Modul №1 optika fanining rivojlanish tarixi

Tayanch iboralar:
To’lqin uzunlik, erkin elektronlar, lyuminessensiya, xemilyuminessensiya, fotolyuminessensiya, elektrolyuminessensiya, katodolyuminessensiya, issiqlik nurlanishi, muvozanatli holat, temperaturaviy nurlanish, Prevo qoidasi, nurlantirish qobiliyati, energetik yorituvchanlik, energetik ravshanlik, jismning yutish qobiliyati, mutloq qora yoki mutloq yutuvchi jismlar, Kirxgof qonuni, mutloq qora jismning nurlantirish qobiliyati, qora bo’lmagan jismlar.


Mavzu bo’yicha savollar.
1. Jism nurlanganishi bilan bir vaqtda jism ichida qanday o’zgarishlar sodir bo’ladi va nur chiqarayotgan sistemaning holati o’zgaradimi?
2. Lyuminessensiya hodisasini (xemilyuminessensiya, fotolyuminessensiya, elektrolyuminessensiya, katodolyuminessensiya) tushuntiring.
3. Muvozanatli nurlanish (temperaturaviy nurlanish)deganda nimani tushunasiz?
4. Prevo qoidasini tushuntiring.
5. Jismning nurlantirish qobiliyati deb nimaga ataladi?
6. Muayyan spektral intervalning yorug’lik oqimi bilan bu intervalning eni bir-biriga qanday munosabat bilan bog’langan?
7. Jismning yutish qobiliyati deb nimaga ataladi?
8. Mutloq qora yoki mutloq yutuvchi jismlar deb qanday jismlarga aytiladi?
9. Kirxgof qonunini tushuntiring.
10. Qanday jismlarga qora bo’lmagan jismlar deyiladi?
21-MAVZU: STEFAN-BOLSMAN QONUNI, VINNING SILJISH QONUNI, PLANK FORMULASI.


Reja:
1. Stefan-Bolsman qonuni.
2. Vinning siljish qonuni.
3. Nurlanishning kvant nazariyasi.

Kirxgofning qonuni issiqlik nurlanishi nazariyasining diqqat markaziga qora jismning nurlantirish qobiliyati bo’lmish funksiyani qo’yadi. Bu funksiyaning qanday ko’rinishda bo’lishini aniqlash issiqlik nurlanish to’g’risidagi ta’limotning asosiy masalasi bo’ldi. Dastlab qora jismning umumiy nurlanishini aniqlovchi qonun (Stefan-Bolsman qonuni) nazariy va eksperimental yo’l bilan topildi; so’ngra izlanayotgan funksiyaning ba’zi bir asosiy belgilari aniqlandi (Vin qonuni), tajriba yo’li bilan bu funksiyaning ν ga bog’liq ravishda o’zgarishining turli T temperaturalar uchun juda aniq grafiklari topildi va nihoyat, muvaffaqiyatsiz chiqqan, ammo masalani tushunish uchun ahamiyati ulkan bo’lgan qator urinishlardan so’ng (V.A.Mixel’son, Reley-Jins, Lorents) masalaning uzil-kesil nazariy yechimi topildi (M.Plank, 1900 y.). Bu yechim faqat fizikaning asosiy tasavvurlarini prinsipial ravishda o’zgartirish yo’li bilan, fizika faniga prinsipial yangi asos solgan kvantlar nazariyasini yaratish yo’li bilan topilgan.

Integral nurlanishning (ya’ni barcha to’lqin uzunliklarini o’z ichiga olgan umumiy nurlantirishning) temperaturaga bog’lanishini aniqlovchi qonunning topilishi birinchi bosqich bo’lgan edi. Stefan (1879 y.) o’zining tajribalari natijalariga asoslanib, shuningdek boshqa tadqiqotchilarning o’lchash natijalarini tahlil qilib, 1 s ichida 1 sm² yuzadan nurlantirilayotgan umumiy energiya nurlantirgichning mutloq temperaturasining to’rtinchi darajasiga proporsional bo’ladi, degan xulosaga keldi. Stefan bu qonun har qanday jismning nurlanishi uchun to’g’ri bo’ladi deb hisoblagan, ammo keyingi o’lchashlar uning bu xulosasi to’g’ri emasligini ko’rsatdi. 1884 y. da Bolsman termodinamik mulohazalarga va nur energiyasining zichligiga proporsional bo’lgan bosimi mavjud bo’lishi to’g’risidagi fikrga asoslanib, mutloq qora jismning umumiy nurlanishi temperaturaning to’rtinchi darajasiga proporsional bo’lishi kerakligini, ya’ni
(21.1)
ekanligini nazariy ravishda ko’rsatdi, bunda - Stefan-Bolsman doimiysi deyiladi, (1) - ifoda esa Stefan-Bolsman qonuni deb ataladi. Bu qonunni faqat mutloq qora jism uchun tatbiq etish mumkin.
Stefan-Bolsman qonuni qora jismning faqat umumiy nurlanishi intensivligiga tegishli bo’lib, energiyaning spektr bo’yicha taqsimoti to’g’risida hech qanday ma’lumot bermaydi. funksiyaning ko’rinishini nazariy yo’l bilan aniqlashga birinchi bo’lib uringan tadqiqotchi V.A.Mixel’son (Moskva, 1887 y.) edi. Garchi Mixel’son formulasi tajriba ma’lumotlariga uncha mos kelmasa ham, uning keltirilib chiqarilishi bu masalaning tarixida muhim rol o’ynaydi.
1 893 yilda Vin qora jism nurlanishining ikkinchi qonunini nazariy ravishda asosladi. Vin ideal ko’zgusimon idish ichidagi nurlanishning idish hajmi kichrayotgandagi qisilish jarayonini termodinamik nuqtai nazardan qarab chiqdi va harakatlanayotgan ko’zgudan qaytayotgan nurlanishning chastotasi o’zgarishini e’tiborga olib, qora jismning nurlantirish qobiliyati quyidagi ko’rinishda bo’ladi, degan xulosaga keldi:
(21.2)
bunda c – yorug’likning vakuumdagi tezligi, f funksiyaning ko’rinishini aniqlash uchun Vin mulohazalari yetarli bo’lmay qoldi.
Vin erishgan muhim natija nurlantirish qobiliyatining ifodasiga temperaturaning faqat nisbat ko’rinishida kirishini topishi bo’ldi. Qator tadqiqotchilarning puxta qilib o’tkazgan o’lchashlari tufayli funksiyaning emperik grafigi aniqlandi va Vinning nazariy xulosalari tekshirib ko’rildi. Bu tadqiqotlar oqibatida olingan egri chiziqlar 21.1-rasmda ko’rsatilgan. Ular ni λ ning funksiyasi sifatida ifodalaydi. ning har bir temperatura uchun maksimumi borligi rasmdan ko’rinib turibdi. Bu maksimumning λ shkaladagi vaziyatini aniqlash uchun munosabatdan foydalanib, Vin qonunining ifodasida ν dan λ ga o’tamiz, u holda
(21.3)
hosilani nolga tenglashtirib, λ_max maksimumning vaziyati quyidagi shartni qanoatlantirishi ko’rinadi:
T λ_max = b (21.4)
Bundagi b miqdor temperaturaga bog’liq emas. 21.1-rasmdagi eksperimental egri chiziqlar bu xulosani tasdiqlaydi va b ning hozirgi qiymati b = 0,2898 sm^.grad = 2,898^.10⁷ A^o.grad. Bu ko’rinishida Vin qonunini siljish qonuni deb ham yuritiladi, chunki bu qonun temperatura ko’tarila borgan sari funksiya maksimumining vaziyati qisqa to’lqinlar sohasi tomon siljishini ko’rsatadi.
Reley-Jins formulasi. Reley va Jins energiyaning erkinlik darajalari bo’yicha teng taqsimlanishi haqidagi mumtoz statistik teoremaga asoslanib va har bir elektromagnit tebranishga o’rta hisobda kT ning ikkita yarmi, ya’ni uning bitta yarmi to’lqinning elektr energiyasiga va ikkinchi yarmi magnit energiyasiga to’g’ri keladi deb hisoblab funksiya uchun quyidagi ifodani oldilar:
(21.5)
bu ifoda Reley-Jins formulasi deb ataladi.
R eley-Jins formulasi bilan olingan egri chiziqni tajribada olingan chiziq bilan solishtirib ko’ramiz. Rasmdan ko’rinadiki, natijalar faqat katta to’lqin uzunliklaridagina mos keladi. Kichik to’lqin uzunliklarida funksiya, yoki R_e energetik yorituvchanlik cheksiz qiymatlarga intilishini ko’rsatadi. Undan olamning ultrbinafsha halokati deb nom olgan xulosa kelib chiqadi. Ya’ni barcha jismlar o’zlaridan kichik to’lqin uzunliklarida cheksiz ko’p energiya chiqarib, temperaturalari pasayishi va olamning muzlashi kerak degan tushuncha paydo bo’ladi.
Issiqlik nurlanishi qonunlarini mumtoz fizika asosida tushuntirishlarning barchasi muvoffaqiyastizlikka uchrashi bu qonunlardan tashqari yana qandaydir qonuniyatlar borligini ko’rsatdi.
1900 y.da M.Plank f(, T) funksiyaning tajriba natijalari bilan aniq mos keluvchi ifodasini topishga muvoffaq bo’ldi. Buning uchun u mumtoz nazariyaga mos kelmovchi quyidagi nazariyani ilgari surdi: elektromagnit to’lqinlari alohida-alohida energiya porsiyasi (kvanti) shaklida tarqaladi. Kvant energiyasi nurlanish chastotasiga proporsional:
(21.6)
Issiqlik nurlanishida energiya taqsimoti funksiyasi ko’rinishi quyidagicha:
(21.7)
Bu formula Plank formulasi deb aytiladi. Plank doimiysining tajribalardan topilgan qiymati quyidagiga teng: .
Plank formulasi yordamida yuqorida bayon qilingan barcha qonunlarni keltirib chiqarish mumkin. Issiqlik nurlanishi qonunlarini o’rganish jarayonida kvant fizikasiga asos solindi va bu nazariya yordamida barcha mikro va makro dunyoda ro’y berayotgan hodisalar to’la tushuntirilib berildi.