Mavzu: Mandelshtam-brillyuen majburiy sochilishi. Reja

Yorug’lik bosimini tajribada o’rganish
Birinchi marta yorug'lik bosimi borligi haqidagi gipotezani 17-asrda I. Kepler Quyosh yaqinidagi parvoz paytida kometa quyruqlarining xatti-harakatlarini tushuntirish uchun ilgari surdi. 1873 yilda Maksvell o'zining klassik elektrodinamikasi doirasida yorug'lik bosimi nazariyasini berdi. Yorug'lik bosimi birinchi marta 1899 yilda PN Lebedev tomonidan eksperimental ravishda o'rganilgan. Uning evakuatsiya qilingan kemadagi tajribalarida aylanuvchi muvozanat ingichka kumush ipda to'xtatilgan bo'lib, uning rokkalari mlyuda va turli metallardan yasalgan ingichka disklar bilan bog'langan. Asosiy qiyinchilik radiometrik va konvektiv kuchlar fonida yorug'lik bosimini ajratish edi (atrofdagi gazning harorati yoritilgan va yoritilmagan tomondan farqi natijasida paydo bo'lgan kuchlar). Muqobil nurlanish bilan turli tomonlar Lebedev radiometrik kuchlarni tenglashtirdi va Maksvell nazariyasi bilan qoniqarli (± 20%) kelishuvga erishdi. Keyinchalik, 1907-1910 yillarda. Lebedev gazlardagi yorug'lik bosimini o'rganish bo'yicha aniqroq tajribalar o'tkazdi va nazariya bilan maqbul kelishuvga erishdi.
Bugungi qarashlarga ko'ra yorug'lik to'lqin-zarracha ikkilikka ega, ya'ni u zarralar (fotonlar) va to'lqinlarning xususiyatlarini (elektromagnit nurlanish) namoyish etadi.
Agar biz yorug'likni fotonlar oqimi deb hisoblasak, unda klassik mexanika tamoyillariga ko'ra, zarralar tanaga urilganda unga impulsni o'tkazishi, boshqacha aytganda, bosim o'tkazishi kerak. Ba'zan bu bosim deyiladi radiatsiya bosimi.
Yorug'lik bosimini hisoblash uchun siz quyidagi formuladan foydalanishingiz mumkin:
Qayerda normal ravishda 1 s sirtga 1 m² ga tushadigan nurli energiya miqdori; yorug'lik tezligi; aks ettirish koeffitsienti.
Agar yorug'lik normal burchak ostida tushsa, bosim quyidagi formula bilan ifodalanishi mumkin:
Bu yerda nurlanish energiyasining volumetrik zichligi, aks ettirish koeffitsienti, tushayotgan nur yo'nalishining birlik vektori, aks etgan nur yo'nalishining birlik vektori.

Masalan, birlik maydoniga yorug'lik bosimi kuchining tangensial komponenti quyidagicha bo'ladi:

Birlik maydoniga yorug'lik bosimi kuchining normal komponenti quyidagicha bo'ladi:

Oddiy va tangensial komponentlarning nisbati:

Birinchi marta yorug'lik bosimi mavjud degan taxmin qilingan Nemis olimi Yoxannes Kepler 17-asrda. Quyosh yaqinida uchib yurgan kometalarning xatti-harakatlarini o'rganib, u kometaning dumi har doim Quyoshga qarama-qarshi yo'nalishda burilishlariga e'tibor qaratdi. Kepler nazarida bu og'ish qandaydir tarzda quyosh nurlari ta'sirida bo'lgan

Yorug’lik moddaga ko’ratadigan turli tasirlari orasida uning bosimi katta axamiyatga ega.Yorug’lik bosimi yorug’lik elektromagnit nazariyasining rivojlanishi uchunkatta ahamiyatga ega bo’ldi, bundan tashqair yorug’likning tabiatiga bo’lgan umumfilosofik nuqtai nazar uchun ancha qiziqarli bo’lib kosmik.
sohada ham keng qo’llaniladi.Yorug’lik o’zi yoritayotgan jismlarga bosim berihi kerak degan g’oyani Keplar aytgan bo’lib u kometalar quyruqlari shakliga o’sha bosim sabab bo’ladi deb bilgan.Yorug’lik bosimi haqidagi g’oya Nyutonning zarrlar oqib chiqish nazariyasidan ham kelib chiqadi.Bu nazariyaga muvofiq yorug’lik zarralari o’zlarini qaytaradigan yoki yutadigan jismarga urilganda impulslarining bir qismini ularga berishi , yani bosim hosil qilishi kerak.Bu masalaning nazariyasi va tajribasi juda uzun tarixga ega.Tajriba xususida juda soda urinishlar bilan birga ancha jiddiy tajribalar xam o’tkazilib, bu tajribalarning bazilari,masalam Kruks tajribasi siyraklashtirigan gazlarning kinetikasi bilan bog’liq bo’lgan maxsus xodisalarning kashf etilishiga olib keldi.Franklin o’zidan oldin yorug’lik bosimini aniqlashga bag’ishlangan barcha urinishlarning muvafaqqiyatsizlikka uchrganliklari korpuskular nazariyaga qarshi qo’yiladigan dalillardan biri sifatida ko’rsatgan.Keyinchalik ham Yung ham shu dalillardan foydalangan, biroq na Franklin van a Yung bu bosimning eng kam qiymati haqida hech narsa deya olmadilar, chunki yoruglik zarralarining massasi haqida hech narsa deyih mumkin emas edi,demak o’sha vaqtda tajribada qo’llanilgan burama tarozining sezgirligi yetarli yoki yetarli emasligi haqida ham hech narsa deyish mumkinmas edi.
Maksvel yorug’likning elektromagnitik nazariyasi asosida yorug’lik bosimining bo’lishi zarurligini keltirib chiqarganidan va hatta bu bosimning kattalligini xisoblab bergandan so’ng Franklinning yorug’likning yorug’lik to’lqin nazariyasi elastiklik nazariyasi sifatida rivojlanayotgani uchun muxim axmiyatga ega bo’lgan etirozlari korpuskular tasavvurlarga qarshi qo’yiladigan dalil sifatida o’z kuchini yo’qotdi.
Yorug’lik ko’ndalang elektromagniti to’lqin bo’lgani uchun o’tkazgich sirtiga tushganda bunday tasirlar ko’rsatishi kerak.Yoritilgan sirt tekisligida yotgan elektr vektori o’sha tekislik bo’yicha tok hosil qiladi;yorug’lik to’lqinining magnit maydoni paydo bo’lgan bu tokka Amper qonuniga asosan shunday kuch bilan tasir qiladiki, bu kuchning yo’nalishi yorug’likning tarqalish yo’nalishi bilan bir xil bo’ladi.Shunday qilib yorug’lik bilan qaytaruvchi yoki yutuvchi jism o’rtasidagi ponderomotor o’zaro tasir jismga bo’layotgan bosimni vujudga keltiradi.Bosim kuchi yorug’lining intensivligiga bog’liq bo’ladi.Yorug’lik nurlari parallel dasta tashkil qilgani holda Maksvelning hisobi bo’yicha p bosim yorug’lik energiyasining u zichligiga yani hajm birligidagi energiyaga teng bo’ladi.Bunda yorug’lik tushaytgan jism absolute qora , yani oziga tusayotgan yorug’lik energiyasini to’liq yutadigan jism deb faraz qilinadi.Agar jismning qaytarish koefitsiyenti nolga teng bo’lmay, biror R qiymatga teng bo’lsa u holda bosim p=u(1+R) bo’ladi,ideal ko’zgu uchun xususiy holda r-1 bosim p=2u bo’ladi.Agar 1 sm² yuzaga 1 s ichida normal tushayotgan energiyani E bilan belgilasak u holda nur energiyasining zichligi E/c gat eng bo’ladi, bu yerda c yorug’lik tezligi.Shunday qilib yorug’likning bosimini quyidagicha ifodalash mumkin.

Maksvel yorug’ kunda quyosh nurlari 1m² qora sirtga 0,4mG kuch bilan bosim beradi deb topdi.Agar yorug’lik devorga bo’shliq ichidagi barcha yo’nalishlar bo’yicha tushayotgan bo’lsa nurlanishning zichligi u gat eng bo’lganda qora sirtga p=u/3 bosim beriladi.
Yorug’lik bosimini birinchi bo’lib Lebedov Mokvada o’z davridagi eksperimental sanatning namunasi bo’lgan tajribalarda aniqladi va o’lchadi.
Lebedov tajribasidagi asbob ingichka ipga bog’langan yengil osmadan iborat bo’lib, bu osmaning chekkalariga yupqa yengil qanotchalar ulangan; bu qanotchalarning biri qoraytirilgan ikkinchisi esa yaltiroq holda qoldirilgan.Xavosi so’rib olingan G idish ichiga joylashtirilgan R osma juda sezgir burama tarozi tashkil qiladi.
B yoy lampaning yorug’ligi linzalar va ko’zgular sistemasi yordamida qanotchalarning biriga to’plab yuboriladi va R osmaning buralishiga sabab bo’ladi.osmaning buralishi ipga biriktirilgan ko’zgucha va truba yordamida kuzatiladi.S₁ S₄ qo’sh ko’zguni siljitib B yoyning yorug’ligini qanotchaning betiga yoki orqasiga yuborish va shu bilan osmaning buralish yo’nalishini o’zgartirish mumkin.

P₁ plastinka yorug’lik dastasining malum qismini T termoelementga yuboradi, termoelement esa tushayotgan energiya kattaligini o’lchashga imkon beradi.Tajribalar turli shakldagi osmalar yordamida
o’tkazilgan edi
.

Lebedovning tajribasi asosiy qiyinchiliklar gazning konveksioan oqimlari borligi va radiometric tasirni mavjudligi edi.Bu halaqitlar yorug’lik bosimidan bir necha yuz ming marta katta bo’lsihi mumkin.

Konveksion oqimlar qanotchalar bir oz og’ib turganda osmani buradi.Bu tasir tushayotgan yorug’lik oqimining yo’nalishiga bog’liq bo’lmagani uchn Lebedov konveksioan oqimlarni o’rganish va vbartaraf qilsihda yoritish yo’nalishini o’zgartirishdan foydalangan.
Ammo bu tajriba aniq natijalarni bermadi. Uni amalga oshirishda qiyinchiliklar bo'lgan. Vakuum nasoslari o'sha paytda mavjud bo'lmaganligi sababli ular odatdagi mexanik nasoslardan foydalanganlar. Va ularning yordami bilan idishda mutlaq vakuum hosil qilish mumkin emas edi. Nasos chiqarilgandan keyin ham uning ichida bir oz havo qoldi. Idishning qanotlari va devorlari boshqacha isitilgan. Yorug'lik nuriga qaragan tomon tezroq isiydi. Va bu havo molekulalarining harakatlanishiga sabab bo'ldi. Issiq havo oqimlari yuqoriga ko'tarildi. Qanotlarni mutlaqo vertikal ravishda o'rnatib bo'lmaydiganligi sababli, bu oqimlar qo'shimcha momentlarni yaratdi. Bundan tashqari, qanotlarning o'zi notekis qizib ketgan. Yorug'lik manbasiga qaragan tomon qiziydi. Natijada, ipning burilish burchagiga qo'shimcha ta'sir ko'rsatildi.
Tajribani yanada aniqroq qilish uchun Lebedev juda katta kemani oldi. U ikki juft juda nozik platina doiralardan qanot yasadi. Bundan tashqari, bir juft doiralarning qalinligi boshqa juft doiralarning qalinligidan farq qilar edi. Tayoqning bir tomonida aylanalar ikkala tomonida yaltiroq, boshqa tomonida bir tomoni platina qora bilan qoplangan. Qanotlarga ta'sir qiluvchi kuchlarni muvozanatlash uchun ularga bir tomondan yoki boshqa tomondan yorug'lik nurlari yo'naltirildi. Natijada nurning qanotlarga bosimi o'lchandi. Eksperimental natijalar Maksvellning yorug'lik bosimi mavjudligi haqidagi nazariy taxminlarini tasdiqladi. Va uning qiymati Maksvell bashorat qilgan bilan deyarli bir xil edi.

1907 - 1910 yillarda aniqroq tajribalar yordamida Lebedev yorug'likning gazlarga bosimini o'lchadi.

Yorug'lik, har qanday elektromagnit nurlanish kabi, energiyaga ega E .

Uning impulsi p \u003d E v / v 2 ,

qaerda v - elektromagnit nurlanish tezligi,

v bu yorug'lik tezligi.

Chunki v = dan keyin p \u003d E / s .

Kvant nazariyasining paydo bo'lishi bilan yorug'lik fotonlar oqimi sifatida qaraldi - elementar zarralar, yorug'lik kvantalari. Fotonlar tanaga zarba berib, o'zlarining impulslarini unga o'tkazadilar, ya'ni bosim o'tkazadilar.

Radiometrik tasirlar siyraklashgan gazda qanotchaning yoritilgan va yoritilmagan tomoni temperaturalar farqi natijasida paydo bo’ladi.Balonda qolgan gazning molekulalari qanotchaning issiqroq tomonidan tezlik bilan qaytadi, tepki natijasida qanotchalar yorug’lik oqimi tasirida buralgan tomonga buralishga intiladi.Agar temperaturalar farqini kamaytirish uchun juda yupqa qanotchalarni qo’llab , balondagi gazning bosimi kamaytirilsa radiometric tasir kamaytiriladi.Agar yorug’lik yaltiroq qanotchaga tushadigan bo’lsa yorug’likning bosimi yorug’lik qoraytirilgan qanotchaga tushgandaguga qaraganda taxminan ikki marta katta bo’lshi kerak.Aksincha qoraytirilan qanotcha yoritilganda radiometrik tasir ko’proq bo’ladi, chunki qoraytirilgan qanotcha kuchliroq qiziydi.Lebedovning tajrbasida Yaltiroq qanotchaga qoraytirilgan qanotchag qaraganda taxminan 2 barobar ko’p tasir qilishi haqiqatdan ham kuzatilgan bo’lib, radiometric tasirni radiometric tasirning to’liq bartaraf qilinganligi isbot qiladi.
Lebedov o’lchashlari yorug’lik bosimining maksvel hisoblab chiqgan qiymatiga to’g’ri keladigan natijalar berdi.Ko’p yillardan so’ng Gerlax vakum olishning mukammalroq usullaridan foydalanib Lebedov tajribalarini takrorladi.Natijada tejriba o’tkazish yanglishibgina qolmay balki natijalar nazariyaga yaxshiroq to’g’ri keladigan bo’lib chiqdi. Lebedov yorug’lining gazlarga ko’rsatadigan bosimini toppish va o’lchash kabi yana boshqa juda xam qiyin masalani hal qildi.