დაბურულ გარემოში იისფერი და ლურჯი სინათლე ყველაზე მეტად ფანტავს, ხოლო ნარინჯისფერი და წითელი ყველაზე ნაკლებად.
ტინდალის ეფექტი აღმოაჩინეს მეცნიერთა მიერ სინათლის სხივების სხვადასხვა მედიასთან ურთიერთქმედების შესწავლის შედეგად. მან აღმოაჩინა, რომ როდესაც სინათლის სხივები გადის გარემოში, რომელიც შეიცავს უმცირესი მყარი ნაწილაკების სუსპენზიას - მაგალითად, მტვრიანი ან შებოლილი ჰაერი, კოლოიდური ხსნარები, მოღრუბლული მინა - გაფანტვის ეფექტი მცირდება, როდესაც სხივის სპექტრული ფერი იცვლება იისფერ-ლურჯზე. სპექტრის ყვითელ-წითელი ნაწილი. თუ, მეორეს მხრივ, თეთრი შუქი, როგორიცაა მზის შუქი, გადის ბუნდოვან გარემოში, რომელიც შეიცავს სრულ ფერთა სპექტრს, მაშინ სპექტრის ლურჯ ნაწილში შუქი ნაწილობრივ იფანტება, ხოლო მწვანე-ყვითლის ინტენსივობა. - სინათლის წითელი ნაწილი პრაქტიკულად იგივე რჩება. მაშასადამე, თუ ჩვენ შევხედავთ გაფანტულ შუქს მას შემდეგ, რაც იგი გაივლის ბუნდოვან გარემოში სინათლის წყაროდან მოშორებით, ის ჩვენთვის უფრო ცისფერი გამოვა, ვიდრე თავდაპირველი შუქი. თუ ჩვენ შევხედავთ სინათლის წყაროს გაფანტვის ხაზის გასწვრივ, ანუ ბუნდოვანი გარემოს მეშვეობით, წყარო უფრო წითელი გვეჩვენება, ვიდრე სინამდვილეშია. ამიტომ, მაგალითად, ტყის ხანძრის ნისლი ჩვენთვის მოლურჯო-მეწამული გვეჩვენება.
ტინდალის ეფექტი წარმოიქმნება შეჩერებული ნაწილაკებით გაფანტვის დროს, რომელთა ზომა ათჯერ აღემატება ატომების ზომას. როდესაც სუსპენზიის ნაწილაკები გადიდდებიან სინათლის ტალღის სიგრძის 1/20-ის ზომებამდე (დაახლოებით 25 ნმ და ზემოთ), გაფანტვა ხდება პოლიქრომული, ანუ სინათლე იწყებს თანაბრად გაფანტვას ფერთა მთელ ხილულ დიაპაზონში მეწამულიდან წითელამდე. შედეგად, ტინდალის ეფექტი ქრება. ამიტომ მკვრივი ნისლი ან კუმულუსის ღრუბლები ჩვენთვის თეთრად გვეჩვენება - ისინი შედგება წყლის მტვრის მკვრივი სუსპენზიისგან მიკრონიდან მილიმეტრამდე ნაწილაკების დიამეტრით, რაც საკმაოდ მაღლა დგას ტინდალის გაფანტვის ზღურბლზე.
შეიძლება იფიქროთ, რომ ცა ჩვენთვის ცისფერი ჩანს ტინდალის ეფექტის გამო, მაგრამ ეს ასე არ არის. ღრუბლების ან კვამლის არარსებობის შემთხვევაში, ცა ცისფერ-ლურჯდება ჰაერის მოლეკულებზე „დღის სინათლის“ გაფანტვის გამო. ამ ტიპის გაფანტვას ე.წ რეილის გაფანტვა(სერ რეილის პატივსაცემად; იხილეთ რეილის კრიტერიუმი). რეილის გაფანტვა აფანტავს ლურჯ და ციანურ შუქს უფრო მეტად, ვიდრე ტინდალის ეფექტი: მაგალითად, ლურჯი შუქი ტალღის სიგრძით 400 ნმ ფანტავს სუფთა ჰაერზე ცხრაჯერ უფრო ძლიერი ვიდრე წითელი შუქი ტალღის სიგრძით 700 ნმ. სწორედ ამიტომ ცა ჩვენთვის ცისფერი გვეჩვენება - მზის შუქი იფანტება მთელ სპექტრულ დიაპაზონში, მაგრამ სპექტრის ლურჯ ნაწილში ის თითქმის სიდიდის ბრძანებით უფრო ძლიერია, ვიდრე წითელში. მზის დამწვრობის გამომწვევი ულტრაიისფერი სხივები კიდევ უფრო მიმოფანტულია. ამიტომ რუჯი საკმაოდ თანაბრად ნაწილდება სხეულზე და ფარავს კანის იმ უბნებსაც კი, რომლებიც მზის პირდაპირ სხივებს არ ექვემდებარება.
კოლოიდების ელექტროკინეტიკური თვისებები
ელექტროკინეტიკური ფენომენები იყოფა ორ ჯგუფად: პირდაპირი და საპირისპირო. პირდაპირი მოიცავს იმ ელექტროკინეტიკური ფენომენებს, რომლებიც ხდება გარე ელექტრული ველის მოქმედებით (ელექტროფორეზი და ელექტროოსმოზი). საპირისპიროს ეწოდება ელექტროკინეტიკური ფენომენები, რომლებშიც ერთი ფაზის მეორესთან მიმართებაში მექანიკური მოძრაობის დროს წარმოიქმნება ელექტრული პოტენციალი (ნაკადის პოტენციალი და დალექვის პოტენციალი).
ელექტროფორეზი და ელექტროოსმოზი აღმოაჩინა ფ. რეისმა (1808). მან აღმოაჩინა, რომ თუ ორი მინის მილი ჩაეფლო სველ თიხაში, ივსება წყლით და მათში მოთავსდება ელექტროდები, მაშინ როდესაც პირდაპირი დენი გადის, თიხის ნაწილაკები ერთ-ერთი ელექტროდისკენ მოძრაობენ.
დისპერსიული ფაზის ნაწილაკების გადაადგილების ამ მოვლენას მუდმივ ელექტრულ ველში ეწოდა ელექტროფორეზი.
სხვა ექსპერიმენტში U-ს ფორმის მილის შუა ნაწილი, რომელიც შეიცავს წყალს, ავსებდნენ დამსხვრეული კვარცით, ელექტროდი მოათავსეს მილის თითოეულ იდაყვში და გადიოდა პირდაპირი დენი. გარკვეული პერიოდის შემდეგ, მუხლში, სადაც უარყოფითი ელექტროდი იყო განთავსებული, წყლის დონის მატება დაფიქსირდა, მეორეში - ვარდნა. ელექტრული დენის გამორთვის შემდეგ მილის იდაყვებში წყლის დონეები გათანაბრდა.
დისპერსიული გარემოს მოძრაობის ამ ფენომენს მუდმივ ელექტრულ ველში სტაციონარული დისპერსიული ფაზის მიმართ ელექტროოსმოზი ეწოდება.
მოგვიანებით კვინკემ (1859) აღმოაჩინა ელექტროოსმოსის საწინააღმდეგო ფენომენი, რომელსაც ეწოდება პერკოლაციის პოტენციალი. ის მდგომარეობს იმაში, რომ როდესაც სითხე მიედინება ზეწოლის ქვეშ ფოროვანი დიაფრაგმის გავლით, წარმოიქმნება პოტენციური განსხვავება. თიხა, ქვიშა, ხე და გრაფიტი გამოიცადა როგორც დიაფრაგმის მასალა.
ფენომენი, ელექტროფორეზის საპირისპირო და დალექვის პოტენციალი, აღმოაჩინა დორნმა (1878). როდესაც კვარცის სუსპენზიის ნაწილაკები გრავიტაციის მოქმედების ქვეშ დასახლდნენ, ჭურჭელში სხვადასხვა სიმაღლის დონეებს შორის წარმოიქმნა პოტენციური განსხვავება.
ყველა ელექტროკინეტიკური ფენომენი ემყარება ორმაგი ელექტრული ფენის არსებობას მყარი და თხევადი ფაზების საზღვარზე.
http://junk.wen.ru/o_6de5f3db9bd506fc.html
18. კოლოიდური ხსნარების განსაკუთრებული ოპტიკური თვისებები მათი ძირითადი მახასიათებლების გამო: დისპერსიულობა და ჰეტეროგენულობა. დისპერსიული სისტემების ოპტიკურ თვისებებზე დიდ გავლენას ახდენს ნაწილაკების ზომა და ფორმა. კოლოიდური ხსნარში სინათლის გავლას თან ახლავს ისეთი მოვლენები, როგორიცაა სინათლის შთანთქმა, არეკვლა, გარდატეხა და გაფანტვა. რომელიმე ამ ფენომენის უპირატესობა განისაზღვრება დისპერსიული ფაზის ნაწილაკების ზომასა და დაცემის სინათლის ტალღის სიგრძეს შორის თანაფარდობით. AT უხეში სისტემებიძირითადად შეინიშნება სინათლის არეკვლა ნაწილაკების ზედაპირიდან. AT კოლოიდური ხსნარებინაწილაკების ზომები შედარებულია ხილული სინათლის ტალღის სიგრძესთან, რაც განსაზღვრავს სინათლის გაფანტვას სინათლის ტალღების დიფრაქციის გამო.
სინათლის გაფანტვა კოლოიდურ ხსნარებში ვლინდება სახით ოპალესცენცია- მქრქალი ბზინვარება (ჩვეულებრივ მოლურჯო ელფერით), რომელიც ნათლად ჩანს მუქ ფონზე სოლის გვერდითი განათებით. ოპალესცენციის მიზეზი არის კოლოიდური ნაწილაკებზე სინათლის გაფანტვა დიფრაქციის გამო. ოპალესცენცია ასოცირდება კოლოიდური სისტემებისთვის დამახასიათებელ ფენომენთან - ტინდალის ეფექტი: როდესაც სინათლის სხივი გადის კოლოიდურ ხსნარში სხივის პერპენდიკულარული მიმართულებიდან, შეინიშნება ხსნარში მანათობელი კონუსის წარმოქმნა.
ტინდალის ეფექტი, ტინდალის გაფანტვა არის ოპტიკური ეფექტი, სინათლის გაფანტვა, როდესაც სინათლის სხივი გადის ოპტიკურად არაერთგვაროვან გარემოში. ის ჩვეულებრივ შეინიშნება როგორც მანათობელი კონუსი (ტინდალის კონუსი), რომელიც ჩანს მუქი ფონზე.
დამახასიათებელია კოლოიდური სისტემების ხსნარებისთვის (მაგალითად, ლითონის ხსნარები, განზავებული ლატექსები, თამბაქოს კვამლი), რომლებშიც ნაწილაკები და მათი გარემო განსხვავდება რეფრაქციული ინდექსით. კოლოიდური ნაწილაკების და მაკრომოლეკულების ზომის, ფორმისა და კონცენტრაციის განსაზღვრის მრავალი ოპტიკური მეთოდი ეფუძნება ტინდალის ეფექტს. .
19. ზოლი - ეს არის ცუდად ხსნადი ნივთიერებები (კალციუმის, მაგნიუმის, ქოლესტერინის მარილები და ა.შ.) ლიოფობიური კოლოიდური ხსნარების სახით.
ნიუტონის სითხე არის ბლანტი სითხე, რომელიც ემორჩილება ნიუტონის ბლანტი ხახუნის კანონს მის დინებაში, ანუ ტანგენციალური დაძაბულობა და სიჩქარის გრადიენტი ასეთ სითხეში წრფივად არის დამოკიდებული. პროპორციულობის ფაქტორი ამ რაოდენობებს შორის ცნობილია, როგორც სიბლანტე.
ნიუტონის სითხე აგრძელებს დინებას მაშინაც კი, თუ გარე ძალები ძალიან მცირეა, სანამ ისინი მკაცრად ნულოვანი არ არის. ნიუტონის სითხისთვის, სიბლანტე, განსაზღვრებით, დამოკიდებულია მხოლოდ ტემპერატურაზე და წნევაზე (და ასევე ქიმიურ შემადგენლობაზე, თუ სითხე არ არის სუფთა), და არ არის დამოკიდებული მასზე მოქმედ ძალებზე. ტიპიური ნიუტონის სითხე არის წყალი.
არანიუტონის სითხე არის სითხე, რომელშიც მისი სიბლანტე დამოკიდებულია სიჩქარის გრადიენტზე. როგორც წესი, ასეთი სითხეები უაღრესად არაერთგვაროვანია და შედგება დიდი მოლეკულებისგან, რომლებიც ქმნიან რთულ სივრცულ სტრუქტურებს.
უმარტივესი საილუსტრაციო საყოფაცხოვრებო მაგალითია სახამებლის ნარევი მცირე რაოდენობით წყალთან ერთად. რაც უფრო სწრაფია გარეგანი ზემოქმედება სითხეში შეჩერებულ მაკრომოლეკულებზე, მით უფრო მაღალია მისი სიბლანტე.
გაკვეთილის მიზნები:
საგანმანათლებლო:გააცნოს მოსწავლეებს კოლოიდური ხსნარების ოპტიკური თვისებები.
განვითარება:გააფართოვოს მოსწავლეთა გაგება კოლოიდური ხსნარების ოპტიკური თვისებების შესახებ. განავითარონ მათი შემეცნებითი აქტივობა და ვიზუალურ ინფორმაციაში მთავარის ხაზგასმის უნარი.
აღზრდა:განაგრძეთ ყურადღების, დაკვირვების, ესთეტიკური გრძნობების, ტექნოლოგიების მართვის უნარის გამომუშავება.
ვიზუალური საშუალებები: კომპიუტერი, ეკრანი, პროექტორი.
ტექნოლოგია: ლექცია TCO-ს (კომპიუტერული ტექნოლოგიების) გამოყენებით.
გაკვეთილის ეტაპები: I საორგანიზაციო ნაწილი
სინათლის გაფანტვა კოლოიდურ ხსნარებში. ტინდალ-ფარადეის ეფექტი
კოლოიდური ხსნარების ოპტიკური თვისებები განისაზღვრება კოლოიდური ხსნარებში სინათლის გაფანტვით, კოლოიდური ხსნარების ფერით, კოლოიდებით სინათლის შთანთქმით, ნაწილაკების ზედაპირით სინათლის არეკვით, აგრეთვე ულტრამიკროსკოპული, ელექტრონული მიკროსკოპული და რენტგენის თვისებებით. . ძალიან ხშირად კოლოიდური სისტემები ფერადია. ფერი იცვლება დისპერსიის ხარისხის, ნაწილაკების ქიმიური ხასიათისა და მათი ფორმის მიხედვით, ვინაიდან ეს ფაქტორები გავლენას ახდენს სინათლის გაფანტვასა და ადსორბციაზე. დისპერსიის მაღალი ხარისხის მქონე ლითონები ჩვეულებრივ წითელი ან მუქი ყვითელია, ხოლო დაბალი ხარისხის დისპერსიის მქონე ლითონები იისფერი ან ღია ცისფერია. მაგალითად, უფრო მაღალი ხარისხით, ოქროს ლულები წითელ ფერს იძენენ, ხოლო დაბალი ხარისხით, იისფერ და ღია ცისფერ ფერს. ლითონის ზოლების ფერი ასევე დამოკიდებულია შთანთქმის სინათლის ტალღის სიგრძეზე. შუქნიშნის სხივი, ნისლი, კვამლი უფეროა. ცის ლურჯი ფერი განპირობებულია მზის სინათლის სინათლის გაფანტვით ჰაერის ფენებში.
თუ ნაწილაკების ზომა აღემატება სინათლის ტალღის სიგრძეს, მაშინ გეომეტრიული ოპტიკის კანონის მიხედვით სინათლე აირეკლება ნაწილაკების ზედაპირიდან. თუმცა, თუ ნაწილაკები ზომით უფრო მცირეა ვიდრე სინათლის ტალღის სიგრძე, მაშინ დაკვირვებულ ოპტიკურ მოვლენებს შორის ხდება სინათლის გაფანტვა. ამიტომ, როდესაც სინათლე გადის კოლოიდებით დისპერსიულ და უხეშად გაფანტულ სისტემებში, სინათლე იფანტება დისპერსიული ფაზის ნაწილაკებით. თუ სინათლის სხივის სხივს მიმართავთ დისპერსიულ სისტემას, მისი ბილიკი ჩანს გვერდიდან, მანათობელი კონუსის სახით. ეს ფენომენი ჯერ ფარადეიმ შეისწავლა, შემდეგ კი უფრო დეტალურად ტინდალმა. ამიტომ ამ მოვლენას ტინდალ-ფარადეის ეფექტს უწოდებენ.
ტინდალ-ფარადეის ეფექტზე დასაკვირვებლად დისპერსირებული სისტემა (C) შეედინება ტეტრაედრულ მინის კონტეინერში (კიუვეტა), კუვეტის წინ იდება მუქი ფარდა და განათებულია საპროექციო ნათურით (A) (ნახ. 8). ამ ექსპერიმენტში წარმოიქმნება მანათობელი კონუსი, რომლის მიზეზი არის კოლოიდური ნაწილაკების მიერ სინათლის გაფანტვა და შედეგად, ყოველი ნაწილაკი თითქოს წერტილია, რომელიც იძლევა სინათლეს. პაწაწინა ნაწილაკებით სინათლის გაფანტვის პროცესს ოპალესცენცია ეწოდება. ნამდვილ წყალხსნარებში, სუფთა სითხეების ნარევში, სინათლე იფანტება უმნიშვნელო რაოდენობით და, შესაბამისად, ტინდალ-ფარადეის ეფექტი არ შეინიშნება. მისი ნახვა მხოლოდ სპეციალურ მოწყობილობაშია შესაძლებელი. ზოგჯერ გარეგნულად შეუძლებელია ჭეშმარიტი ხსნარის კოლოიდურიდან გარჩევა და იმის დასადგენად, მოცემული ხსნარი კოლოიდურია თუ ჭეშმარიტი ხსნარი, გამოიყენება ტინდალ-ფარადეის ეფექტი. ტინდალ-ფარადეის ეფექტის ინტენსივობა იზრდება სოლის დისპერსიის ხარისხის მატებასთან ერთად, ხოლო როდესაც მიიღწევა დისპერსიის გარკვეული ხარისხი, აღწევს მაქსიმუმს და შემდეგ მცირდება. უხეშად დისპერსიულ სისტემებში (იმის გამო, რომ ნაწილაკების ზომა მეტია სინათლის ტალღის სიგრძეზე), სინათლე აირეკლება ნაწილაკების ზედაპირიდან გარკვეული კუთხით და შედეგად, შეინიშნება სინათლის არეკვლა.
უხეში დისპერსიული სისტემები თანაბრად ასახავს სხვადასხვა სიგრძის სინათლის ტალღებს. თუ თეთრი სინათლე ეცემა სისტემას, მაშინ არეკლილი სინათლეც თეთრი იქნება.
კოლოიდური ნაწილაკებით სინათლის ტალღების გაფანტვის პროცესი დამოკიდებულია სინათლის ტალღის სიგრძეზე. რეილის კანონის მიხედვით, დიფრაქციის გამო კოლოიდურ სისტემაში სინათლის გაფანტვის ინტენსივობა პროპორციულია ნაწილაკების რაოდენობასთან, ნაწილაკების მოცულობის კვადრატთან და უკუპროპორციულია შემთხვევის სინათლის ტალღის სიგრძის მეოთხე ხარისხთან. .
Აქ J0? გაფანტული სინათლის ინტენსივობა, ჯ? ინციდენტის სინათლის ინტენსივობა, ვ- რიცხვითი კონცენტრაცია, ვ? ნაწილაკების მოცულობა, N1- დისპერსიული ფაზის რეფრაქციული ინდექსი, N2? დისპერსიული გარემოს რეფრაქციული ინდექსი, კარის მუდმივი, რომელიც დამოკიდებულია დაცემის სინათლის ინტენსივობაზე და დისპერსიული ფაზის რეფრაქციულ მაჩვენებლებსა და დისპერსიულ გარემოს შორის განსხვავებაზე, ლ- სინათლის ტალღის სიგრძე, ნმ.
მნიშვნელობა N1ამ განტოლებაში დამოკიდებულია ნივთიერების ბუნებაზე. Თუ N1და N2ერთმანეთის ტოლია, მაშინ ასეთ სისტემებში ტინდალ-ფარადეის ეფექტი არ შეინიშნება. რაც უფრო დიდია განსხვავება დისპერსიული ფაზის რეფრაქციულ მაჩვენებლებსა და დისპერსიულ გარემოს შორის, მით უფრო მკაფიოდ შეინიშნება ტინდალ-ფარადეის ეფექტი.
რეილის განტოლება გამოიყენება მხოლოდ ისეთ კოლოიდური ხსნარებისთვის, რომლებშიც ნაწილაკების ზომა არ აღემატება სინათლის ტალღის 0,1 სიგრძეს. განტოლებიდან ჩანს, რომ სინათლის გაფანტვის ინტენსივობა უკუპროპორციულია ტალღის სიგრძის მეოთხე სიმძლავრისა და, შესაბამისად, უფრო მოკლე ტალღები წარმოიქმნება გაფანტვის პროცესში. ამიტომ, კოლოიდური ხსნარის გვერდითი განათებისას პოლიქრომატული (თეთრი) შუქით, კოლოიდურ ხსნარებს აქვთ მოლურჯო ფერი.
სინათლის გაფანტვა. კლასიკური თვალსაზრისით სინათლის გაფანტვა არის ის
მატერიაში გამავალი ელექტრომაგნიტური ტალღები იწვევს ატომებში ელექტრონების რხევას. ახსნა: თუ ნაწილაკების ზომა მცირეა, მაშინ ელექტრონები, რომლებიც ქმნიან
ატომებში იძულებითი ვიბრაციები რხევადი დიპოლის ტოლფასია. ეს დიპოლი რხევა მასზე სინათლის ტალღის დაცემის სიხშირით. აქედან გამომდინარე, სპექტრის მოკლე ტალღის ნაწილი ბევრად უფრო ინტენსიურად არის მიმოფანტული, ვიდრე გრძელი ტალღის ნაწილი. ლურჯი შუქი თითქმის 5-ჯერ უფრო ინტენსიურად ფანტავს, ვიდრე წითელი. მაშასადამე, გაფანტული სინათლე ლურჯია, ხოლო გადაცემული სინათლე მოწითალო. ძალიან მაღალ სიმაღლეებზე (ასობით კილომეტრი), ატმოსფერული მოლეკულების კონცენტრაცია ძალიან დაბალია, გაფანტვა პრაქტიკულად ქრება, ცა უნდა გამოჩნდეს შავი, ხოლო ვარსკვლავები ჩანს მზის თანდასწრებით. კოსმოსური ფრენების დროს ყველა ეს პროგნოზი სრულად დადასტურდა.
რეილი-ჯინსის კანონი არის რადიაციის კანონი შავი სხეულის წონასწორული გამოსხივების სიმკვრივისა და შავი სხეულის ემისიურობისთვის.
Tyndall effect, Tyndall scattering (ინგლ. Tyndall effect) - ოპტიკური ეფექტი, სინათლის გაფანტვა, როცა სინათლის სხივი გადის ოპტიკურად არაერთგვაროვან გარემოში. ის ჩვეულებრივ შეინიშნება როგორც მანათობელი კონუსი (ტინდალის კონუსი), რომელიც ჩანს მუქი ფონზე.
დამახასიათებელია კოლოიდური სისტემების ხსნარებისთვის (მაგალითად, ხსნარები, ლითონები, განზავებული ლატექსები, თამბაქოს კვამლი), რომლებშიც ნაწილაკები და მათი გარემო განსხვავდება რეფრაქციული ინდექსით.
ნეფელომეტრია არის ნივთიერების კვლევისა და ანალიზის მეთოდი მოცემული ნივთიერების შეჩერებული ნაწილაკებით მიმოფანტული სინათლის ნაკადის ინტენსივობით.
მეთოდის არსი
გაფანტული სინათლის ნაკადის ინტენსივობა დამოკიდებულია ბევრ ფაქტორზე, კერძოდ, გაანალიზებულ ნიმუშში ნაწილაკების კონცენტრაციაზე. ნეფელომეტრიაში დიდი მნიშვნელობა აქვს ნაწილაკების მოცულობას, რომელიც აფანტავს სინათლეს. ნეფელომეტრიაში გამოყენებული რეაქციების მნიშვნელოვანი მოთხოვნაა ის, რომ რეაქციის პროდუქტი უნდა იყოს პრაქტიკულად უხსნადი და იყოს სუსპენზია (სუსპენზია). მყარი ნაწილაკების სუსპენზიაში შესანარჩუნებლად გამოიყენება სხვადასხვა სტაბილიზატორები (მაგ. ჟელატინი) ნაწილაკების კოაგულაციის თავიდან ასაცილებლად.
50. სხეულების თერმული გამოსხივება. შავი სხეულის გამოსხივების კანონები (შტეფან-ბოლცმანი, ვენა).
ბუნების ყველა სხეულს შორის არის ენერგიის გაცვლის გაუთავებელი პროცესი. სხეულები მუდმივად ასხივებენ და შთანთქავენ ენერგიას. თუ ატომების აგზნება ხდება იმავე სხეულის სხვა ატომებთან მათი შეჯახების შედეგად თერმული მოძრაობის პროცესში, მაშინ მიღებულ ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას თერმული ეწოდება.
თერმული გამოსხივება ხდება ნებისმიერ ტემპერატურაზე. ამ შემთხვევაში, ტემპერატურის მიუხედავად, სხეული გამონაკლისის გარეშე გამოსცემს ყველა ტალღის სიგრძეს, ე.ი. თერმული გამოსხივების სპექტრი უწყვეტია და ვრცელდება ნულიდან უსასრულობამდე. თუმცა, რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით მეტია მოკლე ტალღის გამოსხივება მთავარი რადიაციის სპექტრში. სხეულის მიერ ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივების პროცესი ერთდროულად და დამოუკიდებლად ხდება მათ შთანთქმასთან.
სხეული, რომელიც მთლიანად შთანთქავს ენერგიას მთელ ტალღის სიგრძის დიაპაზონში, ე.ი. რომლისთვისაც α = 1 ეწოდება აბსოლუტურად შავი (შავი)
შტეფან-ბოლცმანის სამართალი. ვიენის გადაადგილების კანონი
სტეფანმა და ბოლცმანმა მიიღეს შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის განუყოფელი გამოხატულება, რომელიც არ ითვალისწინებს ენერგიის განაწილებას ტალღის სიგრძეებზე:
R \u003d σT 4, σ არის სტეფან-ბოლცმანის მუდმივი (σ \u003d 5,6696 10 -8 W / (m 2 K 4)).
რუხი სხეულებისთვის კირჩჰოფის კანონი საშუალებას გვაძლევს დავწეროთ r λ = α λ ε λ , მაშინ რუხი სხეულების ენერგეტიკული სიკაშკაშე გვაქვს: .
მრუდების გაანალიზებით, ვინმა აღმოაჩინა, რომ ტალღის სიგრძე, რომელიც ითვალისწინებს ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს, განისაზღვრება ურთიერთობით: .
ეს არის ვიენის კანონი, სადაც b = 0,28978·10 -2 m·K არის ვიენის მუდმივი.
განვსაზღვროთ ტალღის სიგრძის მნიშვნელობა, რომლისთვისაც ε λ-ს აქვს მაქსიმალური მნიშვნელობა მოცემულ ტემპერატურაზე, თანაფარდობის საფუძველზე. ექსტრემის პოვნის წესების მიხედვით, ეს დაექვემდებარება . გამოთვლები აჩვენებს, რომ ეს მოხდება, თუ λ = b/T.
დამოკიდებულებიდან ჩანს, რომ ტემპერატურის მატებასთან ერთად ტალღის სიგრძე, რომელიც მთლიანად შავი სხეულის მაქსიმალურ ემისიურობას ითვალისწინებს, გადადის მოკლე ტალღის სიგრძის რეგიონში. ამ მიზეზით, თანაფარდობა ასევე ცნობილია სამეცნიერო ლიტერატურაში, როგორც ვიენის გადაადგილების კანონი. ეს კანონი ასევე მოქმედებს ნაცრისფერ სხეულებზე.
შტეფან-ბოლცმანისა და ვიენის კანონები შესაძლებელს ხდის მათი ტემპერატურის განსაზღვრას სხეულის მიერ გამოსხივებული ენერგიის გაზომვების საფუძველზე. ფიზიკის ამ დარგს ოპტიკური პირომეტრია ეწოდება.
დაბურულ გარემოში იისფერი და ლურჯი სინათლე ყველაზე მეტად ფანტავს, ხოლო ნარინჯისფერი და წითელი ყველაზე ნაკლებად.
ტინდალის ეფექტი აღმოაჩინეს მეცნიერთა მიერ სინათლის სხივების სხვადასხვა მედიასთან ურთიერთქმედების შესწავლის შედეგად. მან აღმოაჩინა, რომ როდესაც სინათლის სხივები გადის გარემოში, რომელიც შეიცავს უმცირესი მყარი ნაწილაკების სუსპენზიას - მაგალითად, მტვრიანი ან შებოლილი ჰაერი, კოლოიდური ხსნარები, მოღრუბლული მინა - გაფანტვის ეფექტი მცირდება, როდესაც სხივის სპექტრული ფერი იცვლება იისფერ-ლურჯზე. სპექტრის ყვითელ-წითელი ნაწილი. თუ, მეორეს მხრივ, თეთრი შუქი, როგორიცაა მზის შუქი, გადის ბუნდოვან გარემოში, რომელიც შეიცავს სრულ ფერთა სპექტრს, მაშინ სპექტრის ლურჯ ნაწილში შუქი ნაწილობრივ იფანტება, ხოლო მწვანე-ყვითლის ინტენსივობა. - სინათლის წითელი ნაწილი პრაქტიკულად იგივე რჩება. მაშასადამე, თუ ჩვენ შევხედავთ გაფანტულ შუქს მას შემდეგ, რაც იგი გაივლის ბუნდოვან გარემოში სინათლის წყაროდან მოშორებით, ის ჩვენთვის უფრო ცისფერი გამოვა, ვიდრე თავდაპირველი შუქი. თუ ჩვენ შევხედავთ სინათლის წყაროს გაფანტვის ხაზის გასწვრივ, ანუ ბუნდოვანი გარემოს მეშვეობით, წყარო უფრო წითელი გვეჩვენება, ვიდრე სინამდვილეშია. ამიტომ, მაგალითად, ტყის ხანძრის ნისლი ჩვენთვის მოლურჯო-მეწამული გვეჩვენება.
ტინდალის ეფექტი წარმოიქმნება შეჩერებული ნაწილაკებით გაფანტვის დროს, რომელთა ზომა ათჯერ აღემატება ატომების ზომას. როდესაც სუსპენზიის ნაწილაკები გადიდდებიან სინათლის ტალღის სიგრძის 1/20-ის ზომებამდე (დაახლოებით 25 ნმ და ზემოთ), გაფანტვა ხდება პოლიქრომული,ანუ სინათლე იწყებს თანაბრად გაფანტვას ფერთა მთელ ხილულ დიაპაზონში იისფერიდან წითელამდე. შედეგად, ტინდალის ეფექტი ქრება. ამიტომ მკვრივი ნისლი ან კუმულუსის ღრუბლები გვეჩვენება თეთრი - ისინი შედგება წყლის მტვრის მკვრივი სუსპენზიისგან, ნაწილაკების დიამეტრით მიკრონიდან მილიმეტრამდე, რაც საკმაოდ მაღლა დგას ტინდალის გაფანტვის ზღურბლზე.
შეიძლება იფიქროთ, რომ ცა ჩვენთვის ცისფერი ჩანს ტინდალის ეფექტის გამო, მაგრამ ეს ასე არ არის. ღრუბლების ან კვამლის არარსებობის შემთხვევაში, ცა ცისფერ-ლურჯდება ჰაერის მოლეკულებზე „დღის სინათლის“ გაფანტვის გამო. ამ ტიპის გაფანტვას ე.წ რეილის გაფანტვა(სერ რეილის პატივსაცემად; სმ.რეილის კრიტერიუმი). რეილის გაფანტვა აფანტავს ლურჯ და ციანურ შუქს ტინდალის ეფექტზე უფრო მეტად: მაგალითად, ცისფერი შუქი ტალღის სიგრძით 400 ნმ ფანტავს სუფთა ჰაერზე ცხრაჯერ უფრო ძლიერი ვიდრე წითელი შუქი 700 ნმ ტალღის სიგრძით. სწორედ ამიტომ ცა ჩვენთვის ცისფერი გვეჩვენება - მზის შუქი იფანტება მთელ სპექტრულ დიაპაზონში, მაგრამ სპექტრის ლურჯ ნაწილში ის თითქმის სიდიდის ბრძანებით უფრო ძლიერია, ვიდრე წითელში. მზის დამწვრობის გამომწვევი ულტრაიისფერი სხივები კიდევ უფრო მიმოფანტულია. ამიტომ რუჯი საკმაოდ თანაბრად ნაწილდება სხეულზე და ფარავს კანის იმ უბნებსაც კი, რომლებიც მზის პირდაპირ სხივებს არ ექვემდებარება.
ჯონ ტინდალი, 1820-93
ირლანდიელი ფიზიკოსი და ინჟინერი. დაიბადა ლეილინის ხიდში, საგრაფო კარლოუში (Leighlin Bridge, County Carlow). სკოლის დამთავრების შემდეგ მუშაობდა სამხედრო ორგანიზაციებში და რკინიგზის მშენებლობაში ტოპოგრაფ-გეზომიერად. პარალელურად დაამთავრა პრესტონში მექანიკური ინსტიტუტი. მძიმე სამუშაო პირობების გამო პროტესტის გამო გაათავისუფლეს სამხედრო გეოდეზიური სამსახური. ის ასწავლიდა ქუინვუდის კოლეჯში (ჰემფშირი), ხოლო განაგრძობდა თვითგანათლებას. 1848-51 წლებში. უსმენდა ლექციებს მარბურგისა და ბერლინის უნივერსიტეტებში. ინგლისში დაბრუნების შემდეგ იგი გახდა მასწავლებელი, შემდეგ კი პროფესორი ლონდონის სამეფო ინსტიტუტში (სამეფო ინსტიტუტი). მეცნიერის ძირითადი ნამუშევრები ეძღვნება მაგნიტიზმს, აკუსტიკას, თერმული გამოსხივების შეწოვას გაზებისა და ორთქლების მიერ, სინათლის გაფანტვას ბუნდოვან გარემოში. . შეისწავლა მყინვარების სტრუქტურა და მოძრაობა ალპებში.
ტინდალი უკიდურესად გატაცებული იყო მეცნიერების პოპულარიზაციის იდეით. ის რეგულარულად ატარებდა საჯარო ლექციებს, ხშირად უფასო ლექციების სახით ყველასთვის: ქარხნის ეზოში მუშებისთვის სადილის დროს, საშობაო ლექციები ბავშვებისთვის სამეფო ინსტიტუტში. ტინდალის, როგორც პოპულარიზაციის პოპულარობამ ასევე მიაღწია ატლანტის ოკეანის მეორე მხარეს - მისი წიგნის ამერიკული გამოცემის ფრაგმენტები (მეცნიერების ფრაგმენტები). მეცნიერება, 1871) ერთ დღეში გაიყიდა. ის აბსურდული სიკვდილით გარდაიცვალა 1893 წელს: სადილის მომზადებისას მეცნიერის მეუღლემ (რომელმაც მას 47 წლით გადააჭარბა) შეცდომით, სუფრის მარილის ნაცვლად სამზარეულოში შენახული ერთ-ერთი ქიმიური რეაგენტი გამოიყენა.
