Жарықтың таралуы.

Кезкелген орта арқылы өткенде жарық толқыны біртіндеп әлсірейді. Бұл жарықтың жұтылуы мен шашырауына байланысты болады. Кезкелген зат электромагниттік толқындарды жұтады және шашыратады. Жарықтың жұтылуы кезінде жарық энергиясы ішкі энергияның басқа түрлеріне айналады: осы кезде затта әртүрлі құбылыстар жүруі мүмкін: жылулық қозғалыстың интенсивтілігінің артуы (жылулық эффект), атомдар мен молекулалардың қозуы, иондануы, молекулалардың белсенділігі (фотохимиялық эффект) және т.б. Жарықтың жұтылуы дегеніміз түскен жарықтың энергиясының энергияның басқа түріне айналуы нәтижесінде жарық интенсивтілігінің әлсіреуі.

Жарықтың шашырауы дегеніміз түскен жарықтың әртүрлі бағытта таралуы. Немесе жарықтың шашырауының мәні мынада: ұсақ бөлшектер, молекулалар мен электрондарға шейін, жарықтың әсерінен 2-ші ретті сәулелер сәулелендіре бастайды.

Біртекті емес ортада жарықтың шашырауы орындалады, егер ортаның біртекті еместілік өлшемдері жарықтың толқын ұзындығындай болса. Егер ортаның біртекті еместілігі осы орта массасында бейберекет (ретсіз) таралған бөгде бөлшектерден құралса, онда жарықтың осындай шашырауы Тиндаль шашырауы деп, ал орта- лай деп аталады. Мысалы, тұман, түтін, түрлі эмульсиялар т.б. Осы құбылыс мысалы, күн сәулесінің жіңішке шоғыры шаңды атмосфера арқылы өткен кезде байқалады: жарық шаңдардан шашырап, барлық жарық шоғыры кезкелген жақтан байқасақ та көрінетін болады.

Жарық шашырағанда толқын ұзындығы өзгермейді, ал шашыраған жарықтың интенсивтілігі соғұрлым жоғары болады, егер ортаның біртекті еместілік өлшемдері толқын ұзындығымен салыстырғанда неғұрлым кіші болса. Шашырау интенсивтілігі жарықтың толқын ұзындығына да байланысты болады: қысқа толқындар ұзын толқындарға қарағанда біршама күшті шашырайды. Шашыраған жарықтың интенсивтілігі аса ірі бөлшектер үшін толқын ұзындығының 2- ші дәрежесіне, ал аса ұсақ бөлшектер үшін- 3- ші дәрежесіне шамамен кері пропорционал деп есептеуге болады. Сол себепті мысалы, ұсақ дисперсті тұман көк түске, ал ірі тамшылардан тұратын тұман- ақ түске ие болады.

Жарық біртекті ортада да шашырауы мүмкін, егер атомдар мен молекулалардың жылулық қозғалысынан зат тығыздығының біртекті еместілігі лезде пайда болса. Мысалы, жылулық қозғалыс кезінде таза газда молекулалар түрлі мезеттерде газ көлемінің бір нүктесінде бір- біріне жақындап, екінші бір нүктесінде сиретілсе. Осындай шашыраудың түрі молекулалық деп аталады.

Жарықтың шашырауын сандық есептеу үшін екі шарт орындалу керек: 1) жарықты шашырататын бөлшектердің өлшемдері жарықтың толқын ұзындығынан өте кіші болу керек,

2) жарықты шашырататын бөлшектердің аралықтары жеткілікті алыс болу керек. Осындай шарттар орындалғанда шашырау Рэлей шашырауы деп аталады.

Молекулалық шашыраудың интенсивтілігі түскен жарықтың толқын ұзындығының 4-ші дәрежесіне кері пропорционал: ; (Рэлей заңы).

Осыған байланысты мысалы, аспанның жарқырауы көкшіл болып байқалады, ал күннің түзу сызықты сәулесі сарғыш- қызыл түске ие болады, бұл әсіресе күн сәулесі атмосферада аса ұзақ жол өткенде, яғни күннің шығуы мен батуы кездерінде.

Біртекті сұйықтықтар мен кристалдарда жарықтың шашырауы кезінде жиілігі болатын шашыраған толқындар пайда болады, оның жиілігі түскен жарықтың жиілігінен белгілі бір шамаға айрықша болады. Молекулалық шашыраудың осындай түрі жарықтың құрамды шашырауы деп аталады: ; мұндағы - түскен жарықтың жиілігі; Құрамды шашыраудың заттың құрылысын зерттеуде мәні бар. шамасы берілген заттың молекулалық құрылысына байланысты болады.

Жарықтың шашырауы кезінде оның энергиясы өзінің электромагниттік табиғатын сақтайды.

Жарық толқындары біртекті емес орта арқылы өткен кезде, зат атомдары когерентті емес 2-ші ретті жарық толқындарын сәулелендіріп, ортаның 2-ші ретті бірқалыпты жарқырауын тудыратын болса, ондай құбылыс жарықтың шашырауы деп аталады. Егер шағылған толқын 1-ші ортада түскен жарықтың жылдамдығындай жылдамдықпен таралып, толқындардың түсу бұрышының шағылу бұрышына теңдігі заңдылығымен анықталса, ондай құбылыс жарықтың дұрыс не айналы шағылуы деп аталады. 1- ші ретті толқын энергиясы 2- ші ретті сәулеленуді тудырмайтын құбылыстарға жұмсалса, ондай құбылыс жарықтың жұтылуы деп аталады. Бір ортадағы гармониялық толқындардың фазалық энергиясының тербелістер жиілігіне тәуелді болатын құбылыс жарықтың дисперсиясы деп аталады. Дисперсия толқын таралатын ортаның қасиеттерімен анықталады. Шағылдыратын ортаның кедір- бұдырлығы жарықтың толқын ұзындығындай болған кездегі жарықтың беттік шашырауы жарықтың диффузиялық шағылуы деп аталады.

Кезкелген зат электромагнитті сәулені жұтады және шағылдырады. 400 – 800 нм (көрінетін жарық) толқын ұзындықтағы сәулені жұтатын заттар боялған.

Түсті ерітіндінің қабаты арқылы өткен кезде монохроматты жарық ағынының интенсивтілігі (күші) бастапқы күшіне қарағанда кемиді. Жарықтың жұтылу және шағылу шамасы, сипаты заттың табиғатына, оның ерітіндідегі концентрациясына, қалыңдығына байланысты. Қалыңдығы d, концентрациясы С болатын жарықты жұтатын ерітінді арқылы өткен монохроматты жарықтың интенсивтілігі мына заңмен өрнектеледі: