Landsberg-1985-T3

помощи чувствительных термометров, например термоэле­

ментов (см. т. II, § 83). Частичное превращение энергин

электромагнитных волн во внутреннюю энергию происходит

всякий раз, когда эти волны падают на какое-либо вещество

и более или менее сильно поглощаются ИМ. Опыт обнаружил,

что некоторые черные вещества, например сажа, практи­

чески n о л н о с т ь ю поглощают энергию, приносимую

световыми волнами раз л и ч н о й длины. Именно поэто­

му Они и представляются ч е р н ы м Н, т. е. не отражаю­

щими свет.

Покрыв налетом сажи чувствительную часть термоэле­

мента, можно, передвигая его по спектру, изучать элект­

ромагнитные волны в широком интервале длин волн. На

рис. 297 изображено расположение элементов оптической

~~'"

~g 5"

'?l~

!t'"

~

Рис. 297. Схема опыта по исследованию распределения энергии в спект­

ре: 1, 2, 3, 4 - части спектрального аппарата, дающего спектр источ­ ннка в плоскости 5, б - термоэлемент, могущий перемещаться вдоль спектра, 7 - гальванометр, Ф - фиолетовая граница спектра, Кр-

красная граница спектра

системы, пригодное для указанной цели. Измерив нагрева­

ние термоэлемента, можно вычислить энергию, приходя­

щуюся на соответствующую область спектра, т. е. судить о распределении энергии по спектру. Такие энергетические

измерения дают результаты, отличные от заключений, кото­

рые делает глаз. Действительно, человеку, воспринимаю­

щему свет глазом, желтая или зеленая часть спектра света

дугового фонаря кажется гораздо ярче, чем красная, тогда

как термоэлемент обнаруживает в красной части большее нагревание. Причина лежит в особенностях глаза, чувстви-

374

тельностЬ которого к разным цветам различна (см. § 68) и

который поэтому не дает праВIIЛЬНЫХ показаний относитель­

но распределения энергии по епектру. Термоэлемент же -

вполне «беспристрастный» прибор, ибо для всех длин волн он дает возможность судить о внутренней энергии, в кото­

рую переходит энергия света при поглощении.

§ 150. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Про­

водя наблюдения за распределением энергии в спектре, мы

обнаружи:'>л, что показания тер:.юэле\lента не обращаются в

нуль, !согда он передвигается 13 ту область, где глаз ничего

не ВИДИТ, т. е. когда он ПО;'lJещен за к р а с 1[ о Й или фи 0-

л е т о в о й границюш спектра (со!. рис. 297). Показа­

ния теРЧОЭ~1бlента ~!еняются пр [l переходе в ЭТИ невидимые

област!! спектра постепенно. Пр!l ЭТО\1 ;ця I.IНОГИХ источ­

ников (напрю!ер, дугового фонаря) показания термоэле­

мента при продвижении в область, расположенную за крас­

ной границей спектра, вначале даже увеличиваются, H~

смотря на то, что глаз в этом месте не обнаруживает ника­

кого света. При пеРбlещении в еще БО,1ее длинноволновую

часть спектра показания теРЫОЭ,1б\ента начинают убывать.

Волны, имеющие большую длину, Чбr красные, принято

называть инфракрасными. Они были открыты английским астрономом и физиком Джаном Гершелем (1792-1871) в 1830 г. при исследовании распределения энергии в спект­

ре с помощью очень чувствительного термометра. Волны,

длины которых меньше фиолетовых, называют ультрафио­ летовыми *). Так как энергия, приходящаяся на фиолето­ вую и ультрафиолетовую части спектра обычных источни­ ков, невелика, то исследование этой области спектра при

помощи термоэлемента довольно затруднительно, хотя для

точных определений энергии всегда пользуются этим при­

емом.

Обнаружить ультрафиолетовые волны гораздо проще

по их действию на фотографическую пластинку или бу­ магу. Направив свет от фонаря, разложенный на спект­

ральные составляющие, на полоску фотографической бу­

маги **), мы обнаружим, что бумага быстро темнеет в тех местах, где располагаются синие и особенно фltOлетовые

волны, оставаясь белой под действием зеленой, желтой и

*) ИнфракрасГiЫ,!j UЗЛУ'lf!Гiuеi,( назывзется излучение, частота ко­

торого меньше частоты видимого света; частота ультрафиолетового из­

лучения выше частоты видимого излучения.

**) Для опыта надо взять, конечно, так называемую дневную бу­ магу, темнеющую на свету без всякой обработки (ПРОЯБления).

37S

красной частей спектра. Еще более сильное почернение обнаруживается за фиолетовой областью. Подобными опы­ rами с AgC1 в 1801 г. были обнаружены ультрафиолетовые

волны *) английским физиком Вильямом Волластоном (1766-1828). Удобный метод обнаружения ультрафиолето­

вых волн основывается на явлении флюоресценции и фосфо­

ресценции (см. § 189).

§ 151. Открытие рентrеновских лучей. Ренгеновские .rrучи

были открыты в 1895 г. Способ их получения с особой на­

глядностью обнаруживает их электромагнитную природу.

Немецкий физик Рентген (1845-1923) обнаружил этот

8ИД излучения случайно, при исследовании катодных лучей

2

/( (J1;/COkONY

НГlПРЯЖ~НlIЮ

Рис. 298. К открытию лучей Рентгена. Газоразрядная трубка 1 для опытов с катодными лучами 2 прикрыта черным картонным чехлом 3; на фосфоресцирующем экране 4 наблюдается свечение

(см. т. II, § 102). Наблюдение Рентгена состояло в следую­ щем. Трубка для получения катодных лучей имела вид, по­ добный изображенному на рис. 298. При пропускании раз­ ряда через такую трубку Рентген наблюдал явление, которое он описывает следующим образом: «Кусок бумаги, покрытый

платиносинеродистым барием **), при приближении к труб­

ке, закрытой достаточно плотно прилегающим к ней чехлом из черного картона, при каждом разряде через трубку вспы­

хивает ярким светом: начинает фосфоресцировать. ПО поводу

этого явления проще всего предположить, что черный кар­

тон, непрозрачный ни для видимых и ультрафиолетовых

лучей Солнца, ни для лучей электрической дуги, пронизы­

вается каким-то агентом, вызывающим интенсивную фосфО-

*) В этих опытах применялась, конечно, не фотографическая бу­

мага, тогда еще неизвестная, а раствор хлористого серебра, также тем­ неющий под действием света.

Это свечение носит название фосфоресценции.

27.0<

ресценцию... » Рентген в ряде опытов установил, что этот

«areHT», который он назвал «Х-лучами» *), проходит И через другие тела, непрозрачные для обычного света: бумагу, де­ рево, эбонит, человеческое тело, слои металла. Рентген вы­

фосфоресценцию, были найдены и другие их свойства.

Рентгеновские лучи способны вызывать х и м и ч е с к и е

Рис. 300. Рентгенограмма кошелька с несколькими металлическими

предметами: стекла пенсне сделаны из стекла, содержащего свинец, и

поэтому непрозрачны для рентгеновских лучей

*) Название «Х-лучи» (икс-лучи), т. е. неизвестные лучи, Рентген употреблял до самой смерти. Другие же ученые присвоили этим лучам имя Рентгена.

3'17

динения, сильно задерживают рентгеновские лучи (рис. 300),

тогда как обычное стекло (с солями натрия) хорошо про­

зрачно как для видимых, так и для рентгеновских лучей.

§ 153. Устройство рентгеновской трубки. Открыв «Х-лучи»,

Рентген тщательными опытами выяснил условия их образо­

вания. Он установил, что эти лучи возникают в том месте

трубки, где летящие электроны, составляющие катодный пучок, задерживаются, ударяясь о стенку трубки. Исходя

из этого обстоятельства, Рентген сконструировал и построил специальную трубку, удобную для получения рентгеновских лучей. В своих существенных чертах КОНструкция трубки

Рентгена сохранилась и до нашего времени.

На рис. 302 изображена современная рентгеновская трубка. Катодом служит толстая накаливаемая вольфрамо­

рентгеновскую трубку откачивают до высокого вакуума.

Анод обычно ОХ.ТJаждают водой.

Действуя на газы, рентгеновские лучи способны вызвать

их ионизацию (см. т. II, § 92). Так, поместив около рентге­

новской труБЮI заряженный электроскоп, мы обнаружим,

"--"~,

Рис. ЗОЗ. Ионизующее действие рентгеновских лучей: 1 - рентге­

новская трубка, 2 - электроскоп. Опыт удается как с по.~ожительно,

так и отрицательно заряженным электроскопом. Под действием рентгеновСКИХ лучей в воздухе создаются ионы обоих знаков

что он бьiCТРО разряжается, если трубка приведена в дей­

ствие (рис. 303). Причина потери заряда электроскопом

379

состоит в том, что окружающий воздух ионизуется дейст­ вием рентгеновских лучей и становится проводником. Ио­

низующее действие рентгеновских лучей также использу­

ется для их обнаружения и регистрации.

§ '54. Происхождение и природа рентгеновских ,~учеii. Способ получения

рентгеновских лучей ясно указывает, что образование их связано с

о с т а н о в к о й (или т о р м о ж е н и е м) быстро летящих электро­

нов. Летящий электрон окружен электрическим и магнитным полями, ибо движущийся электрон представляет собоЙ ток. Остановка (тормо­ жение) электрона означает изменение магнитного поля вокруг него, а

изменение магнитного или электрического поля вызывает (см. § 54) и з­ л у ч е н и е э л е к т р о м а г н и т н ы х в о л н. Эти электромагнит­

ные волны и наблюдаются в виде р е н т г е н о в с к и х л у чей.

Такое представление о рентгеновских лучах имеЛ уже Рентген (хотя более настойчиво его отстаивали другие исследователи). Для установ­

ления ВОЛНОВой природы рентгеновских лучей необходимо было произ­

вести опыты по их интерференции или дифракции. Однако осуществле­

ние таких опытов оказалось очень трудной задачей, и решение вопроса

было полу'!ено лишь в 1912 г., когда немецкий физик Макс Лауэ ([8791960) в качестве дифракuионной решетки предложил использовать есте­ ственный кристалл, в котором атомы расположены в правlIЛЬНОМ порядке на расстоянии порядка 10-10 м друг от друга (см. т. 1, § 266).

5

Рис. З04. Схема расположения в первых опытах по наблюдению ди­ фракuии рентгеновских лучей: 1 - рентгеновская трубка, 2, 3 - свин­

цовые диафрагмы, выделяющие узкий пучок рентгеновских лучей,

4 - кристалл, в котором происходит дифракция, 5 - фотопластинка

Опыт, выполненный В. Фридрихом, П. к'ниппингом и Лауэ, был

осуществлен следующим образом. Узкий пучок рентгеновских лучей.

выделенный при помощи свинцовых диафрагм 2, 3 (рис. З04), падал на кристалл 4. На фотографической пластинке 5 получалось изображение следа пучка. При отсутствии кристаJма изображеиие на пластинке пред­ ставляло собой т е м н о е п я т н о - след пучка, пропущенного диаф­ рагмами. Когда же на пути пучка Помещался криста.'1Л. то на пластин­ ке яолучалась сложная картина (рис. З05). представляющая собой ре­ зультат Д и фра к Ц и и р е и т r е н о в с к и х л у q е й на кристалли­

ческой решетке. Полученная картина не только дала прямое доказа-

380

тельСТВО волновой природы рентгеновских лучей, но и позволила сделать

важные заключения о строении кристаллов, которым определяется вид

наблюдаемой дифракционной картины. В настоящее время применение рентгеновских лучей для изучения структуры кристаллов и других тел приобрело огромное практическое и научное значение.

Дальнейшие усовершенствования позволили при помощи тщатель,

ных опытов определять и Д л и н ы в о л н р е н т г е н о в с к и х л у.

чей *). Излучение обычной рентгеновской трубки оказалось, подобно

бе.10МУ свету, содержащим волны раз­

личной длины со средним значением от сотых до десятых до.lеЙ нанометра В за­

висимости от напряжения между като­

дом И анодом трубки. Впоследствии

былИ получены рентгеновские водны с

длиной несколько десятков наномет­ ров, т. е. более длинные, чем кратчаЙ·

шие из известных удьтрафИО,lетовых

волн. Уда.l0СЬ также получить и наб­ людать очень короткие волны (длина

которых - тысячные и десятитысячные

доли нанометра).

фиолетовыми волнами элеКТр'омагнитные волны, длина ко­

торых меньше 400 им (4000 А), а инфР,акрасиыми - волны с длиной, превышающей 760 нм (7600 А). Совершенно ясно,

что границы эти довольно произвольны, И нет никакого

резкого изменения в сВойствах при переходе от крайних

фиолетовых волн к ультрафиолетовыч или от крайних крас·

ных к инфракрасным. Поэтому указания, г Д е н а ч и н а­

ю т с я ультрафиолетовые или инфракрасные волны, имеют

лишь условный характер. Так же условно и указание, г Д е к о н чаю т с я ультрафиолетовые и инфракрасные обла·

сти спектра.

При исслеДО13аниях этих областей серьеЗНЫ:V1 затрудне­

нием является то обстоятельство, что большинство матери­

алов, прозрачных для видимого света, сильно поглощает

*) Использование дифракции рентгеновских лучей на обычных дифракционных решетках (см. § 138) для точного определения длины

волны было предложено знаЧИтельно позже.

*"') Способность излучения проникать через вещество называется

жесткосtnbЮ этого излучения.

381

В § 65 были рассмотрены разнообразные проявления света, показывающие, что свет несет с собой энергию, и были

указаны методы ее регистрации. Естественно встает вопрос, с какой скоростью распространяется световая энергия.

Попытки ответить на этот вопрос предпринимались уже давно. Так, еще Г. Галилей (1607 г.) пытался определить

скорость распространения света с помощью следующего

простого опыта. Представим себе двух наблюдателей А и В

(рис. З06) , находящихся на расстоянии l друг от друга и снабженных одинаковыми хорошо выверенными часами. Если наблюдатель А в некоторый момент пошлет световой сигнал (например, быстро откроет заслонку фонаря), а на­

блюдатель В отметит по своим часам тот момент, когда он увидит этот сигнал, то можно будет определить время Т,

за которое свет прошел данный путь [, и, следовательно,

определить скорость света с = [/т.

Опыт можно значительно усовершенствовать и упро­

стить, если вместо второго наблюдателя поместить зеркало.

Наблюдатель, открывающий фонарь, отметит также и

момент, когда световой сигнал, отразившийся от зеркала,

вернется к нему, т. е. пройдет путь 21. Таким образом уда­ лось бы определить скорость света, располагая лишь одними часами. Однако опыт Галилея как в первом, так и во втором вариантах не дал определенных результатов. Естественно,

что регистрация момента выхода и прихода сигнала дела­

ется с некоторыми ошибками. Скорость же света оказалась настолько большой, что время прохождения светом срав­ нительно небольших расстояний, на которые можно было

отдалить пункты А и В, было значительно меньше указан­

ных ошибок. Поэтому принципиально правильный опыт не

дал удовлетворительного результата.

Для улучшения дела надо было или весьма значитель­ но увеличить расстояние 1, или очень сильно повысить

ЭВ3