Техника - молодёжи 1950-08, страница 27

лучи, больше всего— красные. А когда поместили термометр в темноту, за красной полосой спектра, —температура поднялась еще выше.

Значит, за -видимым красным краем спектра есть какие-то неизвестные лучи. Они были названы инфракрасными лучами.

Оказались лучи-невидимки и за фиолетовой полосой спектра. Эти лучи были названы ультрафиолетовыми.

Таким образом, кроме видимого нами света, существуют невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.

Около трехсот лет назад были высказаны две гипотезы о природе света. Первая из них утверждала, что свет — это волны, которые, подобно волнам в воде, распространяются в особом веществе, заполняющем все пространство, — мировом эфире. Согласно второй гипотезе, свет надо представлять как поток мельчайших невидимых частичек — корпускул, испускаемых светящимся источником.

Эти два предположения имели своих сторонников и противников. Между сторонниками этих двух гипотез долгое время шла борьба, окончившаяся в начале прошлого века победой волновой теории, сумевшей объяснить многие из тех световых явлений, объяснить которые корпускулярная теория была бессильна.

С точки зрения корпускулярной теории было совершенно непонятно, например, явление интерференции, при котором в результате наложения друг на друга световых пучков в ряде мест образуется темнота. Волновая же теория просто и естественно объясняет это явление: темнота образуется там, где гребни одной световой волны совпадают со впадинами другой.

К концу XIX века было открыто много подтверждений волновой теории; торжество ее казалось окончательным.

Ученые открыли существование электромагнитных волн» которые дали начало развитию радиотехники. Изучая электромагнитные явления, наука пришла к замечательному выведу, что и радиоволны и свет — ближайшие родственники, отличающиеся друг от друга лишь длиной волны. Вскоре «население» мира электромагнитных волн увеличилось еще на одного обитателя: были открыты рентгеновские лучи, которые также оказались электромагнитными волнами очень малой длины.

В мире электромагнитных волн есть и свои великаны и свои карлики.

Наряду с радиоволнами, имеющими длину от тысячи метров до нескольких сантиметров, в этом мире есть и гамма-лучи, длина ©олны которых измеряется миллионными долями сантиметра. Длина волн видимого света колеблется от 0,00004 до 0,00007 долей сантиметра. Лучи, соответствующие разным участкам этого интервала, воспринимаются нами как лучи, имеющие различный цвет. Так, волны длиной от 0,00006 до 0,00007 долей сантиметра воспринимаются как свет красного цвета. По «выражению академика С. И. Вавилова, «Чем длиннее волна, тем свет «краснее», чем короче, тем «синее»»

Если длина электромагнитной волны меньше 0,00004 долей сантиметра, наш глаз ее уже не воспринимает. Дальше за этим пределом идут ультрафиолетовые лучи, потохМ лучи Рентгена и гамма-лучи.

Не воспринимаются глазом и волны с длиной большей, чем 0,00008 долей сантиметра. За этой границей начинается невидимое инфракрасное излучение.

Итак, было установлено, что свет — это электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве. Однако триумф волновой гипотезы продолжался недолго. В начале XX века физики открыли такие явления, в которых свет ведет себя не как волна, а как поток отдельных мельчайших частичек.

Такой прерывистый характер действия света был обнаружен учеными во многих явлениях, связанных с поглощением и излучением световых лучей.

И физики сделали из этого единственно правильный вывод: наше представление о свете только как о волнах — неверно, оно не отражает всех свойств света. И в то же время отказаться от такого представления нельзя —- слишком мною фактов говорит за то, что свет —это волны.

В настоящее время природа света объясняется так. Свет-— это действительно электромагнитные волны. Но испускание и поглощение света происходят не непрерывно, а отдельными «сгустками» энергии — порциями. Эти порции носят название квантов.

Познавая все полнее и полнее неисчерпаемое многообразие свойств света, человек увеличивает свою власть над природой широко пользуется изученными свойствами света для разнообразных целей.

В середине прошлого века, изучая соста© света, испускаемого .различными телами, ученые установили очень интересное явление. Выло замечено, что пока свет идет от какого-либо раскаленного (твердого или жидкого) тела, спектр этого света похож на спектр солнечных лучей. Какое бы тело ни

(Объяснение к 4-Й ©границе обложки)

На обложке очень упрощенно показан механизм рождения света атомом. В целях наглядности взята упрощенная модель атома водорода, изображенная справа Внизу обложки* состоящая «из ядра и вращающегося вокруг него на устойчивой орбите электрона.

«Спокойная жизнь» атома может быть нарушена. Это обычно случается при нагревании. Высокая температура ускоряет 'хаотическое движение атомов, они сталкиваются между совой, и при ударе электрон, получив определенную порэнергии — квант энергии, — может сместиться со своей устойчивой орбиты. Происходит так называемое возбуждение атома. Сместившийся электрон продолжает некоторое время вращаться вокруг ядра по одной из его возможных неустойчивых орбит, показанных на рисунке пунктиром. Состояние возбуждения атома Длится примерно одну стомиллионную долю секунды.

возвращаясь обратно на свою «домашнюю» орбиту, электрон излучает эапасеннуТо им энергию в виде света определенной длины волны. Чем больше квант энергии, запасенный электроном, тем больше частота^ а следовательно, тем меньше длина волны излучаемого света.

Электрон может возвратиться «к себе домой», на устойчивую орбиту не сразу, а побывав предварительно «в гостях», на других* ближе расположен^ ных к ядру неустойчивых орбитах. При каждом* переходе электрона с одной орбиты на другую излучается вполме определенный квант света, появляется определенная линия в спектре. Красная линия, как видно из рисунка, соответствует переходу электрона со второй неустойчивой орбиты на первую -неустойчивую орбиту. Подобным же образом рождаются голубая риния, фиолетовые линии и большое число невидимых — ультрафиолетовых и инфракрасных —- линий в спектре водорода.

Так возникает линейчатый спектр излучения водорода, изображенный на обложке справа внизу.

Существуют спектры и другого вида — спектры поглощения. Давно известно, что если пропускать лучи света через пары ! ил* газы, то в спектре образуются черные линии как. раз в тех местах, которые соответствуют цветным линиям в спектре излучения атомов данного газа, На рисунке, помещенном рядом со спектром излучения, показан механизм возникновения спектра поглощения водорода* Луч света, идущий ot источника через призму, дал. бы на экране обыкновенный сплошной спектр. Но на его пути к экрану мы поместили несколько атомов водорода* которые поглощают некоторые лучи. Как это происходит? Поглотив энергию определенного «красного кванта», того же самого, какой может излучать сам атом водорода, электрон перелетает на более удаленную неустойчивую орбиту. Так как в газе имеется очень большое количество атомов, то все «красные кванты»" будут израсходованы на возбуждение стоящих на их пути атомов. В сплошном спектре в красной его части мы видим «провал» — темную линию.

Таким же образом на экране на фоне сплошного спектра появляются и другие темные линии — линии спектра поглощения водорода. Обратите внимание на то, что темные линии спектра поглощения стоят точно на тех же местах участка спектра, что и яркие линии спектра излучения.

Слева наверху изображен солнечный спектр. Правее показано получение спектра поглощения натрия. В желтом участке спектра видна черная линия, она соответствует желтой линии в спектре испускания натрия. В левой нижней части обложки нарисовано исследование стилоскопом состава стали.

27