Цацрагийн эх үүсвэрийн физик. Цацрагийн төрлүүд

Хүн бүр өдөр бүр янз бүрийн төрлийн цацрагт өртдөг. Танихгүй хүмүүст зориулав физик үзэгдлүүд, энэ үйл явц нь юу гэсэн үг, хаанаас ирсэн талаар бага ойлголттой.

Физик дэх цацраг туяа- энэ бол шинэ үүсэх явдал юм цахилгаан соронзон орон, цахилгаан гүйдлээр цэнэглэгдсэн бөөмсийн урвалаар үүссэн, өөрөөр хэлбэл энэ нь эргэн тойронд тархдаг цахилгаан соронзон долгионы тодорхой урсгал юм.

Цацрагийн үйл явцын шинж чанар

Энэ онолыг 19-р зуунд Фарадей М., Максвелл Д үргэлжлүүлж, хөгжүүлсэн. Чухамхүү тэрээр бүх судалгаанд математикийн хатуу томьёог өгч чадсан юм.

Максвелл Фарадейгийн хуулиудыг гаргаж, бүтэц зохион байгуулалтад оруулж чадсан бөгөөд үүнээс бүх зүйлийг тодорхойлсон цахилгаан соронзон долгионгэрлийн ижил хурдаар хөдөлдөг. Түүний ажлын ачаар байгаль дээрх зарим үзэгдэл, үйлдлүүд тайлбарлах боломжтой болсон. Түүний олдворуудын үр дүнд цахилгаан болон радио технологи үүсэх боломжтой болсон.

Цэнэглэсэн тоосонцор тодорхойлно онцлог шинж чанаруудцацраг. Мөн үйл явцад нөлөөлдөг хүчтэй нөлөөцэнэглэгдсэн хэсгүүдийн харилцан үйлчлэл соронзон оронтэрний төлөө тэмүүлдэг.

Жишээлбэл, атомын бодисуудтай харилцан үйлчлэлцэх үед бөөмийн хурд нь өөрчлөгдөж, эхлээд удааширч, дараа нь шинжлэх ухаанд энэ үзэгдлийг bremsstrahlung гэж нэрлэдэг;

Та уулзаж болно янз бүрийн төрөлЭнэ үзэгдлийн зарим нь байгаль өөрөө, зарим нь хүний ​​оролцоотойгоор бүтээгдсэн байдаг.

Гэсэн хэдий ч эдгэрэлтийн төрлийг өөрчлөх хууль нь хүн бүрт адилхан байдаг. Цахилгаан соронзон орон нь цэнэглэгдсэн элементээс тусгаарлагдсан боловч ижил хурдтайгаар хөдөлдөг.

Талбайн шинж чанар нь хөдөлгөөн өөрөө явагдах хурд, түүнчлэн цэнэглэгдсэн бөөмийн хэмжээ зэргээс шууд хамаардаг. Хэрэв хөдөлж байхдаа ямар нэгэн зүйлтэй мөргөлдөхгүй бол хурд нь өөрчлөгддөггүй, тиймээс цацраг үүсгэдэггүй.

Гэхдээ хэрэв хөдөлж байхдаа өөр өөр бөөмстэй мөргөлдвөл хурд нь өөрчлөгдөж, өөрийн талбайн нэг хэсэг салж, чөлөөтэй болж хувирдаг. Соронзон долгион үүсэх нь бөөмийн хурд өөрчлөгдөхөд л үүсдэг.

Хурд нь янз бүрийн хүчин зүйл нөлөөлж болох тул янз бүрийн төрлийн цацраг үүсдэг, жишээлбэл, энэ нь bremsstrahlung байж болно. Диполь ба олон туйлт цацрагууд байдаг бөгөөд тэдгээр нь доторх бөөмс нь одоо байгаа бүтцийг өөрчлөх үед үүсдэг.

Талбайд үргэлж эрч хүч, энерги байх нь чухал юм.

Позитрон ба электронуудын харилцан үйлчлэлийн явцад чөлөөт орон үүсэх боломжтой байдаг бол цэнэглэгдсэн бөөмс нь импульс, энергийг хадгалж, цахилгаан соронзон орон руу шилждэг.

Цацрагийн эх үүсвэр ба төрөл

Цахилгаан соронзон долгион нь физикийн шинэ хуулиудыг боловсруулж, бий болгох явцад байгальд анх бий болж, хүний ​​бүтээсэн хиймэл гэж нэрлэгддэг цацрагийн шинэ эх үүсвэрүүд гарч ирэв. Энэ төрөлд рентген туяа орно.

Энэ үйл явцыг өөрөө мэдрэхийн тулд та байрнаасаа гарах шаардлагагүй. Цахилгаан соронзон долгион нь хүнийг хаа сайгүй хүрээлж, зүгээр л гэрэл асаах эсвэл лаа асаахад хангалттай. Гэрлийн эх үүсвэр рүү гараа өргөснөөр та объектуудын ялгарах дулааныг мэдрэх болно. Энэ үзэгдлийг гэж нэрлэдэг.

Гэсэн хэдий ч түүний бусад төрлүүд байдаг, жишээлбэл, зуны саруудад далайн эрэг рүү явахдаа хүн хэт ягаан туяанаас үүсдэг. нарны туяа.

Жил бүр эрүүл мэндийн үзлэгт хамрагдахын тулд флюорографи гэж нэрлэгддэг процедурыг хийдэг, тусгай рентген аппарат ашигладаг бөгөөд энэ нь цацраг үүсгэдэг.

Энэ нь мөн анагаах ухаанд ашиглагддаг бөгөөд ихэнхдээ өвчтөнүүдийн физик эмчилгээнд ашиглагддаг. Энэ төрлийг мөн хүүхдийн лазерд ашигладаг. Цацрагийн эмчилгээг мөн зарим өвчнийг эмчлэхэд ашигладаг. Энэ төрлийг гамма гэж нэрлэдэг, учир нь долгионы урт нь маш богино байдаг.

Энэ үзэгдэл нь гэрлийн эх үүсвэртэй харилцан үйлчилдэг цэнэгтэй бөөмсийн бүрэн давхцлын улмаас боломжтой юм.

Цацрагийн талаар олон хүн сонссон, энэ нь бас цацрагийн нэг төрөл юм.

Энэ нь эвдрэлийн үед үүсдэг химийн элементүүд, цацраг идэвхт бодис, өөрөөр хэлбэл бөөмсийн цөмүүд атомуудад хуваагдаж, цацраг идэвхт долгион ялгаруулдагтай холбоотой процесс явагддаг. Радио, телевиз радио долгионыг цацах долгионоо ашиглах; урт урт.

Цацраг туяа үүсэх

Цахилгаан диполь бол үзэгдлийг үүсгэдэг хамгийн энгийн элемент юм. Гэсэн хэдий ч үйл явц нь бий болгодог тодорхой систем, өөр өөр төрлийн чичиргээт хоёр ширхэгээс бүрддэг.

Хэрэв бөөмс бие бие рүүгээ шулуун шугамаар хөдөлж байвал цахилгаан соронзон орны нэг хэсэг салж, цэнэглэгдсэн долгион үүсдэг.

Физикийн хувьд энэ үзэгдлийг изотоп бус гэж нэрлэдэг, учир нь үүссэн энерги нь ижил хүч чадалтай байдаггүй. IN энэ тохиолдолдБодит ялгаруулагч нь цэнэгтэй олон тооны элементүүдтэй байх ёстой тул элементүүдийн хурд, зохион байгуулалт нь чухал биш юм.

Хэрэв ижил нэртэй цэнэглэгдсэн бөөмсүүд цэнэгийн хуваарилалт явагддаг цөм рүү чиглэж эхэлбэл анхны төлөвийг өөрчилж болно. Ийм холболтыг цахилгаан диполь гэж үзэж болно, учир нь үүссэн систем нь бүрэн цахилгаан саармаг байх болно.

Хэрэв диполь байхгүй бол квадруполь ашиглан процесс үүсгэх боломжтой. Мөн физикийн хувьд цацраг үүсгэх илүү төвөгтэй системийг ялгадаг - энэ бол олон туйлт юм.

Ийм тоосонцор үүсгэхийн тулд гүйдэл бүхий хэлхээг ашиглах шаардлагатай бөгөөд дараа нь хөдөлгөөний явцад квадруполь цацраг үүсч болно. Соронзон хэлбэрийн эрч хүч нь цахилгаан төрлийнхээс хамаагүй бага гэдгийг анхаарч үзэх нь чухал юм.

Цацрагийн урвал

Харилцан үйлчлэлийн явцад бөөмс нь хөдөлж байх үед тодорхой хүчний нөлөөнд автдаг тул өөрийн энергийн нэг хэсгийг алддаг. Энэ нь эргээд долгионы урсгалын хурдад нөлөөлдөг бөгөөд энэ нь ажиллах үед хөдөлгөөний хүч удааширдаг. Энэ процессыг цацрагийн үрэлт гэж нэрлэдэг.

Энэ урвалаар үйл явцын хүч маш бага байх боловч хурд нь маш өндөр бөгөөд гэрлийн хурдтай ойролцоо байх болно. Энэ үзэгдэлманай гаригийн жишээн дээр авч үзэж болно.

Соронзон орон нь маш их энерги агуулдаг тул сансраас ялгарах электронууд гаригийн гадаргуу дээр хүрч чадахгүй. Гэсэн хэдий ч дэлхий дээр хүрч чадах сансрын долгионы хэсгүүд байдаг. Ийм элементүүд нь өөрийн эрчим хүчний алдагдал ихтэй байх ёстой.

Орон зайн бүсийн хэмжээсийг мөн онцлон тэмдэглэсэн бөгөөд энэ утга нь цацрагийн хувьд чухал юм. Энэ хүчин зүйл нь цахилгаан соронзон цацрагийн талбар үүсэхэд нөлөөлдөг.

Хөдөлгөөний энэ төлөвт бөөмс нь том биш боловч талбарыг элементээс салгах хурд нь гэрлийнхтэй тэнцүү бөгөөд бүтээх үйл явц маш идэвхтэй байх болно. Үүний үр дүнд богино цахилгаан соронзон долгионыг олж авдаг.

Бөөмийн хурд өндөр, ойролцоогоор гэрлийн хурдтай тэнцүү байх тохиолдолд талбайн тасрах хугацаа ихсэх тусам энэ үйл явц нэлээд удаан үргэлжилдэг тул цахилгаан соронзон долгион нь урт байдаг. Тэдний аялал ердийнхөөс удаан үргэлжилж, талбай үүсэхэд нэлээд удаан хугацаа зарцуулсан.

Квантын физик нь цацрагийг бас ашигладаг боловч үүнийг авч үзэхэд огт өөр элементүүдийг ашигладаг бөгөөд эдгээр нь молекул, атом байж болно. Энэ тохиолдолд цацрагийн үзэгдлийг авч үзэж, хуулийг дагаж мөрддөг квант механик.

Шинжлэх ухааны хөгжлийн ачаар цацрагийн шинж чанарыг засах, өөрчлөх боломжтой болсон.

Цацраг нь хүний ​​биед сөргөөр нөлөөлдөг болохыг олон судалгаагаар нотолсон. Энэ бүхэн тухайн хүн ямар төрлийн цацраг туяанд өртсөн, хэр удаан өртсөнөөс хамаарна.

Хэзээ гэдэг нь нууц биш химийн урвалмөн цөмийн молекулуудын задрал, цацраг туяа үүсч болзошгүй бөгөөд энэ нь амьд организмд аюултай.

Тэд задрах үед агшин зуурын, нэлээд хүчтэй цацраг туяа үүсч болно. Эргэн тойрон дахь объектууд нь гар утас, богино долгионы зуух, зөөврийн компьютер зэрэг цацраг туяа үүсгэж болно.

Эдгээр объектууд нь ихэвчлэн богино цахилгаан соронзон долгионыг илгээдэг. Гэсэн хэдий ч биед хуримтлагдах нь эрүүл мэндэд нөлөөлдөг.

Цацраг

өргөн утгаараа хурдан хөдөлж буй цэнэгтэй бөөмс буюу долгионы ялгаралт, тэдгээрийн талбар үүсэх. Эрчим хүч бол энергийг ялгаруулах, хуваарилах хэлбэр юм. Байдаг янз бүрийн төрөл I. Механик I. дуу чимээ, хэт авиа, хэт авиан орно. Хоёр дахь бүлэг нь цахилгаан соронзон ба корпускуляр цацрагаас бүрдэнэ. I.-ийг мөн ионжуулагч ба ионжуулдаггүй гэж хуваадаг. I.-ийн хэд хэдэн хэлбэрүүд байдаг, тухайлбал: харагдахуйц - оптик I. 740 нм (улаан гэрэл) -ээс 400 нм (ягаан туяа) хүртэлх долгионы урттай, хүний ​​харааны мэдрэмжийг тодорхойлдог; хэт ягаан туяа - 400-10 нм долгионы урттай нүдэнд үл үзэгдэх цахилгаан соронзон цацраг; хэт улаан туяа - халсан биеэс ялгарах 770 нм долгионы урттай (өөрөөр хэлбэл харагдахаас урт) оптик цацраг; дуу чимээ - сэтгэлийн хөөрөл дууны долгионуян харимхай (хатуу шингэн ба хийн) орчинд, үүнд дуут авиа (16-аас 20 кГц), хэт авиа (16 кГц-ээс бага), хэт авиа (21 кГц-ээс 1 ГГц хүртэл), хэт авиа (1 ГГц-ээс дээш); ионжуулагч - цахилгаан соронзон (рентген ба гамма туяа) ба корпускуляр (альфа ба бета бөөмс, протон ба нейтроны урсгал) цацраг нь амьд эд эсэд тодорхой хэмжээгээр нэвтэрч, тэдгээрт атомаас электроныг "таслах" холбоотой өөрчлөлтүүдийг үүсгэдэг. ба молекулууд, эсвэл ионуудын шууд ба шууд бус үүсэх үед; цахилгаан соронзон - цахилгаан соронзон долгионыг ялгаруулах үйл явц ба эдгээр долгионы хувьсах талбар.

Эдварт. Онцгой байдлын яамны нэр томьёоны тайлбар толь, 2010

Синоним:

Антоним үгс:

Бусад толь бичгүүдэд "цацраг" гэж юу болохыг харна уу.

Цахилгаан соронзон, сонгодог электродинамикийн боловсрол el. маг. хурдасгасан хөдөлж буй цэнэгийн долгион. h цами (эсвэл ээлжит гүйдэл); квантаар квантын төлөв өөрчлөгдөхөд фотон үүсэх тухай онол. системүүд; "Би" гэсэн нэр томъёо. бас ашигладаг... Физик нэвтэрхий толь бичиг

Долгион ба бөөмс хэлбэрээр энерги ялгарах, тархах үйл явц. Ихэнх тохиолдолд цацрагийг цахилгаан соронзон цацраг гэж ойлгодог бөгөөд энэ нь эргээд цацрагийн эх үүсвэрээс хамаарч дулааны цацраг, ... ... Википедиа гэж хуваагддаг.

Цутгах, цутгах, ялгарах, гэрэл, ялгарах, ялгарах, цацраг туяа, туяа, боодол, авианы орос хэлний синонимын толь бичиг. цацрагийн ялгарал (ном) Орос хэлний синонимын толь бичиг. Практик гарын авлага. М .: Орос хэл. З.Э....... Синонимын толь бичиг

ЦАЦАРГАЛ, цацраг туяа, харьц. (ном). Ч. туяа цацруулж туяа цацруулна. Нарны дулааны цацраг. Дулааны цацраг. Дулааны бус цацраг. Цацраг идэвхт цацраг. Толь бичигУшакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 ... Ушаковын тайлбар толь бичиг

Орчин үеийн нэвтэрхий толь бичиг

Чөлөөт цахилгаан соронзон орон үүсэх цахилгаан соронзон үйл явц; Чөлөөт цахилгаан соронзон орон нь өөрөө цацраг гэж нэрлэгддэг. Хурдасгасан хөдөлж буй цэнэгтэй бөөмсийг ялгаруулах (жишээ нь, синхротрон цацраг, ... ... Том нэвтэрхий толь бичиг

Цацраг- цахилгаан соронзон, чөлөөт цахилгаан соронзон орон үүсэх үйл явц, түүнчлэн цахилгаан соронзон долгион хэлбэрээр байдаг чөлөөт цахилгаан соронзон орон. Цацраг туяа нь хурдасгасан хөдөлж буй цэнэгтэй бөөмс, түүнчлэн атом,... ... Зурагт нэвтэрхий толь бичиг

ЦАЦРАГЧ, эрчим хүчний эрчим хүчний АШИГЛАЛТЫН БӨӨМСӨН ЭСВЭЛ ЦАХИЛГААН СОРОНГОН ДАЛГИНААР. Аливаа ЦАХИЛГААН СОРОНГОН ЦАЦААГ нь ВАКУМ-аар дамждаг бөгөөд энэ нь түүнийг ДУЛААН ДАМЖУУЛАЛТ, КОНВЕКЦ, дуу дамжуулах гэх мэт үзэгдлээс ялгадаг. Вакуумд ...... Шинжлэх ухаан, техникийн нэвтэрхий толь бичиг

цацраг- ажиллаж байгаа радио электрон төхөөрөмж. Сэдвүүд: мэдээллийн хамгаалалтын EN ялгарал…

Техникийн орчуулагчийн гарын авлага РАДИАТ, өө, өө; Несов., тэр. Цацраг ялгаруулж, цацрагийн энерги ялгаруулна. I. гэрэл I. дулаан. Нүд нь эмзэглэлийг цацруулдаг (trans.). Ожеговын тайлбар толь бичиг. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949, 1992 ...

Ожеговын тайлбар толь бичиг Цацраг, ялгарал гэдэг нь биед агуулагдах энергийг цахилгаан соронзон долгион хэлбэрээр сансарт гаргах явдал юм. Самойлов К.И.Далайн толь бичиг

. М.Л.: ЗХУ-ын НКВМФ-ийн Улсын тэнгисийн цэргийн хэвлэлийн газар, 1941 ... Далайн толь бичиг

• Номууд Астрофизикийн плазм дахь цацраг туяа, В.Верөнхий зарчим

астрофизикийн сийвэн дэх цацраг үүсгэх, шилжүүлэх. Энэ нь радио болон рентген туяаны хэрэгцээг хангадаг ...

Цацраг нь цахилгаан соронзон долгион ашиглан энергийг шилжүүлэхэд хүргэдэг физик процесс юм. Цацрагийн урвуу үйл явцыг шингээлт гэж нэрлэдэг. Энэ асуудлыг илүү нарийвчлан авч үзье, мөн өдөр тутмын амьдрал, байгальд цацрагийн жишээг өгье.

Цацрагийн илрэлийн физик

Аливаа бие нь атомуудаас бүрдэх ба тэдгээр нь эргээд бөөмөөс бүрддэг, эерэг цэнэгтэй, электронууд нь цөмийн эргэн тойронд электрон бүрхүүл үүсгэж, сөрөг цэнэгтэй байдаг. Атомууд нь өөр өөр энергийн төлөвт байхаар зохион бүтээгдсэн байдаг, өөрөөр хэлбэл тэд өндөр ба бага энергитэй байж болно. Атом хамгийн бага энергитэй бол бид түүний үндсэн төлөвийг атомын бусад энергийн төлөвийг өдөөгдсөн гэж нэрлэдэг; Атомын янз бүрийн энергийн төлөв байдал нь түүний электронууд тодорхой энергийн түвшинд байрлаж чаддагтай холбоотой юм. Электрон дээд түвшнээс доод түвшинд шилжих үед атом энерги алдаж, цахилгаан соронзон долгионы тээвэрлэгч бөөмс болох фотон хэлбэрээр хүрээлэн буй орон зайд ялгаруулдаг. Үүний эсрэгээр, электрон нь доод цэгээс өндөр рүү шилждэгөндөр түвшин

фотон шингээлт дагалддаг. Атомын электроныг илүү өндөрт шилжүүлэхэрчим хүчний дамжуулалттай холбоотой хэд хэдэн аргаар боломжтой. Энэ нь тухайн атомд гадны цахилгаан соронзон цацрагийн нөлөөлөл, эсвэл механик эсвэл цахилгаан аргаар энерги шилжүүлэх явдал байж болно. Нэмж дурдахад атомууд химийн урвалаар энерги хүлээн аваад дараа нь ялгаруулж чаддаг.

Цахилгаан соронзон спектр

Физик дэх цацрагийн жишээ рүү шилжихээсээ өмнө атом бүр тодорхой хэмжээний энерги ялгаруулдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Энэ нь атомд электрон байж болох төлөв байдал нь дур зоргоороо биш, харин хатуу тодорхойлогдсон байдагтай холбоотой юм. Үүний дагуу эдгээр мужуудын хоорондын шилжилт нь тодорхой хэмжээний эрчим хүчний ялгаралт дагалддаг.

-аас атомын физикАтом дахь электрон шилжилтийн үр дүнд үүссэн фотонууд нь тэдгээрийн хэлбэлзлийн давтамжтай шууд пропорциональ, долгионы урттай урвуу хамааралтай энергитэй байдаг (фотон нь цахилгаан соронзон долгион бөгөөд тархалтын хурд, урт, давтамжаар тодорхойлогддог) . Бодисын атом нь зөвхөн тодорхой хэмжээний энерги ялгаруулж чаддаг тул энэ нь ялгарах фотонуудын долгионы урт нь мөн тодорхой гэсэн үг юм. Эдгээр бүх уртын багцыг цахилгаан соронзон спектр гэж нэрлэдэг.

Хэрэв фотоны долгионы урт нь 390 нм-ээс 750 нм-ийн хооронд байвал бид харагдах гэрлийн тухай ярьж байна, учир нь хэрэв долгионы урт нь 390 нм-ээс бага бол хүн үүнийг өөрийн нүдээр мэдэрч чаддаг тул ийм цахилгаан соронзон долгион нь өндөр энергитэй байдаг. хэт ягаан туяа, рентген эсвэл гамма цацраг гэж нэрлэдэг. 750 нм-ээс дээш урттай бол фотонууд бага энергитэй байдаг бөгөөд үүнийг хэт улаан туяа, микро эсвэл радио цацраг гэж нэрлэдэг.

Биеийн дулааны цацраг

Үнэмлэхүй тэгээс өөр температуртай аливаа бие нь энерги ялгаруулдаг бөгөөд энэ тохиолдолд бид дулааны эсвэл температурын цацрагийн тухай ярьдаг. Энэ тохиолдолд температур нь дулааны цацрагийн цахилгаан соронзон спектр болон биеэс ялгарах энергийн хэмжээг хоёуланг нь тодорхойлдог. Температур өндөр байх тусам бие нь хүрээлэн буй орон зайд илүү их энерги ялгаруулж, түүний цахилгаан соронзон спектр нь өндөр давтамжийн бүс рүү шилждэг. Дулааны цацрагийн үйл явцыг Стефан-Больцманн, Планк, Виений хуулиар тодорхойлсон.

Өдөр тутмын амьдрал дахь цацрагийн жишээ

Дээр дурьдсанчлан аливаа бие нь цахилгаан соронзон долгион хэлбэрээр энерги ялгаруулдаг боловч бидний эргэн тойрон дахь биетүүдийн температур ихэвчлэн хэт бага байдаг тул энэ үйл явцыг энгийн нүдээр харах боломжгүй байдаг. хүмүүст үл үзэгдэх давтамжийн муж.

Үзэгдэх хүрээн дэх цацрагийн тод жишээ бол цахилгаан улайсдаг чийдэн юм. Спираль дагуу өнгөрөхөд цахилгаан гүйдэл нь вольфрамын судлыг 3000 К хүртэл халаана. өндөр температурутас нь цахилгаан соронзон долгионыг ялгаруулж эхлэхэд хүргэдэг бөгөөд хамгийн их нь харагдах спектрийн урт долгионы хэсэгт унадаг.

Өдөр тутмын амьдралд цацрагийн өөр нэг жишээ бол хүний ​​нүдэнд үл үзэгдэх богино долгионыг ялгаруулдаг бичил долгионы зуух юм. Эдгээр долгион нь ус агуулсан объектуудад шингэж, улмаар томруулдаг кинетик энергиба үүний үр дүнд температур.

Эцэст нь, өдөр тутмын амьдрал дахь хэт улаан туяаны цацрагийн жишээ бол халаалтын батерейны радиатор юм. Бид түүний цацрагийг хардаггүй ч энэ дулааныг мэдэрдэг.

Байгалийн ялгаруулдаг объектууд

Магадгүй хамгийн их тод жишээБайгаль дахь цацраг нь бидний од - Нар юм. Нарны гадаргуу дээрх температур ойролцоогоор байдаг тул түүний хамгийн их цацраг нь 475 нм долгионы урттай, өөрөөр хэлбэл харагдахуйц спектрт оршдог.

Нар түүний эргэн тойрон дахь гаригууд болон тэдгээрийн дагуулуудыг халааж, тэдгээр нь мөн гэрэлтэж эхэлдэг. Энд ойсон гэрэл ба дулааны цацрагийг ялгах шаардлагатай. Ийнхүү ойсон тусгалын ачаар манай дэлхий сансраас цэнхэр бөмбөлөг хэлбэртэй харагдаж байна нарны гэрэл. Хэрэв бид гаригийн дулааны цацрагийн тухай ярих юм бол энэ нь бас тохиолддог боловч богино долгионы спектрийн бүсэд (10 орчим микрон) оршдог.

Ойсон гэрлээс гадна царцаатай холбоотой байгаль дахь цацрагийн өөр нэг жишээг өгөх нь сонирхолтой юм. Тэдний ялгаруулж буй харагдах гэрэл нь дулааны цацрагтай ямар ч холбоогүй бөгөөд агаар мандлын хүчилтөрөгч ба люциферин (шавжны эсэд байдаг бодис) хоёрын химийн урвалын үр дүн юм. Энэ үзэгдлийг биолюминесцент гэж нэрлэдэг.

Өнөөдөр бид физикт цацраг гэж юу болох талаар ярих болно. Цахим шилжилтийн мөн чанарын тухай ярьж, цахилгаан соронзон хэмжүүр өгье.

Шүтэн ба атом

Бодисын бүтэц нь хоёр мянга гаруй жилийн өмнө эрдэмтдийн сонирхсон сэдэв болжээ. Эртний Грекийн философичид агаар галаас, шороо уснаас юугаараа ялгаатай вэ, яагаад гантиг цагаан, нүүрс хар өнгөтэй байдаг талаар асууж байв. Тэд харилцан хамааралтай бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нарийн төвөгтэй системийг бий болгож, бие биенээ үгүйсгэж эсвэл дэмжиж байв. Мөн хамгийн ойлгомжгүй үзэгдлүүд, жишээлбэл, аянга цахих, нар мандах зэрэг нь бурхдын үйлдэлтэй холбоотой байв.

Нэг өдөр, олон жилийн туршАриун сүмийн шатыг ажиглаж байхдаа нэг эрдэмтэн анзаарав: чулуун дээр зогсох хөл бүр нь жижиг хэсгүүдийг зөөвөрлөж байна. Цаг хугацаа өнгөрөхөд гантиг хэлбэр нь өөрчлөгдөж, голд нь унжсан. Энэ эрдэмтний нэрийг Левкипп гэдэг бөгөөд тэрээр хамгийн жижиг бөөмсийг атомууд, хуваагдашгүй гэж нэрлэдэг. Энэ нь физикт цацраг гэж юу болохыг судлах замыг эхлүүлсэн.

Улаан өндөгний баяр ба гэрэл

Дараа нь харанхуй цаг ирж, шинжлэх ухаан орхигдсон. Байгалийн хүчийг судлахыг оролдсон бүх хүмүүсийг шулам, мэргэ төлөгчид гэж нэрлэдэг байв. Гэхдээ хачирхалтай нь шашин нь түүнд түлхэц өгсөн юм цаашдын хөгжилшинжлэх ухаан. Физикт цацраг гэж юу болохыг судлах нь одон орон судлалаас эхэлсэн.

Тэр өдрүүдэд Улаан өндөгний баярыг тэмдэглэх цагийг өөр өөрөөр тооцдог байв. Нарийн төвөгтэй системөдрийн хоорондын харилцаа хаврын тэгшитгэл, 26 хоногийн сарны мөчлөг ба 7 хоногийн долоо хоног нь Улаан өндөгний баярыг тэмдэглэх огнооны хүснэгтийг хэдэн жилийн турш эмхэтгэх боломжийг бидэнд олгосонгүй. Гэхдээ сүм бүх зүйлийг урьдчилан төлөвлөх ёстой байв. Тиймээс Пап лам Лео X илүү нарийвчлалтай хүснэгтүүдийг эмхэтгэхийг тушаажээ. Энэ нь сар, од, нарны хөдөлгөөнийг анхааралтай ажиглах шаардлагатай байв. Эцэст нь Николаус Коперник ойлгов: Дэлхий бол хавтгай биш, орчлон ертөнцийн төв биш юм. Гараг бол нарыг тойрон эргэдэг бөмбөг юм. Мөн Сар бол дэлхийн тойрог замд байдаг бөмбөрцөг юм. Мэдээжийн хэрэг, "Энэ бүхэн физикт цацраг гэж юу болохтой ямар холбоотой вэ?" гэж асууж магадгүй юм. Үүнийг одоо ил болгоё.

Зууван ба туяа

Хожим нь Кеплер гаригууд зууван тойрог замд хөдөлдөг бөгөөд энэ хөдөлгөөн жигд бус байдаг гэдгийг тогтоож, Коперникийн системийг нэмэлт болгожээ. Гэхдээ хүн төрөлхтөнд одон орон судлалын сонирхлыг бий болгосон анхны алхам юм. Тэнд "Од гэж юу вэ?", "Хүмүүс яагаад түүний цацрагийг хардаг вэ?" Гэсэн асуултуудаас холгүй байв. болон "Нэг гэрэлтүүлэгч нөгөөгөөсөө юугаараа ялгаатай вэ?" Гэхдээ эхлээд та асар том объектоос хамгийн жижиг зүйл рүү шилжих хэрэгтэй болно. Дараа нь бид цацраг туяа, физикийн ойлголт юм.

Атом ба үзэм

19-р зууны төгсгөлд бодисын хамгийн жижиг химийн нэгж болох атомуудын талаар хангалттай мэдлэг хуримтлуулсан. Тэдгээр нь цахилгааны хувьд саармаг боловч эерэг ба сөрөг цэнэгтэй элементүүдийг агуулдаг.

Олон таамаглал дэвшүүлсэн: эерэг цэнэгүүд нь боовны үзэм шиг сөрөг талбарт тархдаг, атом нь өөр өөр цэнэгтэй шингэн хэсгүүдийн дусал юм. Гэхдээ Рутерфордын туршлага бүх зүйлийг тодорхой болгосон. Тэрээр атомын төвд эерэг хүнд цөм, түүний эргэн тойронд хөнгөн сөрөг электронууд байдгийг нотолсон. Мөн бүрхүүлийн тохиргоо нь атом бүрийн хувьд өөр өөр байдаг. Цацрагийн физикийн электрон шилжилтийн онцлог нь энд оршдог.

Бор ба тойрог зам

Эрдэмтэд атомын хөнгөн сөрөг хэсгүүд нь электронууд болохыг олж мэдээд өөр нэг асуулт гарч ирэв - яагаад тэд цөмд унахгүй байна вэ? Эцсийн эцэст, Максвеллийн онолын дагуу аливаа хөдөлгөөнт цэнэг цацраг ялгаруулдаг тул энерги алддаг. Гэвч атомууд орчлон ертөнцийн адил оршин тогтнож байсан бөгөөд устаж үгүй ​​болохгүй. Бор аврахаар ирэв. Тэрээр электронууд атомын цөмийн эргэн тойронд тодорхой хөдөлгөөнгүй тойрог замд байдаг бөгөөд зөвхөн тэдгээрт байж болно гэж таамагласан. Орбитуудын хооронд электрон шилжих нь энерги шингээх эсвэл ялгаруулах замаар явагддаг. Энэ энерги нь жишээ нь гэрлийн квант байж болно. Үндсэндээ бид одоо бөөмийн физикт цацрагийн тодорхойлолтыг тоймлов.

Устөрөгч ба гэрэл зураг

Эхэндээ гэрэл зургийн технологийг арилжааны төсөл болгон зохион бүтээсэн. Хүмүүс олон зууны турш үлдэхийг хүсч байсан ч хүн бүр зураачийн хөрөг захиалах боломжгүй байв. Мөн гэрэл зураг нь хямдхан байсан бөгөөд ийм их хөрөнгө оруулалт шаарддаггүй. Дараа нь шил, мөнгөний нитратын урлаг нь цэргийн хэргийг үйл ажиллагаандаа оруулсан. Дараа нь шинжлэх ухаан гэрэлд мэдрэмтгий материалын давуу талыг ашиглаж эхлэв.

Спектрийн зургийг эхлээд авсан. Халуун устөрөгч нь тодорхой шугамыг ялгаруулдаг нь эрт дээр үеэс мэдэгдэж байсан. Тэдний хоорондын зай нь тодорхой хуульд захирагдаж байв. Гэхдээ гелийн спектр нь илүү төвөгтэй байсан: энэ нь устөрөгчтэй ижил шугамыг агуулсан ба өөр нэг шугамыг агуулдаг. Хоёр дахь цуврал нь эхний цувралаас гаргасан хуулийг дагаж мөрдөхөө больсон. Энд Борын онол аврах ажилд ирэв.

Устөрөгчийн атомд зөвхөн нэг электрон байдаг бөгөөд энэ нь бүх өндөр өдөөгдсөн тойрог замаас нэг доод тойрог руу шилжих боломжтой болсон. Энэ бол анхны цуврал мөр байв. Хүнд атомууд нь илүү төвөгтэй байдаг.

Линз, сараалж, спектр

Энэ нь цацрагийг физикт ашиглах эхлэлийг тавьсан юм. Спектрийн шинжилгээ нь бодисын найрлага, тоо хэмжээ, бүтцийг тодорхойлох хамгийн хүчирхэг, найдвартай аргуудын нэг юм.

1. Электрон ялгаруулалтын спектр нь тухайн объектод юу агуулагдаж байгаа, тодорхой бүрэлдэхүүн хэсэг хэдэн хувьтай байгааг хэлж өгнө. Энэ аргыг биологи, анагаах ухаанаас квант физик хүртэл шинжлэх ухааны бүх салбарт ашигладаг.
2. Шингээлтийн спектр нь хатуу биетийн торонд ямар ион, ямар байрлалд байгааг хэлж өгнө.
3. Эргэлтийн спектр нь атомын доторх молекулууд хоорондоо хэр зайтай, элемент тус бүр хэдэн, ямар төрлийн холбоо байгааг харуулах болно.

Мөн цахилгаан соронзон цацрагийн хэрэглээний хүрээ нь тоо томшгүй олон юм.

• радио долгион нь маш алслагдсан объектуудын бүтэц, гаригуудын дотоод байдлыг судлах;
• дулааны цацраг нь процессын энергийн талаар ярих болно;
• үзэгдэх гэрэл нь хамгийн тод одод аль чиглэлд байгааг хэлэх болно;
• хэт ягаан туяа нь өндөр энергитэй харилцан үйлчлэл явагдаж байгааг тодорхой болгоно;
• Рентген туяаны спектр нь хүмүүст материйн бүтцийг (хүний ​​биеийг оролцуулаад) судлах боломжийг олгодог бөгөөд эдгээр туяа сансрын биетүүдэд байгаа нь дурангаар юуг анхаарч байгааг эрдэмтдэд мэдэгдэх болно. нейтрон од, суперновагийн дэлбэрэлт эсвэл хар нүх.

Цэвэр хар биетэй

Гэхдээ физикт дулааны цацраг гэж юу болохыг судалдаг тусгай хэсэг байдаг. Атомын гэрлээс ялгаатай нь гэрлийн дулаан ялгаруулалт нь тасралтгүй спектртэй байдаг. Тооцооллын хамгийн сайн загвар объект бол туйлын хар бие юм. Энэ бол түүн дээр унасан бүх гэрлийг "барьдаг" боловч буцааж гаргадаггүй объект юм. Хачирхалтай нь, бүрэн хар бие нь цацраг ялгаруулдаг бөгөөд хамгийн их долгионы урт нь загварын температураас хамаарна. Сонгодог физикийн хувьд дулааны цацраг нь хэт ягаан туяаны мужид түүний энерги нь орчлон ертөнцийг устгах хүртэл илүү их энерги ялгаруулж байх ёстой гэсэн парадоксыг бий болгосон.

Макс Планк парадоксыг шийдэж чадсан. Тэрээр цацрагийн томъёонд квант хэмээх шинэ хэмжигдэхүүнийг нэвтрүүлсэн. Тэр ямар ч онцгой физик утга учрыг өгөхгүйгээр бүхэл бүтэн ертөнцийг нээсэн. Одоо хэмжигдэхүүний квантчлал нь суурь юм орчин үеийн шинжлэх ухаан. Талбай, үзэгдэл нь хуваагдашгүй элементүүд болох квантуудаас бүрддэг болохыг эрдэмтэд ойлгосон. Энэ нь материйг илүү гүнзгий судлахад хүргэсэн. Жишээ нь, орчин үеийн ертөнцхагас дамжуулагчдад хамаарна. Өмнө нь бүх зүйл энгийн байсан: металл нь гүйдэл дамжуулдаг, бусад бодисууд нь диэлектрик юм. Мөн цахиур, германий (хагас дамжуулагч) зэрэг бодисууд цахилгаантай холбоотой ойлгомжгүй үйлдэл хийдэг. Тэдний шинж чанарыг хэрхэн хянах талаар сурахын тулд бүхэл бүтэн онолыг бий болгож, бүх зүйлийг тооцоолох шаардлагатай байв p-n чадваруудшилжилтүүд.

§ 1. Дулааны цацраг

Халсан биеийн цацрагийг судлах явцад аливаа халсан бие нь өргөн хүрээний давтамжийн цахилгаан соронзон долгион (гэрэл) ялгаруулдаг болохыг тогтоожээ. Тиймээс, дулааны цацраг нь биеийн дотоод энергийн улмаас цахилгаан соронзон долгионы ялгаралт юм.

Дулааны цацраг нь ямар ч температурт тохиолддог. Гэсэн хэдий ч бага температурт бараг зөвхөн урт (хэт улаан туяаны) цахилгаан соронзон долгион ялгардаг.

Биеийн энергийн цацраг туяа, шингээлтийг тодорхойлсон дараах хэмжигдэхүүнийг бид хадгалдаг.

эрч хүчтэй гэрэлтэлтР(Т) гэрэлтэгч биеийн гадаргуугийн 1 м2 талбайгаас 1 секундэд ялгарах энерги W.

Вт/м2.

биеийн ялгаруулалт r(λ,T) (эсвэл энергийн гэрлийн спектрийн нягтрал)гэрэлтэгч биеийн гадаргуугийн 1 м2 талбайгаас 1 секундэд ялгарах нэгж долгионы уртын интервал дахь энерги юм.

.
.

Энд
нь λ-аас долгионы урттай цацрагийн энерги юм
.

Интеграл энергийн гэрэлтэлт ба спектрийн энергийн гэрэлтэлтийн нягтын хамаарлыг дараах харьцаагаар тодорхойлно.

.

.

Ялгарах, шингээх чадварын харьцаа нь биеийн шинж чанараас хамаардаггүй нь туршилтаар тогтоогдсон. Энэ нь бүх биеийн долгионы урт (давтамж) ба температурын ижил (бүх нийтийн) функц юм гэсэн үг юм. Энэхүү эмпирик хуулийг Кирхгоф нээсэн бөгөөд түүний нэрийг авчээ.

Кирхгофын хууль: ялгаруулах чадвар ба шингээх чадварын харьцаа нь биеийн шинж чанараас хамаардаггүй, энэ нь бүх биеийн долгионы урт (давтамж) ба температурын ижил (бүх нийтийн) функц юм.

.

Ямар ч температурт цацраг туяаг бүрэн шингээж авдаг биеийг үнэмлэхүй хар бие гэж нэрлэдэг.

Үнэмлэхүй хар биеийн шингээх чадвар a.h.t. (λ,T) нь нэгтэй тэнцүү. Энэ нь бүх нийтийн Кирхгоф функц гэсэн үг юм
бүрэн хар биеийн ялгаруулах чадвартай ижил
. Тиймээс дулааны цацрагийн асуудлыг шийдэхийн тулд Кирхгофын функцын хэлбэр эсвэл туйлын хар биений ялгаралтыг тогтоох шаардлагатай байв.

Туршилтын өгөгдөлд дүн шинжилгээ хийх ба термодинамик аргыг ашигланАвстрийн физикчид Жозеф Стефан(1835 - 1893) ба Людвиг Больцман(1844-1906) 1879 онд A.H.T цацрагийн асуудлыг хэсэгчлэн шийдсэн. Тэд a.ch.t-ийн энергийн гэрэлтүүлгийг тодорхойлох томъёог олж авсан. – R acht (T). Стефан-Больцманы хуулийн дагуу

,
.

IN
1896 онд Вильгельм Виен тэргүүтэй Германы физикчид бүрэн хар биетийн дулааны цацрагийн спектрийн долгионы урт (давтамж) дахь цацрагийн эрчмийн тархалтыг судлахын тулд тэр үеийн хэт орчин үеийн туршилтын төхөөрөмжийг бүтээжээ. Энэхүү суурилуулалт дээр хийсэн туршилтууд: нэгдүгээрт, Австрийн физикч J. Stefan, L. Boltzmann нарын олж авсан үр дүнг баталсан; хоёрдугаарт, дулааны цацрагийн эрчмийг долгионы уртаар хуваарилах графикийг авсан. Эдгээр нь хурдны утгын дагуу Ж.Максвелийн өмнө нь олж авсан хаалттай эзэлхүүн дэх хийн молекулуудын тархалтын муруйтай гайхалтай төстэй байв.

Үүссэн графикуудын онолын тайлбар нь 19-р зууны 90-ээд оны сүүлээр гол асуудал болсон.

Английн сонгодог физикийн эзэн Рэйли(1842-1919) ба ноён Жеймс Жинс(1877-1946) дулааны цацрагт хэрэглэсэн статистик физикийн аргууд(бид эрх чөлөөний зэрэглэлд энергийн тэгш хуваарилалтын сонгодог хуулийг ашигласан). Максвелл битүү хөндийд эмх замбараагүй хөдөлж буй бөөмсийн тэнцвэрт чуулгад хэрэглэсэнтэй адил Рэйлей, Жинс нар статистик физикийн аргыг долгионд хэрэглэсэн. Тэд цахилгаан соронзон хэлбэлзэл бүрт kT-тэй тэнцүү дундаж энерги байдаг гэж үзсэн. дээр цахилгаан эрчим хүчТэгээд соронзон энерги дээр). Эдгээр бодолд үндэслэн тэд хувьсах гүйдлийн ялгаруулалтын дараах томъёог олж авсан.

.

Э
Энэ томьёо нь урт долгионы (бага давтамжтай) туршилтын хамаарлын явцыг сайн тодорхойлсон. Гэвч богино долгионы урттай (өндөр давтамж эсвэл спектрийн хэт ягаан туяаны бүсэд) Рэйли ба Жинсийн сонгодог онол нь цацрагийн эрчмийг хязгааргүй нэмэгдүүлэхийг урьдчилан таамаглаж байсан. Энэ нөлөөг хэт ягаан туяаны сүйрэл гэж нэрлэдэг.

Ямар ч давтамжтай цахилгаан соронзон долгион нь ижил энергитэй тохирч байна гэж үзээд Рэйли, Жинс нар температур нэмэгдэхийн хэрээр өндөр, өндөр давтамж нь цацрагт нөлөөлдөг гэдгийг үл тоомсорлов. Мэдээжийн хэрэг, тэдний баталсан загвар нь өндөр давтамжийн цацрагийн энергийг хязгааргүй нэмэгдүүлэхэд хүргэсэн байх ёстой. Хэт ягаан туяаны сүйрэл нь сонгодог физикийн ноцтой парадокс болжээ.

ХАМТ
a.ch.t-ийн ялгаруулалтын хамаарлын томъёог олж авах дараагийн оролдлого. долгионы уртаас авах ажлыг Вин хийсэн. Аргуудыг ашиглах сонгодог термодинамик ба электродинамик Гэм буруутайГрафик дүрслэл нь туршилтаар олж авсан өгөгдлийн богино долгионы (өндөр давтамжийн) хэсэгтэй хангалттай давхцаж байсан хамаарлыг гаргаж авах боломжтой байсан боловч урт долгионы (бага давтамж) туршилтын үр дүнтэй огт зөрчилдөж байв. .

.

Энэ томъёоноос долгионы урттай холбоотой хамаарлыг олж авсан
, энэ нь цацрагийн хамгийн их эрч хүч ба үнэмлэхүй биеийн температур T (Виенийн нүүлгэн шилжүүлэлтийн хууль):

,
.

Энэ нь Wien-ийн туршилтын үр дүнтэй нийцэж байсан бөгөөд үүнээс үзэхэд температур нэмэгдэх тусам цацрагийн хамгийн их эрчим нь богино долгионы урт руу шилждэг.

Гэхдээ муруйг бүхэлд нь дүрсэлсэн томъёо байхгүй байсан.

Дараа нь тэр үед Берлин дэх Кайзер Вильгельмийн хүрээлэнгийн физикийн тэнхимд ажиллаж байсан Макс Планк (1858-1947) асуудлын шийдлийг авчээ. Планк бол сонгодог физикийн аргад бүрэн шингэсэн Пруссын академийн маш консерватив гишүүн байв. Тэр термодинамикийн талаар сонирхолтой байсан. 1879 онд диссертацийг хамгаалсан цагаасаа эхлээд бараг зууны эцэс хүртэл Планк термодинамикийн хуультай холбоотой асуудлуудыг 20 жил дараалан судалжээ. Сонгодог электродинамик нь тэнцвэрт цацрагийн энерги долгионы урт (давтамж) дээр хэрхэн тархдаг вэ гэсэн асуултад хариулж чадахгүй гэдгийг Планк ойлгосон. Термодинамикийн салбартай холбоотой үүссэн асуудал. Планк бодис ба цацраг (гэрэл) хоорондын тэнцвэрт байдлыг бий болгох эргэлт буцалтгүй үйл явцыг судалсан.. Онол ба туршлагын хооронд тохиролцоонд хүрэхийн тулд Планк сонгодог онолоос зөвхөн нэг зүйл дээр ухарсан гэрлийн ялгарал хэсэг хэсгээр (квант) гардаг гэсэн таамаглалыг хүлээн зөвшөөрсөн.. Планкийн баталсан таамаглал нь дулааны цацрагийн хувьд туршилтанд тохирсон спектрийн энергийн ийм хуваарилалтыг олж авах боломжийг олгосон.

.

1900 оны 12-р сарын 14-нд Планк Берлиний физикийн нийгэмлэгт үр дүнгээ танилцуулав. Ийнхүү квант физик үүссэн.

Планкийн физикт оруулсан цацрагийн энергийн квант нь цацрагийн давтамжтай пропорциональ байсан. (болон долгионы урттай урвуу пропорциональ):

.

- бүх нийтийн тогтмол, одоо Планкийн тогтмол гэж нэрлэгддэг. Энэ нь тэнцүү байна:
.

Гэрэл бол долгион болон бөөмийн шинж чанартай цогц материаллаг объект юм.

Долгионы параметрүүд- долгионы урт , гэрлийн давтамж болон долгионы дугаар .

Корпускуляр шинж чанар- эрчим хүч болон импульс .

Гэрлийн долгионы параметрүүд нь Планкийн тогтмолыг ашиглан түүний корпускуляр шинж чанартай холбоотой байдаг.

.

Энд
Тэгээд
- долгионы дугаар.

Планкийн тогтмол нь физикт үндсэн үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэхүү хэмжээст тогтмол нь тодорхой физик систем бүрийн тайлбарт квант нөлөөлөл хэр чухал болохыг тооцоолох боломжийг олгодог.

Физик асуудлын нөхцлийн дагуу Планкийн тогтмолыг үл тоомсорлож болохуйц утга гэж үзвэл сонгодог (квант биш) тайлбар хангалттай.