Білім беру бағдарламасы студенттеріне арналған дәрістер жинағы Шымкент 2021
Дәріс №9. Жарықтың әсері. Фотоэлектрлік эффект. Сыртқы және ішкі фотоэффект. Эйнштейн формуласы. Фотоэффект құбылысын пайдалану
жүктеу/скачать 0,79 Mb.
|
ОПТИКА НЕГІЗДЕРІ ДӘРІС
Дәріс №9. Жарықтың әсері. Фотоэлектрлік эффект. Сыртқы және ішкі фотоэффект. Эйнштейн формуласы. Фотоэффект құбылысын пайдалану.Ең алғаш жарық жылдамдығын 1607 жылы Галилей өлшемек болып жасаған қарапайым тәжірибесі нәтиже бермеді. (Тәжірибесі) 17 ғасырдың жетпісінші жылдарында бірінші рет жарық жылдамдығы астрономиялық құбылысты бақылау арқылы анықталды. Рёмер әдісі. Жарық жылдамдығын бірінші рет 1676 жылы даниялық астроном Рёмер анықтаған. Ол Юпитер планетасының бір серігінің тұтылуын бақылаған. Сонда Юпитердің айналым периоды 1,77 тәулікке тең серігінің тұтылу мерзімі алдын ала еоептеліп табылған уақытқа дәл келмейтіндігі байқалған. Жер Күнді айнала қозғалғанда Юпитерден қашықтай берсе, сонда Юпитер серігі есептелген мерзімнен кешігіп тұтылып отырады екен. Жарты жыл өткен соң Юпитер серігінің тұтылуы бақыланса, сонда ол есептелген мерзімнен гөрі 16,4 минуттай кешігіп тұтылады. Ал екінші жарты жылда тұтылу мерзімі есптелсе, онда Юпитер серігі алдын ала есептелгеннен гөрі 16,4 минуттай бұрын тұтылады. Рёмердің есептеуінше осы 16,4 минут ішінде жарық І орыннан ІІ орынға дейін, яғни ұзындығы жер орбитасы диаметріндей жол жүреді. Сонда Рёмердің есептеуінше жарық жылдамдығы 215000 км/с, ал жуықтап алғанда қазір жарық жылдамдығы 300000 км/с. Рёмердің тәжірибесі де дұрыс нәтиже бермеді, себебі сол кезде Күн мен Жердің және Юпитердің ара қашықтықтары дәл өлшенбеген, сондықтан Рёмердің есептеуінде погрешность болған. Бірақ оның тәжірибесінің мәні үлкен. Брэдлей әдісі. Жерде бақылағанда аспандағы жұлдыздардың көрінетін орыны периодты түрде өзгеріп тұрады. Сонда Эклиптика жазықтығындағы (жер орбитасы жазықтығындағы) жұлдыздар бұрыштың өлшемі 40,9” -ке тең түзудің бойымен тербеліп, Эклиптика жазықтығына перпендикуляр бағыттағы жұлдыздар бұрыштық диаметрі бұл екеуінен 40,9” -ке тең шеңбер бойымен, бұл екуінен басқа бағыттағы жұлдыздар үлкен осінің бұрыштық өлшемі 40,9” -ке тең эллипс бойымен периодты түрде қозғалады. Бұл құбылыс жұлдыз аберрациясы деп аталады, ол Жердің Күнді айнала орбита бойымен қозғалуынан болады. Бұл құбылысты алғаш рет 1728 жылы ағылшын астрономы Брэдлей байқап, оны жарықтың жылдамдығын анықтау үшін пайдаланған. Мысалы, эклиптика жазықтығына перпендикуляр бағытта орналасқан өте алыстағы жұлдызды телескоппен бақылайық . Сонда одан келген параллель сәулелер шоғының бағыты Жердің орбиталық қозғалыс бағытына перпендикуляр болады. Егер телескоптың трубасын сол сәулелердің бағыты бойынша, яғни А В бағытта орнатсақ, онда жұлдыздың кескіні труба обьективі фокусына, мысалы нүктесіне түспейді, одан солға қарай ығысып барып түседі, өйткені жарық телескоптың обьетивінен фокусына дейін, яғни В дан -ге дейін баруға кеткен уақыты ішінде телескоп Жермен бірге жылдамдықпен қозғалып, оның обьективінің фокусы ден ге келеді. В В Сондықтан жұлдыздың кескіні фокусқа түсу үшін телескоптың трубасын Жердің қозғалыс бағыты бойынша бір белгілі бұрышқа еңкейтіп, оны бағытта орнату керек. Сонда бақыланған жұлдыздан келген сәулелер обьективтен өткен соң телескоптың ішінде бағыты бойынша таралып, уақыт ішінде ге тоғысады да, жұлдыз кескіні байқалады. Сонда Осы формуланы пайдаланып жарық жылдамдығын табуға болады. Мұндағы аберрация тұрақтысы делінетін бұрышы 20,45” ке тең; Жердің орбиталық қозғалыс жылдамдығы 29,8 км/с, сонда Брэдлейше жарықтың таралу жылдамдығы 299640 км/с. Мұндағы бір еске алатын нәрсе: алынған жұлдызды бір рет қана бақылап бұрышының дәл мәнін табуға болмайды, өйткені жұлдыз көрінетін шын бағыт белгісіз. Сондықтан бұрышын табу үшін бір жұлдыз жарты жыл ішінде бақыланады; алғаш бақылағанда телескоп трубасы, мысалы қалыпта болса, жарты жыл өткен соң Жер қарама-қарсы бағытта қозғалатын болғандықтан телескоптың трубасын -ға қарама-қарсы жаққа қарай бұруға тура келеді. Сонда осы екі бағыт аралығындағы бұрыш 2 -ға тең болады. Бұл әдіс те дәл мәнін бермеді. Допплер құбылысы. Жарық толқындары өзінің немесе тербелістер жиілігі арқылы сипатталатындығы мәлім. Бірақ жарық көзінің қозғалысы одан таралған жарық тербелістері жиілігіне әсер етеді. Бақылаушымен салыстырғанда жарық көзі қозғалмай тыныш тұрған жағдайда байқалатын жарық тербелістері жиілігімен ( мен) ол бақылаушыға қатысты қозғалғанда байқалатын жарық тербелістері жиілігі ( ) бірдей болмайды; жарық көзі мен бақылаушы аралығы жақындағанда қабылданатын тербелістер жиілігі артады, олар бір-бірінен қашықтағанда қабылданатын тербелістер жиілігі кемиді. Бұл Допплер эффектісі деп саналады (1842 ж). Мысалы, бір нүктедегі жарық көзі екінші нүктедегі бақылаушыға қарай жылдамдықпен қозғалған болсын. Сонда қозғалған жарық көзінен бақылаушыға қарай таралған жарық толқынының ұзындығы ( ), ол тыныш тұрғанда шыққан жарық толқынының ұзындығынан ( -дан) қысқа болады. Осылай жарық толқыны ұзындығының кемуі ( ) жарық көзінің одан таралған жарық тербелісі периоды (Т) ішінде жүрген жылына тең; ендеше . Сонда тыныш тұрған бақылаушы қабылдайтын жарық толқынының ұзындығы мұндағы Допплер принципі бойынша бақылаушымен салыстырғанда жарық көзі қозғалса, қабылданылатын жарық тербелістер жиілігі өзгеретінін көрсетуге болады. Бұл құбылыс ең алғаш жұлдыздар спектрі зерттелгенде байқалады. Жарықтың толқындық теориясы бойынша жарық әлемдік эфирде таралады. Алғаш эфир ерекше серпімді орта деп ұйғарылғаннан кейін эфир электромагниттік толқындар, жарық толқындары да таралатын орта деп саналды. Эфирді бар деп болжау эфирдің қасиеттерін, эфир мен кәдімгі денелердің бір-біріне әсер ету сипатын тәжірибе жасап зерттеп-білуді қажет етті. Алдымен мөлдір денелер қозғалғанда олардың ішіндегі эфир бірге қозғала ма, яғни олар эфирді ілестіре ме, ілестірмей ме, соны анықтау керек болды. Бұл жөнінде француз физигі Физо (1851ж) тәжірибе жасаған. Жарық көзі S-тен шыққан сәуле күміс жабылған Р шыны пластинкаға түсіп, екі сәуге жіктеледі. Шағылған 1 сәуле З айнаға түсіп, тағы шағылады одан соң ішінде суы бар трубадан өтеді, З және З айналарға түсіп тағы да шағылысады, судан өтіп қайтадан Р-ға түседі.Сынған 2-ші сәуле болса, трубадан өтіп З және З айналарға түсіп шағылады да трубадан өтеді. З айнадан шағылып Р-ға түседі де 1сәулемен қосылысады да интерфренциялық жолақтар пайда болады. Трубаның ішіндегі су жылдамдықпен ағады, 1 сәуле судың ағу бағыты бойынша, 2 сәуле судың ағысына қарсы бағытта таралады. Бұл жағдайда интерференциялық жолақтар бұрынғы орындарынан жылжиды. Демек судың қозғалуы нәтижесінде интерференцияланған сәулелердің фазалары өзгереді. Майкельсон тәжірибесімен қабат бірнеше электромагниттік тәжірибелер Жердің эфирге қатысты қозғалысын анықтау мүмкін еместігін көрсетті. Осы тәжірибелерден мәлім деректерді қорыта келіп Энштейн екі постулат ұсынды. жүктеу/скачать 0,79 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|