Azərbaycan Dövlət Aqrar Universiteti. mühəndislik ixtisasları. Aqrar fizika və riyaziyyat. f.-r.e.n., dosent Ağayev Q.Ü.

Transcript

1 Aərbaan Dövlə Aqrar niversiei. Fakülə: üəndislik iisasları Kafedra: Aqrar fiika və riaia Fənn: Fiika Müairəçi: f.-r.e.n., dosen Ağaev Q.Ü. Ədəbia: 1. Савельев И.В. Общий курс физики. I, II, III т.т. М Friş S.A. ioreva A.N. Üui fiika kursu. I, II, III issələr, Qoaev N. M. Üui fiika kursu. Meanika. Bakı, Xaйкин С.Э. Физические основы механики.м., Raaanadə M. H. Fiika kursu. Bakı, Кикоин И.К. Кикоин А.К. молекулярная физика. М., Kalaşnikov S. Q. lekrik bəsi. Bakı, Грабовский Р.И. Курс физики. М. 7 GƏNCƏ-1

2 Mövu 7 Isilik şüalanası. Şüalana qanunları. 1. Isilik şüalanası. Müləq qara isi.. Kirof qanunu. 3. Müləq qara isin şüalana qanunları: Sefan-Bolsan qanunu. Vin qanunu.. Rele-Cins qanunu. 5. Plank düsuru. Isilik şüalanası. Müləq qara isi. lekroaqni şüalana addənin ao və olekullarındakı üklərin rəqsləri aradır. Məsələn: ao və olekulların rəqsi və fırlana ərəkələri infraqırıı şüalanba aradır; elekronların ao dailində üəən erdəişəsi görünən və B şüalana aradır; sərbəs elekronların orolanası rengen şüalanası aradır və.s. Cisin şüalanası enerji igisi ilə üşaə olunur. unüddəli şüalananı əin eək üçün enerji ikisinin erinidolduraq laıdır. Şüalana üəlif enerjilər esabına ola bilər.əbiədə ən geniş aılış olan köəriş isilərin şüalanasıdır. Köəriş isilərin şüalanasına isilik şüalanası deilir. Isilik şüalanası digər şüalanalardan fərqli olaraq, üəən şərlər dailində aralıqda olan şüalanadır. Məsələn: elekroaqni dalğaları keçirəən və daili səi qaarıı (gügü) olan qapalı bir ədə olan üəən eperaurlu isin ş.üalandırdığı elekroaqni dalğaları qapalı səin daili divarlarından qaıdaraq enidən əin isin üərinə düşəəkdir və üəən aandan sonra vaid aanda isin şüalandırdığı və udduğu enerjinin iqdarı bərabər olaaqdır, əni isilə şüalana arasında dinaik aralıq aranaaqdır. aralıqlı şüalana bərk isi, ae və qalarda ola bilər. Isilik şüalanasının inensivlii və spekral ərkibi isin eperauru, kiəvi ərkibi və onun aqreqa alından asılıdır. Cisilərin isilik şüalanası şüaburaa vəşüaudaqabiliəi kii iki kəiələrlə arakeriə olunur. Cisin vaid səindən vaid aanda və elii ; d inervalında buraılan şüa deilir: enerjisinin iqdarına dw isin şüaburaa qabiliəi ; dw ; (1) ; d Opik şüalana oblasında elekroaqni dalğaların enerji seli sadəə olaraq işıq seli (W ) adlanır. Cisi üərinə düşən işıq enerjisinin bir issəsini udur və isilik enerjisinə çüvirir, bir issəsini əks edirir və bir issəsinidə keçirir. ud dьє dulan işıq enerjisinin dw düşən işıq enerjisinə dw olan nisbəinə isin veriliş elik d A ; deilir: ; inervalında şüauda qabiliəi ud dw ; düü A dw Isənilən eperaurda üərinədüşən büün uunluqlu elekroaqni dalğalarını udan (əni iiari elik və eperaurda A ; =1 olan) isilərə üləq qara isi deilir. əbiədə üləq qara isi odur, anaq uda assəsinə gürə ona aın isilər vardır. His, qara əər və.s isilər üçün A 1 1 esab eək olar. Bu addələrin gülü uda qabiliəi onların əsaəlilii ilə ia edilir. Onların üərinəşüalana düşdükdə əsaələrdə şosalı əksolalar baş verir. Hər bir əksolada üəən enerji udulur və nəiədə addənin qaından çıan şüalananın inensivlii prakiki olaraq sıfra bərabər olur. da qabiliəi büün eliklər üçün eni olb addənin eperauru və səinin vəiəindən asılı olan isilərə bo isi deilir i ildə Vin və Lüer üləq qara isin odelini əklif eişlər. Ideal əksedirən içəri divarları olan boşluqda olan deşii üləq qara isi kii baaq olar. Deşiin diaeri boşluğun.1 diaerindən kiçik olalıdır. Nəiədə prakiki olaraq boşluqdan eç bir şüa şıır. Bu

3 səbəbdən işıqlı günəşli avada pənərədən baanda oağın işərisi görsənir (pənərə qara görsənir) göün bəbəi qara görsənir. Isilik şüalanası probleinin əlli, işığın kvan nəəriəsinin aranasında üsusi rolu olduğuna görə isilik şüalanası qanunlıarına baaq əqsədə uğundur. Kirof qanunu. Prevo qadasına görə (189) əgər iki isin şüaudası üəlifdirsə, onların şüaburaası da üəlif olalıdır. Prevo qadası kefiəə ərübələrlə əsdiq edilişdir. Müşaidələr gösərir ki, eni eperaurda şəffaf çubuğun şüalanası rəngli şubuğun şüalanasından əif olur. Prevo qadasını kəiəə 1959-u ildə Kirof üəən eişdir. Kirof qanununa görə, eni eperaur və eni elikdə isilərin şüaburaa qabiliəinin şüauda qabiliəinə olan nisbəi büün isilər enidir f ; : ; f ; A ; f ; - isin əbiəindən asılı dei və Kirov funksiası adlanır. Kirof qanunu üləq qara isə əbiq edək. üləq qaraisin şüaburaa qabiliəini ; işarəedək. onda üləq qara isi üçün. A ; 1 olduğundan ; ; f ; əni ; f ; A ; 1 Deəli Кirof funksiası f ; üləq qara isin şüaburaa qabiliəidir. Indi Kirof qanununu belə də aaq olar: ; ; A ; Beləliklə ; - universal kəiədir (funksiadır) və onun elik və eperaurdan () asılılığını üəən eək isilik şüalanası nəəriəsinin əsas əsələlərindədir. Kirof qanunundan çıan nəiələr: 1. Hər ansı isin şüauda qabiliəi A ; 1 olduğundan büün isilərin şüaburaa qabiliəi qara isinkindən adır: ; ;. Müləq qaraisi üçün Kirof qanunundan belə nəiə çıır ki, üəən eperaurda isi ansı elikdə şüa buraırsa əin elikli şüaları da uda bilir. 3. Müləq qara isi ansı elikli şüaları udursa, əin elikli şüaları buraır: A ; ; Müləq qara isin şüalana qanunları. Müləq qara isin şüalana qabiliəini iki qanunlaəin eək olar. 1. Sefan-Bolsan qanunu. Sefan ərübəəsasında, Bolsan isə nəəri olaraq erodinaiki qanunları əsasında belə bir nəiəə gəlişlər ki, üləq qara isin ineqral şüalanası əni ( ) ; d üləq eperaurun üləq dərəəsi ilədü üənasibdir: - bu Sefan-Bolsan qanunudur. Burada 8 V üləq qara isin K 1 səindən və 1 K eperaurda şüalandırdığı enerjidir.. Vin qanunu. Müləq qara spekrində enerjinin palanası. Vin üləq qara isin şüalana spekrində enerjinin eliə görə palançasını üəlif eperaurlar üçün ərübi örənişdir. Bu qanuna görə üləq qara isiin şüa buraa qabiliəinin aksiua uğun olan dalğa uunluğu (inial elii) a üləq eperaurla ərs üənasibdir: 3

4 b a - Vin qanunu. Burada b. 898s K Vin sabiidir. eperaur üksəldikə üləq qara isin şüalana enerjisinin aksiu qiəi qısa dalğa ərəfə erini dəişir. a bu erini dəişəsinə görə bu asılılığa Vinin erdəişə qanunuda deirlər. Rele-Cins qanunu. Klassik ssisikanın enerjinin sərbəslik dərəəsinə görə bərabər palanası qanununu aralıq şüalanaa əbiq edərək 1 funksiasını aşkar ifadəsini apağa əd eişlər və aşağdakı düuru verişlər: 1 k - bu Rele-Cins qanunudur. Bu düsur alnı kiçik ν və üksək -dəərübə ilə üs üsə düşür. Bundan başqa buradan Sefan-Bolsan qanunu alaq əi ulrabənövşəi fəlakə adlanan iddiəə (absurda) gəirir: k kd d! Lakin ərübə -in üəən bir qiəə alik olduğunu gösərir. Alınan nəiə isilə onun şüalanası arasında aralıq üləq sıfırda qərarlaşdığını dösərir. ərübə isə gösərir ki, aralıq isənilən eperaurda ola bilər. Aa bu alınan nəiə gösərir ki, əsələn erin eperauru üləq sıfır olanaan, o enerji şüalandıralıdır. Rele-Cins düsuru şüalana nəəriəsinin inkişafında böük rol onaışdır- o klassik fiikanın prinsipial çəinliklərini büün adınlıqla aşkara çıarışdır. Plank düsuru. Yuarıda gösərilən iddiələri ( 1 -in aşkar ifadəsini əin ediləsində) aradan (19) M.Plank göürüşdür. Plank ö düsurunu çıararkən işığın fasiləsi olaraq şüalanasını qəbul edən klassik fiikanın əsas üddəasını rədd eişdir. Plank aailə eni ipoe irəli sürüşdür. O gösəişdir ki, işığın şüalanası və udulası da porsialarla (kvanlarla) olur C san - Plank sabiidir. Yuarıda deilənlərə əsaslanaraq üləq qaraiin şüaburaa qabiliəi üçün Plank aşağdakı ifadəni alışdır: 1 - bu Plank düsurudur. k e 1 Plank düsuru isənilən və üçün ödəndiindən, ondan üsusi al kii isilik şüalanası üçün əlu olan büün qanunlar alınalıdır. 1. Sefan-Bolsan qanunun çıarılışı. k işarə edək ( ) 3 k d ( ) 3 e 1 qanunudur. Burada 3 k d - bərabərdir. 3 e 1 1 d 3 3 d e k 1 k 3 d k k e 1 k - üləq qara isin şüaburaa qabiliəi. Bu Sefan-Bolsan

5 3 d olduğundan 1 15 e 5 k olur Vin erdəişə qanunun şıarılışı. Maksvel şüaburaa qabiliəinə uğun olan dalğa uunluğunu apaq. Bundan örü Plank düsurunu differensiallaaq və sıfra bərabərləndirək. k a d 1 d işarə edək. onda alırıq. 1 k 1 a 6 a 5 e ka e 5e e ka 1 1 k k 1 a 1 e 5e 5 bu ransenden ənliin əlli. 965 olduğundan.965 və a b - bu Vin qanunudur. ka. 965 K 3. Rele-Cins qanunun çıarılışı. k Kiçik ənliklər vəüksək eperaurlarda, əni k olduqda, e -nisıraa aırib, birini iki əddlə kifaələnək: 1 e k... k k Belə olan alda 1 k. k e 1 Bu Rele-Cins qanunudur. Mövu 8 Kvan eanikasının əsasları. 1. De Brol dalğası. Devisson və Cerer ərübəsi.. Heenberqin qeri-üəənlik prinsipi. 3. Dalğa funksiası və onun saisik ənası.. Şredinger ənlii. De-Brol dalğası. Devisson və Cerer ərübəsi. 19-ü ildə fransı fiiki Lui de Brol belə bir fəriə irəli sürüşdür ki, opik adisələrdə öünü biruə verən işığın ikili assəsini analoji olaraq şüalana və addi ərrəiklərin assələri arasında da övuddur. Başqa sölə korpuskular dalğa dualii aerianın universal və findaenal assəsidir. Deəli isənilən ərəkəi edən addə ərrəii (əsələn: foon) ə korpuskular (kvan) ə də dalğa assəsinə alik olalıdır. Foon ipulsu PF F bərabərdir. Buradan F P F De-Brol gösərişdir ki, bu ifadə əkə foona aid olaıb, elekron və başqa ərrəiklər üçün də doğrudur. 5

6 ipulsuna alik olan ərrəik dalğa əbiəinə alik olur və ona uğun dalğa uunluğu düsuru ilə əin olunur. P P Məludur ki, W k. Buradan P Wk Onda. W k lekrik saəsində W k q olduğundan, alırıq. q 6 1q 1 kq küləli ərrəik üçün 1 duqda, De-Brol dalğası san bərabərdir De-Brol dalğasını isənilən ərrəiə əbiq eək olar. Bu ipoe sonralar elekron və neronların difraksiası kii, bir ço ərübələrləəsiq olunuşdur. De-Brilun ipoei sonralar kvan fiikasının aranasında isifadə edilişdir. De-Brol ipoeinin ilk ərübi əsiqi Devisson və Cerer (197) ərübəsi oluşdur. Köəriş eldən çıan elekronlar elekrik saəsində sürələndirilir və ensişəkildə krisal üərinə düşür. Krisal səinin əks olunuş bu elekronlarəı üsusi qəbuledii (ionlaşa kaerası)(q), qalvanoerlə ərəan şüddəi ölçəklə ( I ) onunla sürərləndirii () poensialı arasında asılılığı örənəə ikan verir. Diaqrada adın periodik aksiallar aşkar olunur. Deəli elekronların krisalın qəfəsində difraksiası baş verir.bu aksiuların vəiəi Vulf-Breqq düsuruna əsasən əin eək olur: d sin k. Burada. P Heenberqin qeri-üəənlik prinsipi. Gördük ki, elekron bir alda əsələn: Vilson kaerasında öünü ərrəik kii, digər alda isə, krisal səindən əks olunduqda dalğakiçi aparır. Lakin, bu o deək deildir ki, elekronda ərrəiklərə as olan büün əlaələri və a dalğaa aid büün əlaələri aaraq laıdır. Zərrəiin belə ikili əbiəi saəsində ərrəiin ərəkəi klassik fiika qanunları ilə ia edilə bilir. Klassik eanika qanunlarına görə ərrəiin isənilən anda fəada üəən eri (koordinaları) və üəən ipulsu (sürəi) olalıdır. Hər bir kooprdonaın qiəinə ərrəiin ipulsunun dəqiq qiəi uğundur. Dalğa assələrinə alik ikroərrəiklərə klassik eanika anlaışlarının ədbiqi ço va ənası olur. Məsələn: dalğanın koordinaı anlaışının fiiki ənası oladığından, kvan eanikasında ərrəiin raekoriası anlaışıda ənasıdır. Kvan eanikasında ərrəiin koordinaları və ipulsunun əin ediləsində prinsipial qeri-dəqiqliklər övuddur. Bu ikroərrəiin qeri-klassik əbiəi ilə əlaqədardır. Koordina və ipulsun anlaışlarının ikroərrəiəəbiq olunasının dəqiqlik dərəəsini Heenberqin qeri-üəənlik üənasibləri gösərir. Koordinaların üəən ediləsindəki qeri-dəqiqlik ( ) ipulsun üəən ediləsindəki qeri-dəqiqliklə ( P ) əlaqəsi aşağdakı ünasibələ verilir: P P P 6 (1)

7 Ipuls (kordina) böük dəqiqliklə əin olunarsa, əni P koordinaın (ipulsun) əin olunasında buraılan əa daa böük olar, əni P ). ( 7 ( ), onda P Ipuls və enerjinin əlaqəsi düsurundan P W enerji və aan üçün qeriüəənlik ünasibəi alaq olar: W () Burada W - ər ansı səviənin enerjisi, - isə ərrəiin bu səviədəola üddəidir. Hər ansı bir səviədə ərrəiin enerjisi (W ) o aan ço dəqiq əin oluna bilər ki, (əni W ) ərrəik bu səviədə uun üddə qala bilsin ( ). Mikroərrəiin ə koordinaının, ə də sürəinin (ipulsunun) ər ikisini eni aanda dəqiq əin oluna biləsi ölçə ialarının səfi nəiəsində aranaıb, bu assə ərrəiin öünün əbiəinə əsus olan adisədir. Heenberqin qeri-üəənlik prinsipi klassik fiaka anlaışlarının ikroaləə əbiq olunasının sərəddini üəən edir. Dalğa funksiası və onun saisik ənası. Zərrəiklərin dalğa əbiəi aqqında De-Brol ideasına əsasən ı illərdə Heenberq, Şredinger və başqa alilə ərəfindən eleenar ərrəiklərin (olekul, ao, ion, elekron və.s.) ərəkə qanunlarını örənən eni fiiki nəəriə kvan eanikası aradılışdır. Kvan eanikası saisik araker daşıır, əni ər ansı bir fiiki kəiəin ədədi qiəinin anaq eialını esablaağa inkan verir. Hər bir ərrəik dalğa assəsinə alik olduğundan ərrəiin fəada vəiəini (koordinalarını) və ərrəiin raekoriasını dəqiq olaraq gösərək ükün deildir. Kvan eanikasında ərrəiin koordinaı və raekoriası ö ənasını iirir, aa külə, ipuls, ipuls oeni əvuları qalır. Kvan fiikasında ərrəiin vəiəi üsusi bir dalğa funksiası (psi funksia) ilə arakeriəolunur. Dalğa funksiası koordina və aanın funksiasıdır,,,. funksiası ərrəiin koordinaının ər ansı qiəinin eialını apağa ikan verir. Bu funksia ərrəiin obekiv vəiəini arakeriə edir. Fəanın kiçik ə eleenində dv ddd ərrəiin ola eialı dw dv bərabərdir. Buradan: dw. dv Deəli funksiası odulun kvadraı eialın sılığını, əni ərrəiin vaid əidə ola eialınabərabərdir. = olan nöqələrdə elekron (ərrəik) odur deəkdir. kopleks funksia olduğundan -nin öünün o, -ın fiiki ənası var. Hər ansı bir V ədə ərrəiin üləq olası üçün dv 1 olalıdır. Buna norallaşa şəri deirlər. Şredinger ənlii. Kvan eanikasında ikroərrəiin ərəkəi üsusi eliklə arakeriə olunur, bu ənlik ikroərrəiin dalğa əbiəli olasını nəərə alır. Bu ənlik veriliş anda ərrəiin fəanın ansı erində ola biləsi eialını verə bilir. Xarii şəraii nəərə alaqla, ikroərrəiin vəiəini arakeriə edən Ψ funksiasını apaq üçün kvan eanikasının əsas ənlii əll eək laıdır. Klassik eanikada Nuonun ərəkə ənlii olduğu kii, Şredinger ənlii ənlii də çıarılır, o digər əbiəli dalğaların ənlii ilə analogia əsasında posula şəklində verilir. Şredinger ənliinin doğruluğunu onun verdii nəiələrin (ao və nüvə fiikasında) ərübə ilə üs üsə düşəsi ispa edilir. unluğu periodu olub X ou ürə ailan onoroaik dalğaa baaq. Bu üsəvi dalğanın differensial ənliini aaq:

8 8 Burada olduğundan (1) Indi (1) dalğa ənlii ilə elekronun ərəkəi arasındakı əlaqəə baaq. Fər edək ki, ər ansı bir funksia oronik qanun ürə dəişir, əni: sin (),., Bu alda (1) ənliini belə aaq olar: (3) Əgər dalğa üç ölçülü fəada aılarsa: Bu dalğa ənlii olar. Burada: Laplas operaoru olduğundan aa bilərik: Burada () ifadəsini nəərə alsaq: sin Və oba görə də () a enerji, poensial enerji olarsa ərrəiin kineik enerjisi,,, 1 və a olar. Onda de Brol dalğası olduğundan: alırıq. Bu ifadəni ()-də erinə aaq: 8 (5) işarə esək, bu ifadədən alarıq: (6) Bu da poensialı olan elekronun ərəkəini üui şəkildə əsvir edən Şredinger ənliidir. Bu ənliə bəən sasionar allar üçün Şredinger ənlii dədeirlər. Şredinger ənliinin üui şəkildəəlli odur. Onagörə aırda bu ənlik əini olaraq (ollarla) bir sıra ardııl sadələşdirələr qəbul eəklə əll edilir. Sərbəs elekron üçün = və