27-мавзу. Нурланишнинг квант назарияси. Режа

27-мавзу. Нурланишнинг квант назарияси.


Режа
1. Иссиқлик нурланишининг характеристикаси.
2. Абсолют қора жисм ва унинг нурланиш қонунлари. Кулранг жисм. Кирхгоф конуни.
3.Стефан –Больцман, Рэлей – Жинс ва Вин силжиш қонуни.
4.Ёруғликни сочилиши.
5.Спектроскопия. Спектр турлари. Қуёш ва космик нурларнинг биосферага таъсири.


§ 1. Иссиқлик нурланишининг характеристикаси.
Ёруғликни электромагнит ва квант назарияси ҳақида тушунча. Максвелл таклиф қилган тенгламалар шаклидаги электромагнит назария, моддалар ва муҳитларни электр ҳамда магнит параметрларини бир-бири билан боғлайди.
Максвелл ёруғликни вакуумдаги тезлиги электромагнит тўлқинларни тарқалиш тезлигига мос тушушини аниқлаган. Бундай мослик, ёруғликни электромагнит табиатига эга эканлиги ҳақидаги фикрга олиб келди. Электр ва магнит параметрлар муҳитнинг оптик параметрлари билан ҳам боғлиқдир.
Ёруғлик ва электромагнит тўлқинлар кўндаланг бўлиб, бир хил тезлик билан тарқалганлиги учун, ёруғлик - фазода тарқалувчи электромагнит нурланиш деб ҳисобланади. Бу назарияга биноан, ёруғлик– кўриш ҳиссиётини вужудга келтирувчи электромагнит тўлқинлардир. Ёруғликни электромагнит назариясига биноан, ҳар қандай ёруғлик нурланиши электромагнит тўлқинлардир.
Максвеллнинг электромагнит назариясига биноан
(1),
бу ерда, с₀ ва V – тегишлича ёруғликни вакуумдаги ва муҳитдаги тезлиги,
-диэлектрик сингдирувчанлик, -магнит сингдирувчанлик, n – муҳитни абсолют сингдирувчанлиги.
Муҳитни абсолют сингдирувчанлиги деганда, вакуумда электромагнит тўлқинлар тарқалиш тезлиги, муҳитдагига қараганда қанча катта эканлигини кўрсатувчи катталикдир. Бу муносабат ёруғлик электромагнит назариясининг мазмунини ташкил қилади.
Кўринувчи ёруғлик нурланишга биз одатда частотаси
4∙10¹⁴ – 7,5∙10¹⁴ Гц бўлган тўлқинларни киритамиз.
Тажрибада тўлқинни  частота билан эмас, балки вакуумдаги тўлқин узунлиги  билан характерланади:
(2)
Вакуумда кўринувчи нурланиш 400-760 Нм тўлқин узунлигига эга. Кўринувчи ёруғлик ранги ёруғлик тўлқинининг частотасига боғлиқ.
Ёруғлик бир муҳитдан иккинчи муҳитга ўтганда ранг сақланади, яъни частота ўзгармайди, тўлқин узунлиги эса ўзгаради. Демак, нурланиш ранги тўлқин узунлиги билан характерланганда, у вакуумдаги тўлқин узунлигига мос келади.
Максвелл назариясини заифлиги ёруғлик тўлқинларини ташувчи дунё эфири мавжуд деб ҳисоблаганлиги ҳамда нурланиш ва ютилиш билан боғлиқ бўлган қонуниятларни тушунтира олмаганлигидир. Хусусан, энергияни тебраниш частоталари бўйича тақсимоти ёруғлик тарқатувчи жисмлар нурланишида электромагнит назария хулосалари билан мос келмайди.
1900 йили немис физиги Макс Планк (1858-1947), атом электромагнит тўлқинларни узлуксиз эмас, балки дискрет (сакраш йўли билан), алоҳида порциялар ёки квантлар кўринишида нурлатади деган хулосага келди. Унинг энергияси
ε= hυ (3)
бу ерда, h=6.63∙10^-34 Дж.с – Планк доимийси, υ – нурланиш частотаси.
Планкдан бироз кейин А.Эйнштейн ёруғликни фақат нурланиши мавжуд бўлмай, балки ютилиши ҳам мавжуд эканлигини ҳамда квант шаклида тарқалишини аниқлади. Бу фотон деб аталади.
М.Планк, А.Эйнштейн, Н.Бор ва бошқа олимларнинг ишлари натижасида ёруғликни квант назарияси яратилди. Бу янги назария ёруғликни тўлқин ва корпускуляр хусусиятини бирлаштириб, эфирнинг мавжудлигини керак эмас қилиб қўяди.
(3) формуладан кўринадики, квант (фотон) энергияси электромагнит нурланиш частотасига пропорционалдир.
(2) ни ҳисобга олиб (3) дан
(4 ) ифодани оламиз.
Бундан кўринадики, фотон энергияси вакуумдаги нурланишни тўлқин узунлигига тескари пропорционал экан.
Шуни эсда тутиш керакки, вакуумда фотон ёруғлик тезлигига тенг тезлик билан ҳаракат қилади; ҳеч қачон тўхташи ёки тезлигини ўзгартириши мумкин эмас. Фотон учун тинч ҳолат йўқ. Фотонлар модда атомлари томонидан ютилиши ва уларга энергиясини бериши мумкин, ҳамда атомдан нурланиши мумкин.
Ёруғликни корпускуляр хусусиятини ўз ичига олган квант назарияси Ньютон назариясидан ҳамда тўлқин назариясидан тубдан фарқ қилади.
Натижа қилиб шуни айтиш мумкинки, ёруғлик икки табиатли экан – тўлқин ва корпускуляр, яъни дискретлик ва узлуксизлик бирлигидан иборат экан. Квант назариясига биноан, модданинг ҳар бир заррачаси тўлқин хусусиятига, ҳар бир тўлқини эса корпускуляр хусусиятига эгадир.
Ёруғлик тарқалишида тўлқин хусусиятига, нурланиши ва ютилишида эса– квант хусусиятига эга. Ҳар қандай оптик нурланиш бир пайтни ўзида тўлқин ва квант хусусиятига эга.