зерттеген Д.У. Рэлейдің (1842-1919) құрметінерэлейше шашырау деп аталады.

Мөлшерлері толқын ұзындығымен шамалас () бөлшектер үшін, осы біртекті еместіктерден жарықтың дифракциясы нәтижесінде пайда болатын шашырау негізгі болады (дифракциялық шашырау). Өте кіші бөлшектерден () шашыраудырэлейше шашырау деп атайды, өйткені шашыраудың осы түрінің теориясын алғаш Рэлей құрған болатын.

28-48.Фотоэффект құбылысы

Жарықтың корпускулалық қасиеттері білінетін құбылыстар қатарына ең алдымен жарық әсер еткенде заттан электронның бөлініп шығу құбылысы - фотоэффект жатады.Бұл құбылысты 1887 ж. Г.Герц (1857-1898) алғаш ашқан. Ол кернеу берілген екі электродтың (ұшқындық разряд аралығы) теріс электродын (катод) ультракүлгін сәулелермен жарықтандырғанда бұлардың аралығынан ұшқынның өтуі жеңілдейтіндігін, яғни ұшқындық разряд жарықтандырылмаған кездегіден төменірек кернеу жағдайында өтетіндігін байқаған. Құбылыстың өзі сыртқы фотоэффект деп аталды.Сыртқы фотоэффект құбылысының сандық сипаттамаларын тереңірек зерттеу үшін пайдаланылатын эксперименттік қондырғы схемасы кескінделген. Ауасы шығарылған шыны түтік ішіне К катод және А анод орнатылған. Бұлардың арасына R потенциометрімен реттелетін потенциалдар айырымы (кернеу) беріледі, ол V вольтметрімен өлшенді. Біріне-бірі қарама-қарсы қосылған Б₁ және Б₂ екі аккумулятор батареясы потенциометр жәрдемімен U кернеуінің шамасы мен таңбасын өзгертуге мүмкіндік береді. Катод пен анод арасында өтетін ток күші G г.альванометрмен өлшенеді. Түтік бүйіріндегі Т терезеден (кварц) катодқа жарық түсіруге болады.Егер катод жарықтандырылмаған болса, онда катод пен анод арасында ток болмайды. Жарықтандырылған кезде электр тоғы байқалады, ол фототок деп аталады. Фототок күші потенциалдар айырымына, жарық интенсивтігіне, катод материалына және жарық жиілігіне тәуелді болады. Ленард жарық әсерінен босайтын электрондардың энергиясы жарық жиілігіне пропорционал болатындығын, ал жарық интенсивтігіне тәуелді болмайтынын көрсетіп берді.

1.6-сурет

Ленардтың тәжірибелерінде пайдаланылған қондырғының схемасы 9.10-суретте келтірілген. Катодты жарықтандырғанда тізбекте электр тогы пайда болады (фототок). Фототок күшінің электродтарға беріл-ген U потенциалдар айыры-мына тәуелділігін өлшеу арқылы Ленард 9.11-суретте көрсетілгендей тәуелділік алған әрбір осындай тәуел-ділік жарықтың тұрақты ин-тенсивтігі (І=const) жағдайында және белгілі =const жиілік үшін алынады.

U₀ бөгеуші потенциал қосылған жағдайда (9.11сурет) катод бетінен _max максимал жылдамдықпен ұшып шығатын электрондар осы жылдамдығын толығынан жоғалтады. Энергияның сақталу заңына сәйкес

, (9.56)

мұндағы m_e - электрон массасы, q - оның заряды.

9.14-суретте (І) жарық интенсивтігі және U потенциалдар айырымы тұрақты болған жағдайда (І=сonst, U=const) і фототок күшінің катодқа түсетін  жарық жиілігіне тәуелділігі келтірілген.  жиілігі  _m-ден кіші болған жағдайда ( _m-ден) фототок болмайды.

9.11-9.14-суреттерде і(U), U₀(), і(), і₀(І) тәуелділіктері түрінде өрнектелген эксперименттік заңдылықтарды сыртқы фотоэффект заңдары түрінде тұжырымдауға болады.

1. Жарық жиілігі тұрақты болғанда (=const) катод бетінен уақыт бірлігінде жұлынып шығарылатын электрон саны жарық интенсивтігіне тура пропорционал болады.

2. Фотоэффекті катодтың берілген затына тән және фотоэффектің қызыл шекарасы деп аталатын қайсыбір ₀ жиіліктен  жиілігі төмен емес жарық қана тудыруы мүмкін (жарық интенсивтігіне және катодты жарықтандыру уақытына тәуелсіз). Егер ₀ немесе ₀ болса, онда фотоэффект байқалады (9.12-сурет).

3. Катод бетінен 0-ден бастап -ға дейінгі энергиялары бар электрондар бөлініп шығады; осы максимум энергия жарық жиілігі артқанда сызықты түрде артады, ал жарық интенсивтігіне тәуелді болмайды (9.12-сурет).

Эйнштейн теңдеуі. Фотоэффекті түсіндіру үшін Эйнштейн мынадай ұйғарым жасады (1905 ж): жарық толқынының энергия ағыны үздіксіз емес, ол квант немесе фотон деп аталатын энергияның дискреттік үлестерінің ағыны болып табылады.Жиілігі  жарыққа сәйкес келетін фотон энергиясы (9.34) болады, мұндағы =1,0510^-34Джс. Энергияның сақталу заңы орындалады, оны мына түрде жазуға болады , (9.57)мұндағы - электронның металл көлемінде ұстап тұратын күшті жеңіп және көлем аумағынан шыққан кездегі ең үлкен кинетикалық энергиясы; А - шығу жұмысы (электронды металл көлемінде ұстап тұратын күштерді жеңу үшін электронның атқарған жұмысы). (9.57) қатысы фотоэффект үшін Эйнштейн теңдеуі деп аталады.