ПӘнінің ОҚУ-Әдістемелік кешені 5В011000 «Физика» мамандығы үшін
Жарықтың (абсорбциясы) жұтылуы
жүктеу/скачать 1,47 Mb.
|
Жарықтың (абсорбциясы) жұтылуы Жарық толқыны басқа зат арқылы өткенде сол затты құрайтын атомдардың электрондарын еріксіз тербеліске келтіреді. Оған жарық толқынының біраз энергиясы жұмсалады. Сөйтіп, жарық толқыны бірте-бірте өше береді. Осы процесті жарықтың әлсіреуі деп атайды. Сонымен қатар жарық толқынының келесі бір бөлігі энергияның басқа түріне айналып кетеді. Жарық толқыны энергиясының заттың ішкі энергиясының басқа түріне айналып кетуін жарықтың жұтылуы деп атайды. Біртекті ортаға сәулелерін параллель түсіріп тұрған монохромат жарықтың жұтылуын П. Бугер мен И. Ламберт анықтап берді: Өте кішкене бірдей қалыңдықтағы (d) жарықтың азаюы (dI) осы қашықтыққа және жарықтың күшіне (I) тура пропорционал болады;  ,мұндағы α — жұтылу коэффициенті, ол заттың табиғаты мен толқын ұзындығына байланысты. Қалыңдығы -ге тең денеден өткенде жарықтың жұтылу теңдеуі:
 бұл Бугер-Ламберт заңы деп аталады, мұндағы I0 – жарықтың денеге түскен кездегі интенсивтігі, I – жарықтың денеден шыққаннан кейінгі интенсивтігі.
Тақырып: Жарықтың шашырауы Біз жарықтың жұтылуын қарастырғанда жарық таралатын орта оптикалық біртекті деп алғанбыз. Ал шын мәнінде жарық таралатын орта қанша таза болғанымен оптикалық біртекті ортаға жатпайды. Мысалы, сұйық ішінде газ ерітінділері, ұсақ қатты денелер жүруі мүмкін. Олай болса, ол оптикалық біртекті ортаға жатпайды. Оны бұлдыр орта деп атайды. Жарық толқыны бұлдыр ортада таралғанда оның ішінде жүрген бөгде бөлшектер жарықтын, таралу бағытын өзгертеді. Оны жарықтың шашырауы деп атайды. Жарық бұлдыр ортада таралғанда бның, интенсивтігі кемиді. Шашыраған жарық интенсивтігі (I) төрт дәрежелі жарық тербелісі жиілігіне тура (), ал төрт дәрежелі толқын ұзындығына кері пропорционал болады. I4  .
Бұл заңдылықты алғаш рет 1871 жылы Рэлей тағайындады. Сондықтан Рэлей заңы деп аталады. Егер оптикалық ортадағы бөлшектің мөлшері r жарықтың толқын ұзындығына тең немесе одан кіші болса (r  ), онда жарықтың шашырауы байқалады. Мұны Рэлейше шашырау деп атайды. Шындығына келгенде жарықтың бұлдыр ортадан шашырауын алғаш реттеген ағылшын физигі Тиндаль болатын. Сондықтан жарықтың шашырауы кейде Тиндаль эффекті деп те аталады. Жарық толқыны неғұрлым қысқа болса, соғұрлым ол көбірек шашырайды.
Құрамында ешқандай бөгде заттар болмаса, біртекті ортада да жарықтың шашырауы байқалады. Бұл кездегі шашырау ортаның температурасына байланысты. Сұйықтың немесе газдың температурасы өзгергенде, оның молекулаларының қозғалыс жылдамдығының өзгеретіні мәлім. Олай болса, біртекті оптикалық ортаның тығыздығы барлық жерінде бірдей болмайды. Тығыздықтың өзгеруі салдарынан ортаның жарық сыну көрсеткіші бір нүктеден екінші нүктеге көшкенде өзгеріп отырады. Ендеше, молекулалар мен атомдардың жылулық қозғалысы нәтижесінде орта оптикалық біртекті болмайды. Міне, осы кездегі шашырауды жарықтың молекулалық шашырауы деп атайды. Біз қысқа жарық толқындарының ұзын жарық толқындарына қарағанда көбірек шашырайтынын айттық. Ендеше шашыраған табиғи жарық құрамында көгілдір, көк және күлгін түсті сәулелер басым келеді. Сондықтан атмосферада шашыраған күн сәулесінің түсі бізге көкшіл болып көрінеді. Ашық күндері аспанның көгілдір болып көрінуі күн сәулесінің жолындағы ұсақ бөлшектердің шағылысуынан деп түсіндіруге болады. Ақ жарықтың қысқа толқынды (көк, көкшіл, күлгін) сәулелері жолында кездескен кедергіге соқтығысып шашырап кетеді де, атмосфера қабатына ұзын толқынды (қызыл, қызғылт, сары) сәулелер өтеді. Сондықтан күннің қызарып шығуы мен батуы түрлі-түсті сәулелердің (қызылдан күлгінге дейінгі) атмосферадан өткенде түрліше шашыраумен түсіндіріледі. Тақырып: Жылулық сәуле шығару Денелердің жарқырауы, яғни денелердің электромагниттік толқындар шығаруы әртүрлі энергия түрлері арқылы орындалуы мүмкін. Егер электромагниттік толқындар тек қана ішкі энергия арқылы шығарылатын болса, оны жылулық сәуле шығару деп атайды. Жарқыраудың қалған түрлерінің барлығы ішкі энергиядан басқа кез келген энергия түрлерімен қоздырылса, оларды люминесценция деп атайтыны белгілі. Жылулық сәуле шығару тепе-теңдік процеске, ал қалған сәуле шығарудың түрлері тепе-теңдік емес процестерге жатады. Тепе-теңдік күйлер мен процестерге термодинамика заңдарын қолдануға болады Температурасы абсолют нөлден жоғары кез-келген дене (қатты дене, сұйық) дене энергия бөледі. Қызған денелер де жарық шығарады. Кызған денелердің сәулеленуі (жарық шығаруы) белгілі жағдайда тепе-теңдік күйге түседі. Себебі шығарылған энергия жұтылуы мүмкін. Мысалы, қабырғалары айна бетіндей жалтыраған қуыс ыдыс алайық. Оның кабырғалары жылу өткізбейді делік. Осы ыдыстың ішінде температуралары әр түрлі екі дене болсын. Температурасы жоғары дене жылу шығарады да, оны температурасы төмен дене жұтады. Сөйтіп,аздан кейін олардың температуралары бірдей болады, яғни екі дене жылулық тепе-тендік күйге түседі. Бұл күй динамикалық сипатқа ие болуы мүмкін. Электромагниттік сәулелердің шығару және жұту процестері мына шамалармен сипатталады: 1)дененің сәуле шығарғыштық қабілеті (Е) деп бірлік ауданнан бірлік уақыт ішінде шығарылатын сәулелік энергия мөлшерін айтамыз, ол Дж/(с* м2) өлшенеді; 2)дененің сәуле жұтқыштық (А) қабілеті деп дененің жұтқан энергиясының оған берілген энергиясына қатынасын айтамыз. Егер дене өзіне түскен кез келген температурадағы және кез келген ұзындықтағы жарықты түгел жұтатын болса, ондай денені абсолют қара дене деп атайды. Абсолют қара дене үшін А = 1 болады. Кирхгоф заңы. Тұйық жүйедегі денелердің сәуле шығару және жұту қабілеттерін зерттей келіп неміс физигі Г. Р. Кирхгоф (1859) мынадай заң ашты: Денелердің температурасы бірдей болғанда олардың сәуле шығарғыштық қабілетінің сәуле жұтқыштық қабілетіне қатынасы денелердің табиғатына байланыссыз және сол температурадағы абсолют қара дененің сәуле шығарғыштық қабілетіне тең:  абсолют қара дененің сәуле шығарғыштық және сәуле жұтқыштық қасиеттері.
Дененің сәуле шығарғыштық немесе сәуле жұтқыштық қабілеттері спектрдің бір алқабына (белгілі толқын ұзындығы мәніне) қатысты алынғанда да Кирхгофтың жоғарғы заңы орындалады. Сонда Кирхгоф заңы былай айтылады: бірдей температурадағы және белгілі толқын ұзындығындағы () дененің сәуле шығарғыштық қабілетінің сәуле жұтқыштық қабілетіне қатынасы денелердің табиғатына байланысты болмайды және ол қатынас сол температурадағы және сол ұзындықтағы абсолют қара дененің сәуле шығарғыштық қабілетіне тең болады, яғни: 
Табиғатта абсолютті қара дене болмайды. Дегенмен қасиеттері абсолютті қара денеге өте ұқсас қондырғылар жасауға болады. Мұндай қондырғыны кішкене ғана тесігі бар тұйық қуыс деп қарастырсақ, онда осы қуысқа кірген сәуле тесіктен қайта шығу үшін қуыстың ішінде көптеген шағылыстарға ұшырайды. Әрбір шағылыс кезінде сәуле энергиясының бөлігі жұтылып отырады, сондықтан іс жүзінде кез келген жиілігі бар сәуле осындай қуыспен толық жұтылады. Кирхгоф заңы бойынша осындай қондырғының сәуле шығару қабілеттілігі жиілік функциясына Абсолют қара дене спектріндегі энергияның жіктелуі өткен ғасырда зерттелген болатын. Соның нәтижесінде абсолют қара дененің екі заңы ашылды: Стефан-Больцман заңы. Абсолют қара дененің толық (барлық спектр ойынша) сәуле шығару қабілеті онын, абсолют температурасының төртінші дәрежесіне тура пропорционал: яғни:  =  ;
Мұндағы = 5,7*10 8 ВТ/(см2*К4) - Стефан-Больцман тұрақтысы. Вин заңы. Абсолют қара дененің максимум энергиясына сәйкес келетін толқын ұзындығы, оның абсолют температурасына кері пропорционал болады:  ;
Мұндағы b = 2898 мкм*К. Абсолют қара дененін, спектрлік сәулелену қабілетінің толқын ұзындығы мен температураға тәуелділігі былай өрнектеледі: (  )а.қ.д.=f( ),бұл Кирхгоф функциясы деп аталады.
Бұл функцияның шешімін табуға көптеген физиктер ат салысты, оны Рэлей мен Джинс тапқан: 
Сондықтан бұл Рэлей - Джинс заңы деп аталады. Ұзын толқындар үшін, Рэлей - Джинс формуласы эксперимент қорытындысымен үйлесіп кетеді де, қысқа толқындар кезінде экспериментпен Рэлей - Джинс формуласы дәл келмейді. Ультракүлгін сәулелер үшін бұл заң ешқандай физикалық мәнге ие болмайды. Бұ «ультракүлгіндік апат» деп аталады. Сонымен классикалық физика заңдары маңызды эксперимент фактілерін теориялық тұрғыдан дәлелдеп бере алмады, бұл дағдарыстан шығудың жолын 1900 жылы М. Планк тапты. Ол жарық дискретті, бөлек-бөлек порциялармен шығарылады және жұтылады деп есептеді. Жарық кванттан (фотоннан) тұрады дегенді ұсынды. Фотонның энергиясы, массасы және импульсы болады. Фотонның энергиясы жарық жиілігімен не толқын ұзындығымен анықталады: =  ;
Мұндағы  - Планк тұрақтысы.
Фотонның массасы 
Тыныш тұрған фотонның массасы жоқ қозғалыстағы фотонда ғана масса бар. Себебі фотон қозғалысын тоқтатқанда ол жоқ болып кетеді, оны (фотонды) атом немесе молекула жұтып қояды. Ал оның энергиясы энергияның басқа түріне айналады. Фотонның заряды жоқ. Оның жылдамдығы вакуумдағы жарық жылдамдығына тең. Фотонның импульсы:  немесе  ;
Жарықтың фотоннан (кванттан) құралатындығын басшылыққа ала отырып Планк абсолют қара дененің сәулелену қабілетін сипаттайтын формула тапты: 
Мұндағы с — жарықтың вакуумдағы жылдамдығы, k - Больцман тұрақтысы. Бұл формуланы кез келген ұзындықтағы жарық толқынына қолдануға, сондай-ақ одан Стефан-Больцман, Вин заңдарын да шығарып алуға болады. Аталған заңдардың қолданылатын жері өте көп. Мысалы, аспан денелерінің (жұлдыздардың) шығарып тұрған толқын ұзындығын білсек, онда Вин заңы бойынша оның температурасын таба аламыз. Мысалы, Күннің жарығынан толқын ұзындығы  = 0,48 мкм десек, онда оның температурасының Т = 5800К екенін Вин заңын пайдаланып табуға болады. Абсолют қара денелердің температурасы Стефан-Больцман заңымен табылады. Онда дененің шығарып тұрған энергиясы радиациялық пирометр деген құрылғымен өлшенеді. Кирхгоф заңымен заттардың құрамын тексеруге болады. Осы заңның негізінде спектрлік анализ әдісі қолданылады.
Тақырып: Люминесценция Люминесценция деп молекулалардың, атомдардың, иондардың және де басқа күрделі комплекстердің қозған күйден бейтарап күйге өтер кездегі жарық шығаруын айтады. Денелердің жарқырауы, яғни денелердің электромагниттік толқындар шығаруы әртүрлі энергия түрлері арқылы орындалуы мүмкін. Егер электромагниттік толқындар тек қана ішкі энергия а рқылы шығарылатын болса, оны жылулық сәуле шығару деп атайды. Жарқыраудың қалған түрлерінің барлығы ішкі энергиядан басқа кез келген энергия түрлерімен қоздырылса, оларды люминесценция дейді. Атомдардың және молекулалардың жылулық қозғалысы нәтижесінде денелердің жарық шығаруыи люминесценциямен шатыстыруға болмайды. Жарықтың шағылуы, шашырауы, Вавилов-Черенков эффектісі және денелердің басқа да жарық шығаруы люминесценцияға жатпайды. Солтүстік жарқыл, кейбір жәндіктердің, минералдардың, шіріген ағаштардың жарқырауы табиғатта кездесетін люминесценция құбылысына жатады. Люминесценцияның негізгі заңдарын ашуда С. И. Вавилов бастаған ғалымдардың еңбегі аса зор. Люминесценцияны қоздырудың әдістеріне байланысты олардың бірнеше түрі бар: Фотолюминесценция. Люминесценцияның бұл түрі көзге көрінетін және ультракүлгін сәулелерінің әсерінен пайда болады. Фотолюминесценцияға мысал ретінде кейбір люминофорлармен боялған сағат циферблатының жарқырауын келтірсекте жетеді. 2.Рентгенолюминесценция рентген сәулелерінің әсерінен пайда болады. Оны рентген аппаратының экранынан бақылауға мумкіндік бар. 3.Радиолюминесценция деп заттардың (люминофорлардың) , және сәулелерінің әсерінен жарқырауын айтады. Люминесценцияның бұл түрі сцинтилляциялық есептеуіштердің (счетчиктердің) экрандарында пайда болады. Катодлюминесценция электрондық сәулемен шығарылады. Оны телевизордың, осциллографтың және т. б. электрон сәулелік құралдардың экранынан бақылауға мүмкіндік бар. Электролюминесценция электр өрісінің көмегімен шығарылады. Оны газ разрядты түтіктерде байқауға болады. Хемилюминесценция заттардағы химиялық процестердің нәтижесінде пайда болатын құбылыс. Оған мысалға ақ фосфордың, шіріген ағаштың және кейбір жәндіктердің, өзен жануарларының жарқырауын келтірсек те жеткілікті. Сонолюминесценция құбылысы кейбір сұйықтардың ерітінділерінен ультрадыбыс толқындары өткенде пайда болады. Жарқырауының ұзақтығына қарап люминесценцияны флуоресценция (тез өшіп қалатын люминесценция) және фосфоресценция (ұзақ жарқырайтын люминесценция) деп екіге бөледі. Люминесценцияны бұлай бөлу тек шартты түрде ғана болып есептеледі. Өйткені ол екеуінің арасында белгілі бір меже қою қиын. Люминесценцияны классификациялаудың ең дұрыс жолын ұсынған Вавилов. Ол люминесценцияны: резонанстық, спонтанды (өздігінен), еріксіз (метастабильді) және рекомбинациялық люминесценциялық процестер деп классификациялады. Резонанстық люминесценцияны көбінесе резонанстық флуоресценция деп атайды. Резонанстық флуоресценцияда флуоресценцияның толқын ұзындығы өзін пайда қылатын жарық толқынының ұзындығымен бірдей болады. Егер атомдар (молекулалар) негізгі энергетикалық күйден қозған күйге өтсе немесе бір қозған күйден екінші қозған күйге өтсе, онда резонанстық люминесценция байқалады. Резонанстық люминесценция газдарда, сұйықтарда және қатты денелерде байқалады. Әсіресе резонанстық люминесценцияны сиретілген атом буларында жақсы байқауға болады. Кейбір молекулалар ұзақ жарқырайды. Бұл электрондардың метастабильді деңгейге келіп түсуінен пайда болатын құбылыс. Метастабильді деңгейлер қозған күй деңгейлерінен төмендеу орналасады. Метастабильді деңгейлер үстіңгі жақтардан толтырылып отырады. Бұл жағдайда көптеген молекулалар әдетегі қозған күйден метастабильді деңгейге келіп орналасады. Бұл кезде ол молекулалар өзінің энергиясының біразынан айырылып қалады. Молекулалар метастабильді күйде 10-4 секундтен бүтін секундке дейін тұра алады. Осы уақыт ішінде молекулалардың өте жай жарқырауы байқалады. Рекомбинациялық люминесценция қоздырушы энергияның әсерінен бөлініп кеткен бөлшектердің өзара бірігуі (рекомбинация) нәтижесінде пайда болатын құбылыс. Газдарда радикалдардың немесе иондардың бірігуі нәтижесінде қозған молекулалар пайда болады. Осы қозған молекулалар негізгі күйге өткенде люминесценция туындайды. Рекомбинациялық люминесценция кристаллофосфорларда және шала өткізгіштерде (германий, кремний) байқалады. Люминесценция поляризация күйімен және спектрмен сипатталады. Люминесценция спектрі және оған әсер ететін факторлар спектроскопия бөлімінде зерттеледі. Көбінесе люминесценцияның интенсивтілігінің орнына шығарылған энергияның қоздырушы (жұтылған) энергияға қатынасы алынады. Бұл шаманы люминесценция шығымы деп атайды. Стационар, яғни тұрақты жағдайда люминесценция шығымы шығарылатын және жұтылатын қуаттардың қатынасымен анықталады. Фотолюминесценцияның кезінде квант деп аталатын ұғым енгізіледі де, шығым спектрі қарастырылады. Басқаша айтқанда, шығымның қоздырғыш жарықтың жиілігіне байланыстылығы қарастырылады. Вавилов заңы мен Стокс ережесін қараңыз. Сондай-ақ люминесценция поляризациясы поляризациялық диаграммалармен сипатталады (поляризациялық люминесценцияны қараңыз). Люминесценция кинетикасы, яғни жарқыраудың уақытқа байланыстылығы, шығарудың интенсивтігінің қоздыру интенсивтігіне байланыстылығы және люминесценцияның басқа факторларға (мысалы температураға) байланыстылығы люминесценцияның маңызды сипаттамалары болып саналады. Қозу тығыздығы аз және қозған атомдардың саны аз болған кезде резонанстық люминесценцияның өшу кинетикасы экспоненциалдық сипатта болады: 
- қозған күйдің орташа өмір сүру ұзақтығын көрсететін уақыт; — жарқырау ұзақтығы. Қозу тығыздығы артқан сайын өшудің экспоненциалдық заңы дәл орындала бермейді. Резонанстық люминесценцияның квант шығымы 1-ге жақын болады. Спонтандық люминесценцияның өшу кинетикасы экспоненциалды заңмен сипатталса, рекомбинациялық люминесценцияның кинетикасы өте күрделі болып келеді. Ол рекомбинациясы ықтималдығына, молекулалардың электрондарды қамтуына не оларды босатуына және температураға байланысты болады. Бұл кезде өшу заңы екінші дәрежелі гипербола заңымен анықталады: 
Мұндағы Р - тұрақты сан. Өшудің мұндай заңы өте сирек, ал гиперболалық заңы жиірек кездеседі. Ол Беккерель формуласымен сипатталады:  , 
Люминесценцияның өшу уақытының 10- 8 секундтан бірнеше сағатқа дейін созылуы мүмкін. Егер сөндіру процесі жүріп жатса, онда люминесценция шығымы және өшу уақыты қысқарады. Сонымен люминесценция шығымы люминесценцияны сөндіру дәрежесіне байланысты. Сондай-ақ люминесценцияны қандай бір болмасын заттың өзіндік қасиеті деп қарастыруға болмайды. Люминесценцияның спектрін, кинетикасын және поляризациясын зерттеу заттардың энергетикалық күйінің спектрін, молекулалардың кеңістік құрылымын, энергия миграциясын зерттеп білуге үлкен мүмкіндік туғызады. Люминесценцияны зерттеу үшін оның жарқырауын тіркейтін спектрофотометрлер деп аталатын приборлар қолданылады. Өшу уақытын тіркеу үшін тауметр, флуорометр деген приборлар пайдаланылады. Люминесценттік әдіс қатты денелер физикасында кеңінен қолданылады. Кейбір биологиялық объектілердің люминесценциясын зерттеудің нәтижесінде клеткаларда болып жатқан процестерді зерттеп білуге мүмкіндік туды. Люминесценциялық жарықтың және люминесценция шығымының әжептәуір болуы жарықтың люминесценттік көздерін жасауға мүмкіндік берді (люминесценттік шам). Ядролық физикада радиолюминесценция кеңінен пайдаланылады (люминесценттік камера, сцентилляциялық счетчиктер). Люминесценттік бояулармен жол бойына қойылатын белгілерді, маталарды бояйды (люминофорлар). Люминесценция дефектоскопияда кеңінен қолданылады. Көптеген ауыл шаруашылығы өнімдерінің сапасы химиялық әдіспен тексеріледі. Бұл әдіс өте күрделі және өте қымбат құралығы мен реактивтерді қажет етеді. Сонымен қатар бұл әдіспен өнімнің сапасын анықтағанда өте көп уақыт кетеді. Сондықтан да ауыл шаруашылығы өнімдерінің сапасын тексеру үшін люминесценттік әдіс пайдаланылады. Люминесценттік талдау деп заттарға ультракүлгін рентген гамма сәулелерімен және электрондар ағынымен әсер еткенде олардан оптикалық сәулеленудің (люминесценттік жарқырау) пайда болуын айтады. Бұл әдіспен кез келген заттың сапасын бүлдірмей, оны өте тез анықтауға болады. Люминесценттік жарқыраудың спектрлік құрамы оны шығаратын толқын ұзындығына емес, тексеріліп отырған заттың құрамына, оның молекуласының құрамы мен күйіне тығыз байланысты. Сөйтіп люминесценцияның интенсивтігі мен спектрлік құрамына қарап ауыл шаруашылығы өнімдерінің сапасы мен сортын анықтауға болады. Люминесценттік талдау субъективті және объективті болып екіге бөлінеді. Ультракүлгін сәуле түсіргеннен кейін зат люминесценттік жарқырайды. Осы жарқырауды адам көзімен көріп бағалайтын болса, онда оны субъективті деп, ал құрылғы (мысалы фотоэлемент) арқылы бақыланса, онда - объективті деп атайды. Люминесценцияның спектрограммаларын түсіріп алу үшін әр түрлі спектрофотометрлермен спектрографтар пайдаланылады. Бұл объективті әдіс дәл болғанымен қымбатқа түседі. Сондықтан да субъективті әдіс көбірек пайдаланылады. Мысалы, сүттің сапасын субъективті люминесценттік әдіспен тексердік делік. Егер сүт жаңа сауылған болса сары жасыл түс, сүт бұзылған болса ол көк түспен жарқырайды. Сиыр еті жас болса ол қызыл-күлгін, бұзылған ет көгілдір-жасыл түске енеді. Бұзылмаған тауық жұмыртқасы ашық бүлдірген түске енсе, бұзылған жұмыртқа көк-күлгін түс береді. Жылулық сәуле шығару тепе-теңдік процеске, ал қалған сәуле шығарудың түрлері тепе-теңдік емес процестерге жатады. Тепе-теңдік күйлер мен процестерге термодинамика заңдарын қолдануға болады. Кирхгоф заңы. Дененің энергетикалық жарқырауы R, дененің сәуле шығару қабілеттілігімен rкелесі қатынаспен байланысқан: R Айталық, dФ-аудан элементіне түскен сәулелік энергия ағыны болсын, ал dФдененің ағынды жұтқан бөлігі болсын. Онда өлшемсіз шама
дененің жұту қабілеттілігі деп аталады. Абсолютті қара дене үшін  (11.3)
немесе f( Тепе-теңдік жылулық сәуле шығарудың спектрлік құрамының сыйпаттамасын теория жүзінде қарастырғанда жиілік функциясын  (11.5) Табиғатта абсолютті қара дене болмайды. Дегенмен қасиеттері абсолютті қара денеге өте ұқсас қондырғылар жасауға болады. Мұндай қондырғыны кішкене ғана тесігі бар тұйық қуыс деп қарастырсақ, онда осы қуысқа кірген сәуле тесіктен қайта шығу үшін қуыстың ішінде көптеген шағылыстарға ұшырайды. Әрбір шағылыс кезінде сәуле энергиясының бөлігі жұтылып отырады, сондықтан іс жүзінде кез келген жиілігі бар сәуле осындай қуыспен толық жұтылады. Кирхгоф заңы бойынша осындай қондырғының сәуле шығару қабілеттілігі жиілік функциясына  жақын, Т – қуыс қабырғасының температурасы. Егер қуыс қабырғасын белгілі бір температурада Т ұстап тұрса, онда тесік арқылы шығатын сәуле спектрлік құрамы жағынан абсолютті қара дененің шығару сәулесіне жақын болады.  функциясының тәртібін тәжірибелік зерттеу нәтижелері 7.1-суретте көрсетілген.
Тепе-теңдік күйде шығару сәулесінің энергиясы қуыстың көлемі бойынша белгілі энергия тығыздығымен u = u(T) үлестіріледі. Бұл энергияның спектрлік үлестірілуін u ( u(T) = Универсалды функция f( R = мұнда -Стефан-Больцман тұрақтысы.
b- тұрақты шама, тәжірибемен анықталған сандық мәні: b = 2,90 10 м .К. Рэлей-Джинс формуласы: 
u( f( Бұл формулалар тәжірибе нәтижелеріне толқын ұзындықтары үлкен облыста 7.2-сурет) ғана қанағаттандырарлық түрде сәйкес келеді де, ал қысқа толқындық облыстарда тіпті сәйкес келмейді (7.2-сур). (12.2) формуланы (11.6) өрнекке қойғанда, тепе-теңдік энергия тығыздығы u (T) үшін шексіз үлкен мән алынатыны көрініп тұр. Ультракүлгін күйреу деп аталған бұл нәтиже, жасалған тәжірибелерге қайшы келеді. Сәуле шығару мен сәуле шығаратын дене арасындағы тепе-теңдік u (T) функциясының шекті мәнінде ғана орындалады. Планк формуласы. (1900 г.). h немесе  - Планк тұрақтысы. Квант энергиясының шамасы сәуле шығару жиілігіне пропорционал болып келеді
 (12.4)
Жиілігі болған сәуле шығару энергиясының орташа мәні келесі түрде өрнектелетінін көрсетуге болады:  (12.5)
онда f( (12.6) – Планк формуласы деп аталады, ол тепе-теңдік сәуле шығаруды дәл суреттейді.
жүктеу/скачать 1,47 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
жақын, Т – қуыс қабырғасының температурасы. 
(11.1)
(11.2)
, егер 
болса, онда дене сұр болады. Кирхгоф заңы былай оқылады: дененің сәуле шығару қабілеттілігінің оның жұту қабілеттілігіне қатынасы дененің табиғатына байланысты емес, ол барлық денелер үшін бірдей жиіліктің (толқын ұзындығының) және температураның функциясы болып табылады:
(11.4)
- функциясын (универсалдық функция) абсолютті қара дененің сәуле шығару қабілеттілігі деп атауға болады.
қолдануға ыңғайлы, ал тәжірибелік зерттеулерде толқын ұзындығының функциясын қарастырған жөн. Екі функция бір-бірімен келесі формуламен байланысты:
-функциясымен сыйпаттауға болады, ол 
шартымен анықталады, мұндағы 
-жиілік интервалына келетін энергия тығыздығының бөлігі. Энергияның толық тығыздығы u (T) энергияның спектрлік үлестірілуімен u (
келесі формуламен өрнектеледі
(7.6)
тығыздықтың спектрлік үлестірілуімен 
байланысты
(7.7)
. (7.8)
- функциясының максимумына сәйкес келетін толқын ұзындығымен байланыстырады: T
.
. (7.9)
. (7.10)
(12.6)