Fizika2_kaz_isk

Жылулық сәуле шығару. Жылулық сәуле шығарудың классикалық ж/е кванттық теориясы.

Дененің сәуле шығару ж/е жұту қабілеті. Абсолютті қара дене. Кирхгоф заңы. Стефан-Больцман ж/е Вин заңы. Рэлей-Джинс заңы. Жылулық сәуле шығарудың кванттық заңы. Планк формуласы. Оптикалық пирометрия.

Заттың ішкі энергиясы есебінен болатын сәуле шығару жылулық сәуле шығару деп аталады.

Абсолютті қара дене деп өзіне түскен жарықты бағытына, спектральдық құрамына тәуелсіз толығымен жұтатын денені айтады.

Кирхгоф, дененің сәуле шығару қабілеті мен жұту қабілеті арасындағы сандық байланысты анықтайтын заңды тағайындады.

Сәуле шығару қабілетінің жұту қабілетіне қатынасы заттың табиғатына тәуелсіз барлық зат үшін универсал температура мен жиіліктің функциясы болады.

f ( ,T) шамасы Кирхгоф функциясы деп аталады.

Стефан-Больцман заңы, абсолют қара дененің энергетикалық жарқырауы оның абсолют температурасының төртінші дәрежесіне тура пропорционал деп тұжырымдалады.

= 5,67 10-8 Вт м-2 К-4 – Стефан – Больцман тұрақтысы.

Температура артқанда абсолют қара дененің сәуле шығаруы Вин заңына сәйкес қысқа толқын облысына ығысады.

b= 2,9 10-3 м К – Вин тұрақтысы.

Электродинамика заңдары мен классикалық статистикалық физиканың тепе-теңдіктегі жүйенің еркіндік дәрежесі бойынша энергияның біркелкі таралу заңы негізінде Рэлей ж/е Джинс абсолют қара дененің сәуле шығаруын түсіндіруге тырысты.

k – Больцман тұрақтысы. Рэлей-Джинс формуласы эксперимент нәтижесіне ұзын толқынды аймақта ғана сәйкес келеді. Ултракүлгін облыста абсолют қара дененің сәуле шығаруы шексіздікке ұмтылады.

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

61

Планк сол кездегі классикалық физика заңдарына сүйенбей, жаңадан кванттық гипотеза негізінде абсолют қара дененің сәуле шығару теориясын жасады.

Гипотеза бойынша тербелуші осциллятор энергиясы кез келген мәнге емес, элементар бөлікке еселі – дискретті мәнді ғана ала алады. Абсолют қара дененің сәуле шығаруының Планк формуласы:

Планк формуласы эксперимент нәтижесімен толық сәйкес келді.

21-22-лекция

Фотоэффект.

Столетов тәжірибесі. Эйнштейн теңдеуі. Ішкі фотоэффект. Фотогальваникалық эффект. Фотоэффект негізінде жұмыс істейтін құралдар.

Түскен жарықтың әсерінен зат бетінен электрондардың (вакуумге) ұшып шығу құбылысын сыртқы фотоэффект (фотоэлектрондық эмиссия) деп аталады. Сыртқы фотоэффект заңдары Столетов эксперименті негізінде тағайындалған.

1.Тұрақты спектральдық құрамдағы жарықтағы фототок күші катодқа түскен жарық ағынына тура пропорционал.

2.Ұшып шыққан электрондардың бастапқы кинетикалық энергиясы түскен жарық жиілігіне тәуелді артады ж/е оның интенсивтілігіне тәуелсіз болады.

3.Түскен жарықтың жиілігі белгілі шекаралық жиіліктен мин төмен болса, онда фотоэффект болмайды.

Фотоэффект құбылысы Эйнштейн теңдеуімен түсіндіріледі.

А – металдан электрондардың шығу жұмысы, v – фотоэлектрондардың жылдамдығы.

Ішкі фотоэффект (фотоөткізгіштік) деп – жарық әсерінен жартылай өткізгіштер мен диэлектриктердің өткізгіштік зонасында электрондардың пайда болу құбылысын айтады.

Екі жартылай өткізгіштің контактысын жарықпен сәулелендіргенде э.қ.к.

пайда болу құбылысын фотогальваникалық (вентильді фотоэффект)

эффект деп атайды.

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

62

жарық жылдамдығын өлшеудің дәлірек әдісін көрсеткен. Оның тәжірибесінде с = 299796 4 км/с.

Жарық көзінің қозғалысы одан таралған жарық жиілігіне әсер етеді. Осы құбылысты алғаш рет Допплер ашқан. Жарық көзі мен бақылаушы аралығы жақындағанда қабыланатын тербелістер жиілігі артады, олар бір-бірінен қашықтағанда қабылданатын тербелістер жиілігі кемиді. Доплер эффектісінің қорытынды теңдеуі былай жазылады:

c

Еріксіз сәуле шығару. Оптикалық кванттық генераторлар.

Спонтанды ж/е еріксіз сәуле шығару. Лазердің жұмыс істеу принципі. Гелий-неонды ж/е рубинді лазер. Лазер сәулесінінің негізгі қасиеттері. Лазер сәулесін ғылым мен техникада пайдалану.

Лазерлер еріксіз сәуле шығару құбылысы негізінде жұмыс істейтін когерентті жарық көзі болып табылады. Лазер сәулесін алу үшін жоғары деңгейдегі атомдар саны төменгі деңгейдегіден көп болу керек. Лазерлердің инверсиялық күйге көшуі үш деңгейлік схема бойынша жүзеге асырылады. Арнайы жолмен қоздырылған электрондар төменгі деңгейден ең жоғарғы деңгейге өтеді. Ортадағы деңгей метастабильдік болып табылады. Ол деңгейге жоғары деңгейден өту тиым салынған. Инверсиялық орналасу нәтижесінде жоғары деңгейдегі электрондар толады да қоздыру одан әрі жалғасатындықтан электрондар еріксіз ортадағы метастабильді күйге өтеді. Бұл деңгейден атомдар сәуле шығару арқылы төменгі күйге көшеді. Лазер сәулесінің интенсивтілігі жоғары болу үшін қоздыру активті ортада жүргізіледі. Лазер сәулесі айнаның көмегімен активті ортадан бірнеше өту нәтижесінде жоғары интенсивтілікке ие болады. Жоғары интенсивтілікке жеткен лазер сәулесі жартылай мөлдір айналық беттен шығарылады.

Лазер сәулесінің басты ерекшеліктері: оның когеренттілігі, монохроматтылығы, бағыттылығы және интенсивтілігінің өте жоғары болуы. Лазер сәулесінің когеренттілік ұзындығы 1000 м-ден артық болады.

Осы қасиеттеріне байланысты қазіргі кезде лазер сәулелері ғылым мен техникада, медицинада өте кең қолданыс тапқан.

23-24-лекция Заттың құрлысы туралы атомдық теория.

Заттың құрылысы жөніндегі мәселе көптен талқыға түсіп келе жатқан мәселелердің бірі. Бұл жөнінде әр замандағы оқымыстылырдың көзқарастары

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

64

түрліше болған. Мысалы, біздің дәуірімізден бұрын 460370 жылдыры өмір сүрген Демокрит дейтін ескі грек философы: барлық зат ұсақ бөлшектерден құралады деген. Заттың сондай ұсақ бөлшектерін атом деп атаған. Демокриттің пікірінше - әр заттың атомы әр түрлі болады; зат қанша түрлі болса, атом да сонша түрлі; атом одан әрі ұсақтап бөлуге келмейді. Ал, бұдан 2000 жылдай бұрын Лукреций деген данышпан Демокриттің бұл пікірін жақтап келіп, өзінің “Заттардың жаратылысы туралы” деген трактатында: ауа, су, топырақ, жалпы айтқанда, барлық өлі және тірі табиғат өте ұсақ бөлшектерден құралған, олар жеке-жеке алып қарағанда көзге көрінбейді, олар тынымсыз қозғалып жүреді,- дейді. Заттың құрылысы жайындағы Демокриттен таралған осы пікір атомдық теорияның алғашқы нысаны дуге болады.

Бірақ, сол заманның өзінде-ақ бұл теорияға қарсы шығушылар да болды; олардың пікірінше: заттың ұсақ бөлшектерден құрлғанын дәлеледеуге болмайды, ол мүмкін де емес. Олардың айтуынша, мысалы бір стақан су алып, оны бірнеше тамшыға бөліп, бір тамшы суды шексіз өте ұсақтап бөлсек, бәрі бір, сонда, ақырғы ең кішкентай бөлшек – о да су болады. Оның стакандағы судан айырмашылығы болмайды; ал атомдық теория бойынша заттың ең кішкентай бөлшегі атом болады; оның қасиеттері әлгі заттың қасиеттерінен өзгеше болмақ.

Бұл айтылған екі теорияның арасы тым алшақ жатыр. Атомдық теорияға қарсы шығушылардың пікірінше заттың құрлысын оқып зерттеудің тіпті қажеті жоқ, одан ешқандай жаңа нәтиже шықпақ емес; шынында бұл пікір дұрыс болмай отыр. Физика және химия ғылымдары өсіпжетіле келіп, атомдық теорияның дұрыс екенін дәлелдеп отыр.

Біз жоғарыда заттың құрылысы жөніндегі Демокриттің пікірін айттық. Демокриттің айтуы бойынша, барлық зат атомнан құралған, әр заттың атомы түрліше болады. Бұл пікірді Демокрит тек ойша болжап айтқан, тәжірибе жасап дәлелдей алмаған. Ал, осы замандағы ғылымның табыстарына қарағанда, Демокрит пікірінің тек жалпы бағыты ғана дұрыс болып отыр.

Біздің дәуіріміздің ХУШ - ғасырынан бастап заттың құрлысын зерттеу жайында толып жатқан тәжірибелер істелді. Оқымыстылар күрделі затты ұсақ жабайы заттарға жіктеу және олардан күрделі зат құруға болатынын іс жүзінде дәлелдеді. Мысалы, көзге көрінбейтін сутегі деп аталатын газдан 2 грамм және оттегі деп аталатын газдан 16 грамм алып, оларды химия әдісімен қосқанда 18 грам су пайда болады; ал, 18 грамм суды жіктегенде 2 грамм сутегі және 16 грамм оттегі газдары бөлініп шығады. Осы сияқты өзгеріске ұшыраған заттардың жалпы мөлшері кемімейді де, артпайды да, бұрынғы мөлшерінде қалады. Бұл жаратылыстың негізгі заңдарының бірі. Осы заңды ең алғаш ашқан орыстың ұлы ғалымы М.В.Ломоносов. Заттың құрлысын тереңірек зерттей келгенде қандай зат болса да белгілі химиялық қасиеттері бар ұсақ бөлшектерден құралатыны анықталды. Заттың ондай бөлшегі молекула деп аталады. Бір заттың барлық молекулалары бірдей;

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

65

әртүрлі заттың, мысалы, судың, ауаның, күмістің молекулалары түрліше болады. Олардың химиялық қасиетері, массасы, үлкендігі бірдей болмайды.

Заттың құрлысын тереңірек зерттей келгенде молекуланың өзі де күрделі болып шықты, оны бірнеше бөлшектерге жіктеуге болады екен. Молекуланы құраушы ондай бөлшектердің химиялық қасиетері молекуланың өзінің химиялық қасиеттеріне ұқсамайтыны анықталды. Молекуланы құраушы сондай ұсақ бөлшектер атом деп аталады. Сөйтіп, молекула атомнан құралатын болып шықты.

Молекуласы әртүрлі атомнан құралған заттар күрделі заттар деп аталады. Ондай заттарды химиялық жолмен жіктеуге болады. Осылайша зерттей келгенде жіктеуге келмейтін заттар да болатыны анықталды. Ондай заттар жабайы заттар деп аталады. Мұндай заттардың молекуласы бір атомнан, немесе, бір текті бірнеше атомнан құралады. Біртүрлі атомдар өзара бірігіп химиялық элемент түзеді. Химиялық элементтерді түзуші атомдардың саны онша көп емес, қазір біз білетін 104 атом бар екені мәлім. Олар: сутегі, көміртегі, азот, оттегі, темір, сынап, радий және тағы басқалар. Әрбір химиялық элемент атомдары латын әрпімен таңбаланады, мысалы: Сутегі – Н, оттегі – О, көміртегі – С, азот – N әрпімен (Менделеев таблицасы бойынша) т.б. Барлық заттың молекулалары осы атомдардан құралған. Мысалы, судың молекуласы сутегінің екі атомы мен оттегінің бір атомынан құралады; көмір қышқыл газының молекуласы көміртегінің бір атомы мен оттегінің екі атомынан құралады. Әріппен таңбалап көрсеткенде су молекуласы Н2О, көмір қышқыл газының молекуласы СО2 деп жазылады.

Олай болғанда, атомдар бір-бірімен қалай байланысып тұрады? Атомдық теория бойынша – молекула құраушы атомдар өзді-өзі ілінісіп (байланысып) тұрады. Химиктердің айтуынша ол үшін атомдар белгілі шартта кездесулері тиіс. Сонда, олар бірін-бірі тартатын болады. Бұл тартылыс, екі магниттің оңтүстік және солтүстік полюстерінің, немесе, оң және теріс зарядталған екі дененің бірін-бірі тартуы сияқты. Сөйтіп, атомдарды өзара тартылыс күштері іліністіріп тұрады. Енді мынадай сұрақ туады: ілініс күшінің әсерінен барлық атомдар біржолата неге бірігіп қалмайды? Кейбір атомдар қалай дербес жүре алады? Бұл сұрақтарға жауап беру үшін алдымен мынаны еске түсірейік. Жер мен Күннің арасында да өзара тартылыс бар екені мәлім. Олай болса, Жер Күннің үстіне құлап түспей, екеуі екі бөлек жасауда. Оның себебі: Жер Күнді айналып жүреді. Сондықтан олар біріне бірі қосыла алмайды. Кейбір атомдардың дрбес жасауының да түп себебі осы болуға тиіс. Атомдар қозғалғанда ілініс күшіне қарсы күш пайда болады. Сондықтан барлық атомдар біржола бірігіп қалмайды, атомдардың арасында бос орын болады. Атомдық теория бойынша бірсыпыра құбылыстарды оп-оңай және дұпдұрыс түсінуге болады. Мысалы, екі түрлі газдың немесе екі түрлі сұйықтың бірімен бірі өзінен өзі араласатыны мәлім. Егер стақандағы тотыяйын ертіндісінің үстіне араластырмай, ептеп таза су құйсақ, алғаш екеуінің шекарасы көгеріп, анық білініп тұрады. Біраз уақыт өткен соң тотыяйын ерітіндісі жоғары көтеріліп, таза суға араласады, су көгілдір тартады. Бұл

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

66

құбылыс диффузия деп аталады. Атомдық теория бойынша: диффузия болғанда бір заттың молекулалары екінші заттың молекулаларының арасындағы бос орындармен өтіп араласады. Мысалы, бір кесек қорғасын мен бір кесек алтын алып, оларды тиістіріп қысып қойғанда бірнеше күн өткен соң олардың молекулаларының араласқаны байқалады, қорғасынның ішінде алтынның ізі көрінді.

Айта кетерлік тағы бірнәрсе мынау: диффузия газда өте тез, сұйықта баяу, ал қатты заттарда өте шабан болады. Әрине, диффузия құбылысының тез, немесе, шабан болуы заттың молекулаларының жылдамдығына байланысты; молекулалар неғұрлым тез қозғалса, солғұрлым олар тез араласады. Тәжірибеге қарағанда, затты қыздырғанда диффузия құбылысы шапшаңдайды. Демек, температура артқанда молекулалардың қозғалыс жылдамдығы артады. Сондықтан олар бұрынғысынан көрі тезірек араласады. Молекуланың жылдамдығы артқанда, оның қозғалыс энергиясы артады. Осының салдарынан молекулалардың арасындағы ілініс күші кемиді; олардың арасы қашықтайды; сонымен қыздырғанда – дененің көлемі ұлғаяды. Ал, қатты зат қыздырғанда белгілі температураға жеткенде балқып ериді, сұйық күйге түседі. Одан әрі қыздырғанда ол зат буға да айналады. Мысалы, мұз еріп суға, одан буға айналады. Осылайша заттың күйінің өзгеруі оның молекулаларының қозғалыс энергиясына байланысты. Қозғалыс энергиясы артқан сайын молекулалар еркіндеу қозғалатын болады.

Атомдық теория бойынша барлық заттың атомдары мен молекулалары үздіксіз қозғалыста болады. Газдардың атомдары мен молекулалары еркін қозғалып жүреді. Сұйық заттың атомдары да үздіксіз қозғалады, бірақ бір орыннан онша ұзап кете алмайды. Қатты заттың атомдары тек бір орында тербеліп тұрады.

Заттың құрлысы жайындағы осы айтылған пікірлердің дұрыс екенін бірнеше тәжірибелер жасап дәлелдеуге болады. Оның бірі Броуын қозғалысы дейтін құбылыс. Ол былай: егер бір тамшы су алып, оның ішіне өсімдіктің ұсақ тозаңын араластырып, микроскоп арқылы қарайық. Сонда әлгі тозаңның әрбір бөлшектерінің үздіксіз қалай болса – солай қозғалып жүргенін көреміз. Осы құбылысты ең алғаш 1827 жылы Роберт Броуын деген ағылшын ботанигі байқаған, сондықтан Броуын қозғалысы деп аталады. Броуын қозғалысының газда да болатыны анықталды.

Броун қозғалысының себебі мынау: сұйықтың (немесе газдың) ішіндегі кішкентай қатты бөлшекке тұс-тұс жағынан молекулалар келіп соғады. Қайсы бүйірінен тиген соққы зор болса, әлгі бөлшек сол соққының бағытына қарай қозғалады. Бөлшектің үздіксіз қозғалуы – сұйықтың (газдың) молекулаларының тынымсыз қозғалуынан болады. Сөйтіп, Броуын қозғалысы сұйықтың (газдың) молекуласының тынымсыз қозғалыста болатынын дәлелдейді.

Броун қозғалысын тереңірек зерттеген Жан Перрен деген физик болды. Ол резина смоласы гуммигутты (сары түсті бояу) суға салып, қолымен сабынша езіп ұнтақтаған. Ерекше әдіс қолданып гуммигуттың өте ұсақ

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

67

бөлшектерін сұрыптап алып, сол бөлшектердің қозғалысын микроскоп арқылы бақылаған. Белгілі көлемдегі әлгі бөлшектердің санын тапқан. Мұндағы бір тамаша құбылыс мынау: егер гуммигут бөлшектері бар суды тік баған бойымен бақылағанда, жоғарылаған сайын бір өлшем көлемдегі әлгі бөлшектердің саны, белгілі тәртіппен тез кеми бастайтыны анықталды. Зерттей келгенде гуммигут бөлшектерінің санының кему заңы, жер бетінен жоғары көтерілгендегі ауа тығыздығының өзгеру заңдылығындай болып шықты. Мысалы, ауадағы оттегі газының тығыздығы жер бетінен 5 километр көтерілгенде 2 есе кемиді. Бірақ, гуммигут бөлшегі оттегі молекуласынан ауыр, сондықтан белгілі көлемдегі гуммигут бөлшектерінің саны 2 есе кему үшін 5 километр емес, одан азырақ көтерілу керек; атап айтқанда гуммигут бөлшегінің салмағы оттегі молекуласынан неше есе ауыр болса, көтерілген биіктік те 5 километрден сонша есе кем болады. Сонымен, Перрен (1908 ж.) тәжірибе арқылы белгілі көлемдегі гуммигут бөлшектерінің санын және сол бөлшектердің саны 2 есе кемитін биіктікті тапты; гуммигут бөлшегінің салмағын да анықтады. Осыдан барып оттегі газының молекуласының салмағын есептеп шығарды. Осылайша сутегі газының да молекуласы мен атомының салмағы табылады. Сөйтіп, атомның және молекуланың салмағы таразыға тартып өлшегендей анықталды.

Ең жеңіл газ сутегі газы болады, оның атомының салмағы граммның, болмашы, өте аз үлесіне тең; атап айтқандасутегі атомының салмағы = 1,6 . 10-24 грамм болады. Бұл санды бір бүтін оннан алты, көбейтілген онның минус жыйырма төртінші дәрежесі деп оқыйды.

Қорыта келгенде айтарымыз: Перрен, тәжірибе арқылы, Броуын қозғалысының сұйық молекулаларының тынымсыз қозғалуынан болатыны шын екенін және молекула мен атомның даусыз бар екенін дәлелдеді.

Атом және молекуланың үлкендігі қандай, енді соған тоқталайық. Алдымен молекуладан бастайық. Қандай заттың молекуласын алсақ та ол өте кішкентай, көзге көрінбейді, сондықтан оның үлкендігін тікелей өлшеуге болмайды. Сөйткенмен де заттардың физикалық қасиеттерін біле отырып, түрліше әдістер қолданып, молекуланың шамасын анықтауға болады. Есептей келгенде, егер молекуланы шар тәрізді десек, оның диаметрі миллиметрдің миллиондық үлесіндей болып шығады. Бұл шаманың өте кішкентай екенін көзге елестету үшін мынадай мысал келтірейік. Миллиметр километрден қанша есе кем болса, молекуланың диаметрі миллиметрден сонша есе кем. Орташа алма Жер шарынан қанша есе кіші болса, молекула алмадан сонша есе кіші дерлік. Молекуланың үлкендігі осындай болғанда, атомның үлкендігі бұдан көп кіші болмақ. Атомның диаметрін дәл есептеу өте қиын-ақ. Сөйткенмен, түрлі әдістер қолданып есептей келгенде, атомның көпшілігінің диаметрі миллиметрдің жүз миллиондық үлесіндей болып отыр.

Біз жоғарыда 104 түрлі атом бар дедік. Олардың үлкендігінің түрліше болатындығын да айтайық. Зерттей келгенде, әрбір химиялық элементтің атомдық салмағы да түрліше болып шықты. Атомдық салмақ дегеніміз әрбір

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

68

элементтің атомының сутегі атомынан неше есе ауыр екендігін көрсететін сан. Элементтердің атомдық салмағын химия жолымен тәжірибелер жасап ең алғаш анықтаған оқымысты Джон Дальтон (1808 ж.) болды. Бірақ, Дльтонның тапқан атомдық салмақтары онша дәл болмады, қазіргі кездегі табылған атомдық салмақ мәнінен біраз өзгерек. Сондықтан біз оған тоқталмай, тек осы кездегі қабылданған атомдық салмақ мәндерін келтірейік. Мысалы, сутегінің атомдық салмағы 1,0078; көміртегінің атомдық салмағы 12,00; оттегінің атомдық салмағы 16,00; күкірттің атомдық салмағы 32,06; қорғасынның атомдық салмағы 207,22; ең ауыр элемент уранның атомдық салмағы 238,14 және т.т…

Барлық химиялық элементтерді атомдық - салмағының артуына қарай белгілі тәртіппен таблица етіп жазып көрсетуге болады, сонда барлық элементтердің қасиеттерін анықтайтын заң бар екені байқалады. Бұл заңды өткен ғасырдың орта кезінде орыстың ұлы оқымыстысы Д.И.Менделеев тапты. Сөйтіп, Д.И.Менделеев “Химиялық элементтердің периодтық жүйесін” жасады. Менделеевтің бұл таблицасында әрбір элементтің белгілі орны бар. Солдан оңға қарай таблицаның бір клеткасынан екінші клеткасына көшкенде элементтердің атомдық салмағы ауырлап отырады. Атомдық салмақ артқан сайын элементтің химиялық қасиеттері белгілі жүйемен өзгеріп отырады.

Д.И.Менделеев таблицасында бірінші клеткадағы сутегі, екінші клеткаға гелий, үшінші клеткаға литий, төртінші клеткаға берилий, бесінші клеткаға бор, алтыншы клеткаға көміртегі, жетінші клеткаға азот, сегізінші клткаға оттегі элементтері орналасқан. Барлық элементтерді осылайша орналастыра келіп, 92 – клеткаға ең ауыр элемент уран қойылған. Д.И.Менделеев таблицасындағы элементтің тұрған клеткасының нөмірі, сол элементтің нөмірі делінеді. Мысалы , сутегі элементінің нөмірі бірінші, оттегі сегізінші, уран элементінің нөмірі тоқсан екінші. Д.И.Менделев таблицасының әрбір клеткасында элементтің нөмірі, таңбасы, аты және атомдық салмағы көрсетілген.

2. Э л е к т р о н.

Біз жоғарыда заттың ең ұсақ бөлшегі атом екенімен таныстық. Өткен ХІХғасырдың аяғына дейін оқымыстылар атомды жіктеуге болмайды, ол өзгермейтін жабайы бөлшек, деп келді, шынында бұл олай болмай шықты. ХІХ - ғасырдың аяғында ХХ - ғасырдың басында үлкен-үлкен заңдылықтар ашылды. 1879 жылы электрон, 1885 жылы Швейцария оқымыстысы Бальмер алғаш сутегі атомы қозғанда шығатын спектрдің көрінетін облысында спектрлік заңдылықтарды эксперимент арқылы ашты. 1895 жылы Швеция оқымыстысы Ридберг комбинациялық үрдісті пайдаланып сутегі атомының спектрлік заңдылықтарының жалпы формуласын қорытып шығарды. Сол жылы катод сәулелері ашылды. Зерттеу нәтижесінде катод сәулелерінің табиғаты электрон ағыны екені анықталды.

ХІХғасырдың 90 - жылдарында бірнеше жаңа құбылыстар ашылды. Оған қарағанда атомның өзі де күрделі болып шықты,- бірнеше жабайы ұсақ

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

69

бөлшектерден құралатыны анықталды. Ондай жабайы бөлшектердің біреуі электрон деп аталады. Электрон кейбір жағдайда дербес күйде де кездеседі. Ондай электрондар еркін электрондар деп аталады. Еркін электронның табылу тарихы мынадай. Егер ішінде ауасы жоқ дерлік шыны түтіктің екі ұшына металл пластинкалар орнатылған құралдан (Крукс түтігінен) электр тоғын өткізсек, мынадай ғажайып құбылыс байқалады. Тоқ көзінің теріс полюсымен жалғанған пластинканың (катодтың) қарсысындағы әлгі түтіктің қабырғасында көгілдір дақ көрінеді. Егер тоқ тоқтатылса, ол жарық дақ көрінбейді. Бұл жөніндегі тәжірибелер қорытындысы мынадай болды. Тоқ өткенде Крукс түтігінің катодынан көзге көрінбейтін ерекше сәулелер шығады екен. Ол сәулелер катодтық сәулелер деп аталады. Бұл сәулелер ең алғаш 1859 жылы байқалған. Зерттей келгенде катодтық сәулелердің бірнеше қасиеттері бар екені анықталды. Оның біреуі мынау: катодтық сәулелер түскенде кейбір нәрселер жарық шығарады, мысалы шыны көгілдір жарық шығарады. Екінші бір маңызды зор қасиеті – Егер Крукс түтігіне магнит немесе электрленген дене, жақындатылса, түтік қабырғасындағы әлгі көгілдір дақ жылжыйды. Демек, катодтық сәулелердің жолы қыйсаяды. Сөйтіп, катодтық сәулелерге магнит және электрленген дене, яғни, магнит және электр өрістері әсер етеді. 1- суретте магнит өрісінің әсерінен катодтық сәулелердің жолының қалай қыйсайғаны көрсетілген. Осылайша, катодтық сәулелердің электр және магнит өрісіндегі ығысуын зерттей келгенде, бұл сәулелер – теріс электрмен зарядталған ұсақ бөлшектер ағыны болып шықты.

Міне, осы бөлшек электрон деп аталады. Электрон теріс электрмен зарядталған бөлшек, оның массасы ең жеңіл элемент сутегі атомы массасынан 1840 еседей жеңіл, атап айтқанда электронның массасы m = 9,1 . 10- 28 грамм болып шықты. Электронның зарядының дәл мәнін тапқан Милликен деген физик. Ол көп жыл бойы бірнеше тәжірибелер жасап, электронның заряды: е = - 4,8.10-10 абсолют өлшем екенін тағайындады. Бұл сан электрдің ең аз мөлшері, электр бұдан аз мөлшерде кездеспейді. Сондықтан электронды электрдың “атомы” деп те атайды, оның мағынасы электрон электрдың ең кіші, жабайы бөлшегі деген сөз. Сөйтіп электрде бірнеше элементар зарядтардан құралады. Бұл пікірді еркін электрон табылудан көп ілгері, алдын - ала болжап, айтушы оқымыстылар да болған.

Электронның табылуының ғылым мен техника жүзінде өте маңызы зор. Көп құбылыстарды дұрыс талқылап, орынды қорытынды жасауға болады, мысалы, электрон табылғаннан кейін мыс, темір сияқты металл сымдармен жүретін электр тоғы не деген сұрауға дұрыс жауап берілді. Металл сымнан электр тоғы өткенде ешқандай химиялық өзгеріс болмайды, металдың салмағы өзгермейді. Бұл қалай?

Металл атомының кейбір электрондары өзінің атомының ықпалынан шығып, оп-оңай бөліне алады. Сондай электрондар атомдар арасында емінеркін қозғалып жүреді, сондықтан оларды “еркін” электрондар дейді. Металда еркін электрондар болатыны тәжірибе жүзінде дәлелденіп те отыр.

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

70