Фяза вя заман

4. İşığın dispersiyası.
Eyni bir mühitdə işıq dalğalarının yayılma sürəti dalğa uzunluğundan , yaxud tezlikdən asılıdır. Rəqsin tezliyi artdınca ( yaxud dalğa uzunluğu kiçildikcə ) işığın yayılma sürəti azalır, yəni qırmızı rəngdən bənövşəyi rəncə keçdikcə işığın yayılma sürəti azalır. Buna uyğun olaraq sındırma əmsalı da böyüyür :

( 1)

Ağır şüşənin ( flinq) qırmızı şüaya uyğun sındırma əmsalı olduğu halda, həmin şüşənin bənövşəyi şüanı sındırma əmsalı olur.

Maddənin sındırma əmsalının işığın dalğa uzunluğundan ( yaxud tezliyindən ) asılı olması hadisəsi işığın dispermsiyası adlanır. Bu asılılığı (yaxud ) funksiyası ilə xarakterizə etmək olar. Dalğa uzunluğunun artması ilə sındırma əmsalı monoton azalarsa, belə dispersiya normal dispersiya adlanır ( şəkil 1).

Şəkil 1.

Dispersiyanı ilə göstərsək, onda

yaxud

Normal dispersiya oblastında - in - dan asılılığını

şəklində də ifadə etmək olar. Bu ifadə Koşi düsturu adlanır. Burada sabit kəmiyyətlər olub, hər bir maddə üçün təcrübi yolla təyin edilir. Bir sıra hallarda birinci iki hədlə kifayətlənmək olur. Bu halda maddənin dispersiyası üçün

Mənfi işarəsi dalğa uzunluğunun artması ilə sındırma əmsalının azaldığını göstərir.

Bir sıra hallarda işığın yayılması sürəti dalğa uzunluğunun artması ilə azalır, yəni qısa dalğalar ( bənövşəyi şüa ) uzun dalğalara nisbətən ( qırmızıya) böyük sürətlə yayılır. Bu o deməkdir ki, uzun dalğalar qısa, dalğalara nisbətən çox sınır. Belə dispersiya anomal dispersiya adlanır. Anomal dispersiya metalların buxarında müşahidə olunur. İstənilən maddə üçün anomal dispersiya oblastı vardır. Bəzi maddələr üçün bu oblast spektrin görünən hissəsinə uyğun gəlir.

Dispersiya hadisəsində ilk addım mürəkkəb işığın sadə ( monoxromatik ) işıqlara ayrılması hadisəsinin araşdırılmasıdır. Bütün dalğa uzunluğuna malik olan işıq dalğaları , boşluqda udulmayayayq eyni sürtələ yayılır. Hər hansı bir mühitdə isə , hətta qazda belə müxtəlif dalğa uzunluğuna malik şüalar az və ya çox dərəcədə udulur. Udma oblastında asılılığı anomal xarakter daşıyır, dalğa uzunluğunun artması ilə sındırma əmsalı böyüyür.

Monoxromalik işıq ağır şüşədən hazırlanmış prizmadan keçdikdə sınaraq prizmanın oturacağına doğru seyl edir. Ağ işıq prizmadan keçdikdə tərkib hissələrinə ayrılır. Müxtəlif dalğa uzunluğuna malik şüalar müxtəlif bucaq altında meyl edərək prizmadan ayrı – ayrı şüalar şəklində çıxır.

İşığın dispersiyasını təcrübi olaraq ilk dəfə 1666- cı ildə Nyuton öyrənmişdir. işıq mənbəyi linzasının fokusunda yerləşdirilmişdir, başqa sözlə, parlaq işıq mənbəyindən çıxan şüalar yarığından keçərək linzasına düşür. ekranında linzası vasitəsilə mənbəyinin xəyalı alınır. Linzadan çıxan şüaların yoluna prizma əlavə etdikdə şüalar prizmadan keçdikdə tərkib hissələrinə ayrılır və ekranda rəngli zolaqlar ( qırmızı, narıncı, sayı, yaşıl , mavi, göy, bənövşəyi) alınır ki, Nyuton bunları spektr adlandarmışdır. Deməli ağ işıq mürəkkəb işıq olub yeddi rəngdən ibarətdir. Qırmızı işıqdan bənövşəyi işığa doğru getdikcə işığın meyl etməsi də ( snıması ) böyüyür ( şəkil 2).

Şəkil 2.

5. İstilik şüalanması qanunları.

Yüksək temperaturlarda cisimlərin atomları kvant şəklində şüa enerjisi şüalandırır. Hər bir kvant həm müəyyən kütləli maddi zərrəcikdən, həm də müəyyən tezliklə xarakterizə olunan dalğa sistemindən ibarətdi.

Şüalanma zamanı cisimdə heç bir kimyəvi dəyişiklik əmələ gəlmir, ancaq atomların istilik enerjisi hesabına olur. Ona görə də bərk cismin belə şüalanması istilik, yaxud temperatur şüalanması adlanır. İstilik şüalanması ancaq cisimlərin qızdırılması hesabına yaranan şüalanmadır. İstilik şüalanması atom və molekulların istilik hərəkəti nəticəsində onların həyacanlanması zamanı buraxılan elektromaqnit dalğalarıdır. Bütün digər şüalanmalardan fərqli olaraq istilik şüalanması tarazlıqda olan şüalanmadır.

İstilik şüalanmasının intensivliyi və spektral tərkibi cismin temperaturu, kimyəvi tərkibi və onun aqreqat halıqdan asılıdır. Cisim hansı tezlikli şüaları buraxırsa, həmin tezlikli şüaları da udur. Cisimlərin istilik şüalanması şüaburaxma və şüaudma qabiliyyəti kimi iki kəmiyyətlə xarakterizə olunur.

Cisimin vahid səthindən vahid zamanda və tezliyi ilə intervalında buraxılan şüa enerjisinin miqdarına cismin şüaburaxma qabiliyyəti deyilir :

- in BS – də vahidi coul /m² san və ya Vt /m² qəbul olunub. Optik şüalanma oblastında elektromaqnit dalğalarının enerji seli sadəcə olaraq işıq seli adlanır.

Müəyyən dalğa uzunluğunda cismin 1 sm² səthinə düşən ümumi şüalanma enerjisinin nə qədər hissəsinin udulduğunu göstərən kəmiyyətə şüaudma qabiliyyəti deyilir. Udma əmsalı müəyyən dalğa uzunluğunda udulan işıq enerjisinin cismin səthinə düşən tam işıq selinə olan nisbətinə bərabərdir :

burada - udulan işıq enerjisi, isə cismin səthinə düşən işıq enerjisidir. Əgər və monoxromatik şüalanmaya məxsusdursa, onda spektral şüaudma adlanır və , ilə işarə olunur. Bu kəmiyyətlər müəyyən temperatura aid olduğunda və ilə işarə edilir.

Cisim hər bir temperaturda üzərinə düşən bütün elektromaqnit dalğalarının hamısını udarsa, belə cisim mütləq qara cisim adlanır. Mütləq qara cisim üçün ixtiyari temperatur və dalğa uzunluğunda

Təbiətdə mütləq qara cisim yoxdur, ancaq udma xassəsinə görə ona yaxın cisimlər vardır. His, qara məxmər və s. cisimlər üçün - nin qiyməti vahidə yaxın olur.

Mütləq qara cisim almaq üçün kiçik deşiyi olan içərisi qaraldılmış istənilən formada cisim götürülr. Bu qaralanmış boşluğa daxil olan işıq şüası xaricə çıxmadan daxildə bir neçə dəfə əks edildikdən sonra tamamilə udulur. Şüa hər dəfə əks olan zaman şüa enerjisinin bir hisssəi udulduğundan nəhayət şüa tamamilə udulur ( şəkil 1, a). Üzərinə düşən enerjini tamamilə əks etdirən mütləq güzgü səthi üçün olur. Cisim spektrin bütün rənglərini eyni dərəcədə udma qabiliyyətinə malik olarsa, və udma ancaq cismin temperaturu, materialı və səthinin vəziyyətindən asılı olarsa, belə cisim boz cisim adlanır. Boz cisimlər üçün olur və - nin bütün qiymətlərində sabit qalır. Tutaq ki, qapalı boşluq daxilində temperatur sabit saxlanılır və bu boşluqda müxtəlif cisimlər vardır. Şüaburaxma və şüaudma nəticəsində bir müddətdən sonra onların temperaturu bərabərləşir. Cisim qızdırıldıqda onun tempera-turunu sabit saxlamaqla baş verən şüalanma qərarlaşmış ( stasionar) şüalanma adlanır

Cisimlərin temperaturu bərabərləşəndə cisimlərin şüaburaxması ilə şüalanması arasında dinamik tarazlıq baş verir. Tarazlıq şüalanması zamanı cisim çox şüa udduqda, çox da şüalanır.

Cisimlərin şüaudma və şuaburaxma qabiliyyətləri arasında müəyyən əlaqə mövcuddur. Kirxhof göstərmişdir ki, cisimlərin şüaburaxma qabiliy-yətinin şüaudma qabiliyyətinə olan nisbəti cisimlərin təbiətindən asılı olmayıb bütün cisimlər üçün universal funksiya olub dalğa uzunluğundan və temperaturdan asılıdır, yəni

Yaxud nisbət ədədi qyimətcə mütləq qara cismin şüaburaxma qabiliyyətinə, yəni - yə bərabərdir :

Kirxohf qanunundan görünür ki, müəyyən dalğa uzunluğu və müəyyən temperaturda cismin şüaburaxma qabiliyyəti onun şüaudma qabiliyyəti ilə düz mütənasibdir. Bunu aşağıdakı təcrübədən görmək olar. Ağ farfor lövhənin üzərində hislə dairə yaradılır ( yəni yüksək udma əmsalına malik sahə yaradılır). Əgər lövhəni yüksək temperatura qədər qızdırıb və qaranlıqda onu müşahidə etsək, qaralanan hissəsinin işıq verdiyini, lövhənin qalan hissəsinin isə şüalanmadığını görəcəyik ( şəkil 1, b). Kirxhof qanunundan aydın olur ki, cisim hansı şüaları udursa, o şüaları da buraxır.

Kirxhof qanunundan istifadə edərək hər hansı cismin udma əmsalı məlum olduqda, onun və həmçinin mütləq qara cismin şüaburaxma qabiliyyətini təyin etmək olar :

( 1)

Mütləq qara cismin şüalanma qabiliyyətini iki qanunla təyin etmək olar.

Stefan – Bolsman qanunu. Stefan – Bolsman qanunu nəzəri olaraq termodinamik mülahizələrə əsasən çıxarılmış və təcrübi olaraq təsdiq edilmişdir. Bu qanun cismin şüalandırdığı enerji miqdarını hesablama imkan verir.

Mütləq qara cismin inteqral şüaburaxma qabiliyyəti ( 1 sm² səthdən 1 san – də bütün dalğa uzunluqlarına uyğun şüalanan enerji ) onun mütləq temperaturunun dördüncü dərəcəsi ilə düz mütənasibdir ;
( 1,a)

burada - cismin 1 sm² səthinin y saniyədə şüalandırdığı şüa enerjisi, T – şualanan cismin mütləq temperaturu , - sabit kəmiyyət olub, Stefan – Bolsman sabiti adlanır. Bu sabit mütləq qara cismin 1 sm² səthindən 1 saniyədə və 1K temperaturda şüalandırdığı enerji miqdarıdır. Onun ədədi qiyməti

Yaxud

1.