Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
Д касці, нягледзячы на нізкі ўзровень тагачаснай
эксперыментальнай тэхнікі, узяўшы вельмі вялікі g сасуд і вельмі тонкія крыльцы. У рэшце рэшт
існаванне светлавога ціску на цвёрдыя целы было даказана і ён быў вымераны. Атрыманае значэнне супала з прадказаным Максвелам. Пазней пасля трох гадоў работы Лебедзеву ўдалося ажыццявіць яшчэ больш тонкі эксперымент: вымераць ціск святла на газы.
Рыс. 163 З’яўленне квантавай тэорыі святла дазволіла
194
Лебедзеў Пётр Мікалаевіч (1866—1912) — рускі фізік, які ўпершыню вымераў ціск святла на цвёрдыя целы і газы. Гэтыя працы Лебедзева колькасна пацвердзілі тэорыю Максвела. Імкнучыся знайсці новыя эксперыментальныя доказы электрамагнітнай тэорыі святла, Лебедзеў атрымаў электрамагнітныя хвалі міліметровай даўжыні і даследаваў усе іх уласцівасці.
Лебедзеў стварыў першую ў Расіі фізічную школу. Яго вучнямі з'яўляюцца многія выдатныя савецкія вучоныя. Імя Лебедзева носіць Фізічны інстытут AH СССР (ФІАН).
больш проста растлумачыць прычыну светлавога ціску. Фатоны, падобна да часцінак рэчыва, якія маюць масу спакою, валодаюць імпульсам. Пры паглынанні іх целам яны перадаюць яму свой імпульс. Згодна з законам захавання імпульсу імпульс цела роўны імпульсу паглынутых фатонаў. Таму цела, якое знаходзіцца ў спакоі, прыходзіць у рух. Змяненне імпульсу цела азначае, згодна з другім законам Ньютана, што на целы дзейнічае сіла.
Доследы Лебедзева можна раглядаць як эксперыментальны доказ таго, што фатоны валодаюць імпульсам.
Хаця ціск святла ў звычайных умовах вельмі малы, тым не менш яго дзеянне можа стаць істотным. Унутры зорак пры тэмпературы ў некалькі дзесяткаў мільёнаў кельвін ціск электрамагнітнага выпраменьвання павінен дасягаць велізарнай велічыні. Сілы ціску святла разам з гравітацыйнымі сіламі адыгрываюць істотную ролю ва ўнутрызоркавых працэсах.
Ціск святла згодна з электрадынамікай Максвела ўзнікае зза дзеяння сілы Лорэнца на электроны асяроддзя, якія вагаюцца пад дзеяннем электрычнага поля электрамагнітнай хвалі. 3 пункту гледжання квантавай тэорыі ціск з’яўляецца дзякуючы перадачы целу імпульсаў фатонаў пры іх паглынанні.
У якім выпадку ціск святла большы: пры падзенні яго на люстраную паверхню або на чорную?
§ 71. ХІМІЧНАЕ ДЗЕЯННЕ СВЯТЛА. ФАТАГРАФІЯ
Асобныя малекулы паглынаюць светлавую энергію порцыямі — квантамі hv. У выпадку бачнага і ультрафіялетавага выпраменьванняў гэта энергія дастатковая для расшчаплення многіх малекул. У гэтым праяўляецца хімічнае дзеянне святла.
Любое ж ператварэнне малекул ёсць хімічны працэс. Часта пасля расшчаплення малекул святлом пачынаецца цэлы ланцу
195
жок хімічных ператварэнняў. Выцвітанне тканін на сонцы і ўтварэнне загару — гэта прыклады хімічнага дзеяння святла.
Найважнейшыя хімічныя рэакцыі пад дзеяннем святла адбываюцца ў зялёных лістах дрэў і травы, у іголках хвоі і ў многіх мікраарганізмах. У зялёным лісце пад дзеяннем сонца адбываюцца неабходныя для ўсяго жыцця на Зямлі працэсы. Яны даюць нам ежу, яны ж даюць нам кісларод для дыхання.
Лісце паглынае з паветра вуглякіслы газ і расшчапляе яго малекулы на састаўныя часткі: вуглярод і кісларод. Адбываецца гэта, як устанавіў рускі біёлаг Клімент Аркадзевіч Ціміразеў, у малекулах хларафілу пад дзеяннем чырвоных праменяў сонечнага спектра. Прыбудоўваючы да вугляроднага ланцужка атамы іншых элементаў, якія здабываюцца каранямі з зямлі, расліны будуюць малекулы бялкоў, тлушчаў і вугляводаў.
Усё гэта адбываецца за кошт энергіі сонечных праменяў. Прычым тут асабліва важная не толькі сама энергія, а тая форма, у якой яна паступае. Фотасінтэз (так называюць гэты працэс) можа адбывацца толькі пад дзеяннем святла пэўнага спектральнага саставу.
Механізм фотасінтэзу яшчэ не высветлены да канца. Калі гэта здарыцца, для чалавецтва, магчыма, наступіць новая эра. Бялкі і іншыя складаныя арганічныя рэчывы можна будзе вырабляць на фабрыках пад блакітным небасхілам.
Хімічнае дзеянне святла ляжыць у аснове фатаграфіі.
Фатаграфія. Адчувальны слой фотапласцінкі складаецца з маленькіх крышталікаў браміду серабра (AgBr), украпаных у жэлацін. Пападанне светлавых квантаў у крышталік прыводзіць да адрыву электронаў ад асобных іонаў брому. Гэтыя электроны захопліваюцца іонамі серабра, і ў крышталіку ўтвараецца невялікая колькасць нейтральных атамаў серабра. Аднак колькасць металічнага серабра, якое вылучыцца за кошт гэтага працэсу, малая.
Сапраўды, можна заўважыць, што фотапласцінка (або фотаплёнка) з цягам часу на святле чарнее, але зусім нязначна. Гэта пачарненне выклікана ўтварэннем металічнага серабра. Атрыманы на фотапласцінцы пад дзеяннем святла відарыс аб’екта называюць скрытым.
Пры апрацоўцы пласцінкі першая аперацыя заключаецца ў праяуленні. Пласцінка апускаецца ў раствор гідрахінону, метолу або іншых рэчываў, пад дзеяннем якіх ва ўсім крышталіку браміду серабра, які падвяргаўся ўздзеянню святла, адбываецца вылучэнне металічнага серабра. На пласцінцы атрымліваецца негатыўны відарыс аб’екта, у якім месца светлых участкаў займаюць цёмныя, і наадварот (рыс. 164, а).
Наступная аперацыя — замацаванне — заключаецца ў тым, што крышталікі браміду серабра, якія засталіся, раствараюцца і вымываюцца. Дзякуючы гэтаму пласцінка робіцца неадчувальнай да святла. Для замацавання пласцінку апускаюць у раствор гіпасульфіту. Пасля прамывання ў вадзе негатыў гатовы.
196
Накладваючы яго на фотапаперу, г. зн. на звычайную паперу з нанесеным на яе святлоадчувальным слоем, атрымліваюць пасля асвятлення і аналагічнай хімічнай апрацоўкі пазітыўны відарыс (рыс. 164,5). На пазітыве ўжо правільна (без пераварочвання) перадаецца размеркаванне светлых і цёмных тонаў.
Фатаграфія вельмі дакладна і на доўгі час здольна зафіксаваць падзеі, якія непазбежна адыходзяць усё далей і далей у мінулае. Вялікае значэнне мае фатаграфія для навукі. Такія хуткія працэсы, як, напрыклад, маланка, можна адлюстраваць на фатаграфіі, а потым дэталёва вывучыць.
Аб’екты, якія пасылаюць такое слабае святло, што іх не адрознівае вока, могуць быць зафіксаваны на фотапласцінцы пры дастаткова вялікай вытрымцы, г. зн. пры вялікім часе асвятлення пласцінкі. Іменна таму такія вельмі аддаленыя ад нас аб’екты, як галактыкі, вывучаюцца па фатаграфіях.
Сучасная тэхніка дазваляе фатаграфаваць не толькі пры бачным святле, але і ў цемнаце пры інфрачырвоных праменях. Фатаграфія выкарыстоўваецца для запісу гуку ў кіно.
ПРАКТЫКАВАННЕ 8
1. Нарысуйце графік залежнасці кінетычнай энергіі і фотаэлектронаў ад частаты святла. Як пры дапамозе такога графіка вызначыць пастаянную Планка?
2. Знайдзіце абсалютны паказчык праламлення асяроддзя, у якім святло з энергіяй фатона Е = 4,4IO"19 Дж мае даўжыню хвалі А. = 3,0 ■ 10 м.
3. Вызначце энергію фатона, які адпавядае даўжыні хвалі /. = 5,010 м.
4. Вызначце даўжыню хвалі X святла, якім асвятляецца паверхня металу, калі фотаэлектроны маюць кінетычную энергію W* = 4,5 • 10”20 Дж, а работа выхаду электрона з металу A = 7,610 11 Дж.
5. Якая чырвоная мяжа vmin фотаэфекту, калі работа выхаду электрона з металу A = 3,3 • 10”19 Дж?
197
6. Выпраменьванне з даўжынёй хвалі Х = 3,0Ю“ м пападае на рэчыва, для якога чырвоная мяжа фотаэфекту vm|n = 4,3 • 10н Гц. Чаму роўна кінетычная энергія фотаэлектронаў?
7. Які імпульс фатона, калі даўжыня светлавой хвалі Х = 5,010'7 м?
КАРОТКІЯ ВЫНІКІ РАЗДЗЕЛА 8'
1. У пачатку XX ст. зарадзілася квантавая тэорыя — тэорыя РУХУ і ўзаемадзеяння элементарных часціц і сістэм, якія з іх складаюцца.
2. Для тлумачэння заканамернасцей цеплавога выпраменьвання М. Планк дапусціў, што атамы выпраменьваюць электрамагнітную энергію не бесперапынна, а асобнымі порцыямі — квантамі. Энергія кожнай порцыі вызначаецца формулай
Е = hv,
дзе h = 6,63 • 10“34 Дж • с — пастаянная Планка; v — частата святла.
3. Паглынаецца электрамагнітная энергія таксама асобнымі порцыямі. Гэта пацвярджаецца з’явай фотаэфекту (вырыванне электронаў з рэчыва пад дзеяннем святла). Лік вырваных электронаў прапарцыянальны інтэнсіўнасці выпраменьвання, а кінетычная энергія электронаў вызначаецца толькі частатой святла. Згодна з уяўленнямі Эйнштэйна, паглынутая порцыя энергіі hv ідзе на выкананне работы выхаду А па вырыванню электрона з металу і наданне яму кінетычнай энергіі:
hv = A{—.
л
Калі частата святла v < vmin = у, то фотаэфект не назіраецца.
4. Пры выпраменьванні і паглынанні святло выяўляе карпускулярныя ўласцівасці. Светлавая часціца называецца квантам святла або фатонам. Энергія фатона вызначаецца формулай:
Е = hv = hw,
дзе й= ^ = 1,05 1034 Дж • с, а ю — цыклічная частата.
Імпульс р фатона вызначаецца формулай р=4.
5. У працэсе свайго распаўсюджвання святло выяўляе хвалевыя ўласцівасці (з’явы інтэрферэнцыі і дыфракцыі).
6. Святло валодае дуалізмам (дваістасцю) уласцівасцей. Пазней было ўстаноўлена існаванне карпускулярнахвалевага дуалізму ва ўсіх элементарных часціцах.
1 Лік істотных пунктаў 7—9.
198
7. Фотаэфект шырока выкарыстоўваецца ў тэхніцы. 3 дапамогай спецыяльных прыбораў — фотаэлементаў — энергія святла кіруе энергіяй электрычнага току або ператвараецца ў яе. Фотаэлементы прымяняюцца ў розных «бачачых» аўтаматах. На з’яве фотаэфекту заснавана будова сонечных батарэй.
8. 3 тэорыі Максвела вынікала, што святло аказвае ціск на перашкоды. Ціск гэты вельмі малы. Ен быў упершыню выяўлены і вымераны П. М. Лебедзевым.
9. Паглынанне святла рэчывам суправаджаецца хімічным дзеяннем святла. У зялёных лістах раслін і многіх мікраарганізмах найважнейшыя хімічныя рэакцыі адбываюцца пад дзеяннем святла. Вуглякіслы газ паглынаецца з атмасферы лістамі і расшчапляецца на вуглярод і кісларод. У гэтым заключаецца пранэс фотасінтэзу.
Раздзел 9
АТАМНАЯ ФІЗІКА
Адкрыццё складанай будовы атама — найважнейшы этап стаНаўлення сучаснай фіэікі, які зрабіў адбітак на ўсё яе далейшае развіццё. У працэсе стварэння колькаснай тэорыі будовы атама, якая дазволіла растлумачыць атамныя спектры, былі адкрыты Новыя эаконы руху мікрачасціц —^ законы квантавай механікі.
§ 72. БУДОВА АТАМА. ДОСЛЕДЫ РЭЗЕРФОРДА
Англійскі фізік Эрнест Рэзерфорд даследаваў рассейванне otчасціц рэчывам і адкрыў у 1911 г. атамнае ядро — масіўнае ўтварэнне, у дзесяць тысяч разоў меншае па размерах за атам.
КНІГІ ОНЛАЙН
