Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
Важна ведаць, з чаго складаюцца навакольныя целы. Прыдумана многа спосабаў вызначаць іх састаў. Але састаў зорак і галактык можна пазнаць толькі з дапамогай спектральнага аналізу.
1. Якія аперацыі трэба прарабіць з крупінкай рэчыва, каб даведацца пра яе хімічны састаў пры дапамозе спектральнага аналізу? 2. Што вызначаецца па лініях паглынання ў сонечным спектры: састаў атмасферы Сонца або састаў яго глыбінных слаёў?
§ 63. ІНФРАЧЫРВОНАЕ I УЛЬТРАФІЯЛЕТАВАЕ ВЫПРАМЕНЬВАНHI
Бачнае выпраменьванне (святло) далёка не вычэрпвае магчымыя віды выпраменьванняў. 3 бачным выпраменьваннем суседнічае інфрачырвонае і ультрафіялетавае.
Інфрачырвонае выпраменьванне. Вернемся да доследу па даследаванню размеркавання энергіі ў спектры электрычнай дугі, які апісаны ў § 60. Пры перамяшчэнні чорнай пласціны — адчувальнага элемента прыбора — да чырвонага канца спектра выяўляецца павелічэнне тэмпературы. Калі зрушыць пласціну за чырвоны канец спектра, дзе вока ўжо не бачыць святла, то чаграванне пласціны акажацца яшчэ большым. Электрамагнітныя хвалі, якія выклікаюць гэта награванне, называюцца інфрачырвонымі. Іх выпраменьвае любое нагрэтае цела нават у тым выпадку, калі яно не свеціцца. Напрыклад, напаленая печ або батарэі ацяплення ў кватэры выпраменьваюць інфрачырвоныя хвалі, якія выклікаюць прыметнае награванне навакольных цел. Таму інфрачырвоныя хвалі часта называюць цеплавымі.
He ўспрымальныя вачамі інфрачырвоныя хвалі маюць даўжыні, якія перавышаюць даўжыню хвалі чырвонага святл'а. Максімум энергіі выпраменьвання электрычнай дугі і лямпачкі напальвання прыпадае на інфрачырвоныя прамені.
Інфрачырвонае выпраменьванне прымяняюць для сушэння лакафарбавых пакрыццяў, агародніны, садавіны і г. д. Створаны прыборы, у якіх нябачны вокам інфрачырвоны відарыс аб’екта ператвараецца ў бачны. Вырабляюцца біноклі і аптычныя прыцэлы, якія дазваляюць бачыць у цемнаце.
176
Улырафіялетавае выпраменьванне. За фіялетавым канцом спектра прыбор таксама выявіць павышэнне тэмпературы, але, праўда, вельмі нязначнае. Значыць, існуюць электрамагнітныя хвалі з даўжынёй хвалі меншай, чым у фіялетавага святла. Яны называюцца ультрафіялетавымі.
Выявіць ультрафіялетавае выпраменьванне можна з дапамогай экрана, які пакрыты люмінесцыруючым рэчывам. Экран пачынае свяціцца ў той частцы, на якую прыходзяцца прамені, што ляжаць за фіялетавай вобласцю спектра.
Ультрафіялетавае выпраменьванне адрозніваецца высокай хімічнай актыўнасцю. Павышаную адчувальнасць да ультрафіялетавага выпраменьвання мае фотаэмульсія. У гэтым можна пераканацца, спраектаваўшы спектр у зацямнёным памяшканні на фотапаперу. Пасля праяўлення папера пачарнее за фіялетавым канцом спектра мацней, чым у вобласці бачнага спектра.
Ультрафіялетавыя прамені не выклікаюць зрокавых вобразаў: яны нябачныя. Але дзеянне іх на сятчатку вока і скуру вялікае і разбуральнае. Ультрафіялетавае выпраменьванне Сонца недастаткова паглынаецца верхнімі слаямі атмасферы. Таму высока ў гарах нельга заставацца доўгі час без адзення і без цёмных акуляраў. Шкляныя акуляры, празрыстыя для бачнага спектра, ахоўваюць вочы ад ультрафіялетавага выпраменьвання, таму што шкло моцна паглынае ультрафіялетавыя прамені.
Аднак у малых дозах ультрафіялетавыя прамені аказваюць лекавае дзеянне. У меру знаходзіцца на сонцы карысна, асабліва ў юным узросце: ультрафіялетавыя прамені садзейнічаюць росту і ўмацаванню арганізма. Акрамя прамога ўздзеяння на тканкі скуры (утварэнне ахоўнага пігменту — загару, вітаміну D^), яны робяць уплыў на цэнтральную нервовую сістэму, стымулюючы рад важных жыццёвых функцый у арганізме.
Ультрафіялетавыя прамені аказваюць таксама бактэрыцыднае дзеянне. Яны забіваюць хваробатворныя бактэрыі і выкарыстоўваюцца з гэтай мэтай у медыцыне.
Нагрэтае цела выпраменьвае пераважна інфрачырвонае выпраменьванне з даўжынямі хваль, якія перавышаюць даўжыні хваль бачнага выпраменьвання. Ультрафіялетавае выпраменьванне больш караткахвалевае і валодае высокай хімічнай актыўнасцю.
1. Чаму сонечнае святло, якое прайшло скрозь аконнае шкло, не выклікае загару? 2. Ці вядома вам якаянебудзь крыніца ультрафіялетавага выпраменьвання?
177
§ 64. РЭНТГЕНАЎСКІЯ ПРАМЕНІ
Можа быць, і не ўсе чулі пра інфрачырвоныя і ультрафіялетавыя прамені, аднак аб існаванні рэнтгенаўскіх праменяў, вядома, ведаюць усе. Гэтыя цудоўныя прамені праходзяць скрозь непразрыстыя для звычайнага святла целы'.
Рыс. 153
Паглынанне рэнтгенаўскіх праменяў прапарцыянальна шчыльнасці рэчыва. Таму з дапамогай рэнтгенаўскіх праменяў можна атрымаць фатаграфіі ўнутраных органаў чалавека. На гэтых фотаздымках добра распазнаюцца косці шкілета (рыс. 153) і месцы розных перараджэнняў мяккіх тканак.
Адкрыццё рэнтгенаўскіх праменяў. Рэнтгенаўскія прамені былі адкрыты ў 1895 г. нямецкім фізікам Вільгельмам Рэнтгенам. Рэнтген умеў назіраць, умеў заўважаць новае там, дзе многія вучоныя да яго не знаходзілі нічога надзвычайнага. Гэты асобы дар дапамог яму зрабіць выдатнае адкрыццё.
У канцы XIX ст. усеагульную ўвагу фізікаў прыцягнуў газавы разрад пры малым ціску. Пры гэтых умовах у газаразраднай трубцы ўтвараліся патокі вельмі хуткіх электронаў. У той час іх называлі катоднымі праменямі. Прырода гэтых праменяў яшчэ не была з дакладнасцю ўстаноўлена; вядома было толькі, што гэтыя прамені бяруць пачатак на катодзе трубкі.
Заняўшыся даследаваннем катодных праменяў, Рэнтген хутка заўважыў, што фотапласцінка паблізу ад разраднай трубкі аказвалася засвечанай нават у тым выпадку, калі яна была загорнута ў чорную паперу. Пасля гэтага яму ўдалося назіраць яшчэ адну вельмі ўразіўшую яго з’яву. Папяровы экран, намочаны растворам плацінасіняродзістага барыю, пачынаў свяціцца, калі ім абгортвалася разрадная трубка. Прычым калі Рэнтген трымаў руку паміж трубкай і экранам, то на экране былі бачны цёмныя цені касцей на фоне больш светлых абрысаў усёй кісці
РУКІ
Вучоны зразумеў, што пры рабоце разраднай трубкі ўзнікае нейкае невядомае дасюль моцна пранікаючае выпраменьванне. Ен назваў яго А'праменямі. Пасля за гэтым выпраменьваннем трывала замацаваўся тэрмін «рэнтгенаўскія прамені».
Рэнтген выявіў, што новае выпраменьванне ўзнікла ў тым месцы, дзе катодныя прамені (патокі хуткіх электронаў) сутыкаліся з шкляной сценкай трубкі. У гэтым месцы шкло свяцілася зеленаватым святлом. Наступныя доследы паказалі, што Хпрамені
178
Рэнтген Вільгельм (1845—1923) — нямецкі фізік, які адкрыў у 1895 г. караткахвалевае электрамагнітнае выпраменьванне — рэнтгенаўскія прамені. Адкрыццё рэнтгенаўскіх праменяў зрабіла вялікі ўплыў на ўсё далейшае развіццё фізікі, у прыватнасці прывяло да адкрыцця радыеактыўнасці. Першая Нобелеўская прэмія па фізіцы была прысуджана Рэнтгену. Рэнтген садзейнічаў хуткаму распаўсюджванню практычнага прымянення свайго адкрыцця ў медыцыне. Канструкцыя створанай ім першай рэнтгенаўскай трубкі для атрымання рэнтгенаўскіх праменяў захавалася ў асноўных рысах да нашых дзён.
ўзнікаюць пры тармажэнні хуткіх электронаў любой перашкодай, у прыватнасці металічнымі электродамі.
Уласцівасці рэнтгенаўскіх праменяў. Прамені, адкрытыя Рэнтгенам, дзейнічалі на фотапласцінку, выклікалі іанізацыю паветра, але п’рыметным чынам не адбіваліся ад якіхнебудзь рэчываў і не зведвалі праламлення. Электрамагнітнае поле не рабіла ніякага ўплыву на напрамак іх распаўсюджвання.
Адразу ж узнікла меркаванне, што рэнтгенаўскія прамені —гэта электрамагнітныя хвалі, якія выпраменьваюцца пры рэзкім тармажэнні электронаў. У адрозненне ад светлавых праменяў бачнага ўчастка спектра і ультрафіялетавых праменяў рэнтгенаўскія прамені маюць значна меншую даўжыню хвалі. Іх даўжыня хвалі тым меншая, чым большая энергія электронаў, якія сутыкаюцца з перашкодай. Вялікая пранікаючая здольнасць рэнтгенаўскіх праменяў і іншыя іх асаблівасці звязваліся менавіта з малой даўжынёй хвалі. Але гэта гіпотэза патрабавала доказу, які быў атрыманы праз 15 гадоў пасля смерці Рэнтгена.
Дыфракцыя рэнтгенаўскіх праменяў. Калі рэнтгенаўскае выпраменьванне ўяўляе сабой электрамагнітныя хвалі, то яно павінна выяўляць дыфракцыю — з’яву, уласцівую ўсім відам хваль. Спачатку прапускалі рэнтгенаўскія прамені праз вельмі вузкія шчыліны ў свінцовых пласцінках, але нічога падобнага на дыфракцыю выявіць не ўдавалася. Нямецкі фізік Макс Лауэ дапусціў, што даўжыня хвалі рэнтгенаўскіх праменяў занадта малая для таго, каб можна было выявіць дыфракцыю гэтых хваль на штучна створаных перашкодах. Нельга ж зрабіць шчыліны размерам 10~8 см, паколькі такі размер саміх атамаў. А што, калі рэнтгенаўскія прамені маюць прыкладна такую ж даўжыню хвалі? Тады застаецца адзіная магчымасць — выкарыстаць крышталі. Яны ўяўляюць сабою ўпарадкаваныя структуры, у якіх адлегласці паміж асобнымі атамамі па парадку веліч'ыні роўны размеру саміх атамаў, г. зн. 108 см. Крышталь з яго перыядычнай структурай і ёсць тая натуральная прылада,
179
Рыс. 154
якая непазбежна павінна выклікаць прьіметную дыфракцыю хваль, калі даўжыня іх блізкая да размераў атамаў.
I вось вузкі пучок рэнтгенаўскіх праменяў быў накіраваны на крышталь, за якім была размешчана фотапласцінка. Вынік поўнасцю адпавядаў самым аптымістычным чаканням. Разам з вялікай цэнтральнай плямай, якую давалі прамені, што распаўсюджваліся на прамой, узніклі рэгулярна размешчаныя невялікія плямкі вакол цэнтральнай плямы (рыс. 154). З’яўленне гэтых
плямак можна было растлумачыць толькі дыфракцыяй рэнтгенаўскіх праменяў на ўпарадкаванай структуры крышталя.
Даследаванне дыфракцыйнай карціны дазволіла вызначыць даўжыню хвалі рэнтгенаўскіх праменяў. Яна аказалася меншай за даўжыню хвалі ультрафіялетавага выпраменьвання і па парадку велічыні была роўна размерам атама (108 см).
Прымяненне рэнтгенаўскіх праменяў. Рэнтгенаўскія прамені знайшлі сабе многа вельмі важных практычных прымяненняў.
У медыцыне яны прымяняюцца для пастаноўкі правільнага дыягназу захворвання, лячэння ракавых захворванняў.
Вельмі шырокае прымяненне рэнтгенаўскіх праменяў у навуковых даследаваннях. Па дыфракцыйнай карціне, якую даюць рэнтгенаўскія прамені пры іх праходжанні праз крышталі, удаецца ўстанавіць парадак размяшчэння атамаў у прасторы — структуру крышталёў. Зрабіць гэта для неарганічных крышталічных рэчываў было не вельмі складана. Але з дапамогай рэнтгенаструктурнага аналізу ўдаецца расшыфраваць будову складанейшых арганічных злучэнняў, уключаючы бялкі. У прыватнасці, была вызначана структура малекул гемаглабіну, у састаў якой уваходзяць дзесяткі тысяч атамаў.
КНІГІ ОНЛАЙН
