Жарық табиғаты және оның таралу механизмi

Жарық табиғаты және оның таралу механизмi жөнiндегi мәселе Максвелл гипотезасы жауап бердi. Жарықтың ваккумдағы тәжiрибемен өлшенген жылдамдығы мәнiнiң (С=3*10⁸ м/с) электромагниттiк толқындардың таралу жылдамдығының мәнiмен сәйкес келуi Максвелдiң жарық – электромагниттiк толқындар деп ұйғарым жасауына негiз болды.

Электромагниттік толқындар белгілі бір жылдамдықпен таралады. Максвелла теориясы бойынша, электромагниттік толқынның жылдамдығы біртектi ортада осы ортаның қасиетімен анықталады:



ε және μ— диэлектрлік және магниттік ортаның салыстырмалы өтімділігі ε₀ = 8,85 10^-12а² сек²/н м² и μ₀= 4π 10^-7 н/а²— электрлік және магниттік тұрақтылар.

Вакуммдағы электромагниттік толқындардың таралу жылдамдықтарын алу үшін соңғы формулаға ε =1, | μ = l қою керек: ν=3*10⁸ м/с

Бұл жылдамдық вакуумдағы жарық жылдамдығына тең. Бұл қорытындыдан біз жарықтың электромагниттік толқын екеніне көз жеткіземіз.

Электромагниттік өрістегі оптикалық жиілік ауқымы жарық өрісі деп аталады. Оптикалық ауқымы оның екі негізгі ерекшелігіне байланысты.

- оптикалық ауқымда геометриялық оптиканың заңдылықтары орындалады.

- оптикалық ауқымда жарық заттармен өте бұлыңғыр (әлсіз) әсерлеседі. Оптикалық ауқым жарықталынудың келесі түрлерінен тұрады: рентгендік, ультракүлгін (УК), көрінетін, инфрақызыл (ИҚ) сәулелер.

1-суретте оптикалық ауқымға сәйкес келетін бөлік электромагниттік толқындардың шкаласында алатын орнын көрсетеді.

1-сурет

Фотометриядеп—оптиканың жарық толқындарының толқын ұзындықтары 380 нм-ден 760 нм аралығында тасымалдайтын энергиясын өлшейтін және оның адам көзіне тигізетін әсерін зерттейтін саласын айтады. Жарық толқындары тасымалдайтын энергияны екі тұрғыдан бағалауға болады:

Фотометрияның энергетикалық шамалары. 1 бірлік уақыт ішінде S аудан арқылы өтетін жарық энергиясының мөлшерін жарықағыны деп атайды, яғни:

мұндағы Ф–жарық ағыны, W жарық энергиясының мөлшері, t-уақыт.Сәулелену шоғының өлшемі— ватт (Вт). Энергетикалық жарқырау (сәулеленгіштік)Re — жарқырау дегеніміз бет шығаратын сәуле ағынының осы ағын өтетін беттің қимасының S ауданына қатынасына тең шама. ( беттік сәуле ағынының тығыздығы ) Энергетикалық жарқыраудың өлшем бірлігі – (Вт/м²).

жарықтың энергетикалық күші (сәулелену күші) Ie —нүктелік көздің сәулелену ағынының осы шоқтар тарайтын ω денелік бұрышқа қатынасына тең шама. Жарықтың энергетикалық күшінің –ваттың стерадианға қатынасы (Вт/ср).

Энегетикалық жарықтылық (сәулелену)Вe, — Жарық шығарып тұрған беттің жарықтың ΔIe энергетикалық күшінің бақылау бағытына перпендикуляр ΔS қатынасына тең шама. Энергетикалық жарықтылықтың өлшем бірлігі—ваттың стерадиан-метр квадратқа қатынасы Вт/(ср-м²).

Энергетикалық жарықталыну жарықталынатын бірлік бетке түсетін сәулелену ағынымен сипатталады. Энергетикалық жарықталынудың өлшем бірлігі— ватт бөлінген метр квадрат (Вт/м²).

Фотометриядағы жарықты сипаттайтын шамалар:

Оптикалық өлшеулерде қолданылатын әртүрлі қабылдағыштар ерекше талғамды қажет етеді. Олардың әрқайсысы үшін әртүрлі толқын ұзындығының энергиясына деген сезімталдығының әртүрлі қисығы сәйкес келеді.

Жарықты өлшеу объективті энергетикалық өлшеулерге қарағанда субьективті. Олар үшін тек көрінетін жарық үшін қолданылатын жарық бірліктері енгізіледі.

Халықаралық бірліктер жүйесіндегі негізгі жарық бірлігі – кандела (кд). Ол жиілігі 540-10¹² герц, энергетикалық күші болатын жарық күші.

Жарық ағыны Ф-тің (оптикалық сәулелену қуаты) бірлігі - Люмен (лм): 1Люмен депжарық күші 1кд болатын нүктелік көздің 1ср денелік бұрыш ішінде шығаратын жарық ағынын айтады. (1лм=1кд-ср).

Rжарық шығарғыштық деп — жарқырап тұрған ауданы S – болатын беттің қосынды ағынын айтады.

Жарық шығарғыштық өлшем бірлігі — люменнің метр квадратқа қатынасы (лм/м²).

Қандай да бірφбағытындағы жарық шығарыптұрған беттің жарқырауыдеп Iжарық күшінің Sауданшасының таңдап алынған бағытқа перпендикуляр бағытқапроекциясының қатынасына тең шаманы айтады.

Жарқыраудың өлшем бірлігі— канделаның метр квадратқа қатынасы (кд/м²).

Жарықталыну Е — деп S ауданға түсіп тұрған Ф жарық ағынының осы ауданға қатынасын айтады.

Жарықталынудың өлшем бірлігі — люкс (лк): 1Люкс деп 1м² – ауданға 1лм ағын түсіп тұрған жарықталынуды айтады. (1лк=1лм/м²)


Жарық табиғатын анықтаудан бұрын мына заңдылықтар белгілі болған:

Жарықтың түзу сызықты таралу заңы — жарық оптикалық біртекті ортада түзусызықты таралады. Жарық сәулесі деп — бойымен жарық энергиясы тасымалданатын сызықты айтады.. Біртекті ортада жарық сәулесі түзу сызықты болып келеді. 1.2-сурет

Жарық шоқтарының тәуелсіздік заңдылығы —

Жекелеген шоқтардың әсері-онымен бірге басқа шоқтарда әсер етіп тұр ма әлде жоқ па, одан тәуелсіздігі жөніндегі тұжырым.

Жарықтың шағылу заңы — шағылған сәуле, түскен сәуле және түсу нүктесіне тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады. Шағылу бұрышы i_1, түсу бұрышы i₂ -гетең болады.

i₁= i₂

Жарықтың сыну заңдары — түскен сәуле; сынған сәуле және түсу нүктесіне тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады.