1-дәріс
Кіріспе. Пәннің мақсаты. АШӨ оптикалық сәулеленудің ролі. Оптикалық сәулеленудің (ОС) жалпы сипаттамасы. ОС спектр бщйынша таралуы. ОС фотобиологиялық әркеттерінің түрлері.
ОС түрлендіру. Жарықтандыру — көру мүмкіншілігін жақсарту мақсатымен жарық, еңбек өнімдіглігі мен сапасының артуына толық жағдай жасайды.
Жарық энергиясын алу әдісі жағынан жарықтандыру табиғи және жасанды болып екіге бөлінеді. Электрлік жарықтандыру жасанды жарықтандыруға жатады. Электрлік жарықтандыру адамның өндірістік қызмет уақытын ұзартуға мүмкіншілік береді. Электрлік жарықтандырудың арқасында өнеркәсіпте де, ауыл шаруашылығында да және халық шаруашылығының басқа салаларында да тәулікті түгел жұмыс уақыты ретінде пайдалануға болады. Мысалы, ауыл шаруашылығында мал және құс қораларында, сондай- ақ басқа өндірістік үйжайларда көп технологиялық процестер электрлік жарықтандырумен орындалады. Сонымен қатар, электр энергиясы құстар мен олардың балапандарын және малдың төлдерін ультракүлгін сәулелерімен сәулелендіруге, әрі сол бұзаулар, балапандар, торайлар, қозылар және басқа да жас түліктер тұратын қораларды инфрақызыл сәулелерімен жылытуға пайдаланылады. Ауыл шаруашылығының өндірістік және тұрмыстық қажетіне тұтынылатын жалпы электр энергиясының 15 проценттен астамы жарықтандыратын және сәулелендіретін қондырғыларда пайдаланылады.
Жарықтандыратын қондырғылар деп технологиялық операцияларды орындауға немесе қараңғыда жөн табуға әдеттегідей жағдай тудыруға арналған жабдықтарды айтады. Сәулелендіретін қондырғылар — ауыл шаруашылығындағы технологиялық процестерге тікелей әсер етуге арналған құрылғылар. Оларды пайдалану мал мен өсімдіктердің өнімділігін жоғарылатуға мүмкіншілік береді. Жалпы оптикалық сәулелену ауыл шаруашылығының салаларын қарқындатудың бір тәсілі болып табылады.
Жарықтандыратын және сәулелендіретін қондырғылардың негізгі элементі — оптикалық сәулелену көзі. Олар ретінде әртүрлі қыздыру және газ — разрядтық шамдар пайдаланылады.
Оптикалық сәулеленудің жалпы сипаттамасы
1.1. НЕГІЗГІ ТҮСІНІКТЕМЕЛЕР ЖӘНЕ АНЫҚТАМАЛАР
Сәулелену — энергияны сәуле шығарушы денеден оны жұтатын денеге тасымалдау. Сәулелену түсініктемесін дәлдеп айтқанда тыныштықтағы массасы нөлге тең және ауасыз кеңістікте тұрақты жылдамдықпен қозғалатын материяның ерекше формасы деп анықтауға болады.
Қыздыру немесе электрлік разряд кезіндегі электрондардың қозғалысына байланысты пайда болатын сәулелену электр -магниттік толқындардың оптикалық аймағына жатады. Электр-магниттік толқындар қатарындағы толқындар ұзындығы (1…10) нанометрден (0.34…1.0) миллиметрге дейін болатын сәулеленулерді оптикалық сәулелену аймағы деп атайды. Келтірілген шекте ультракүлгін, көрінерлік және инфрақызыл сәулеленулер болады. Осы үш түрлі сәулеленулер іс жүзінде пайдаланғанда адамдарға, өсімдіктерге, малдарға және басқа объектілерге әр түрлі әрекет етеді. Бірақ, үш сәулелердің де оптикалық сәулеленуді қоздыру принципі, кеңістікте таралуы және энергияның басқа түрлеріне түрленуі ортақ және өте жақын келеді. Осы себептен олар «оптикалық сәулелену» деген жалпы атпен біріктірілген.
Температурасы абсолют нөлден жоғары келетін денелер өзара үзіліссіз энергия алмастырады, сондықтан бізді қоршаған кеңістікте оптикалық сәулелену өрісі тұрақты болады.
Энергияның кез-келген түрін спектрдің оптикалық диапазонындағы электр-магниттік сәулелену энергиясына түрлердіретін физикалық дене оптикалық сәулелену көзі деп аталынады. Сәулеленумен тасымалданатын энергия-оптикалық сәулеленудің ең басты шамасы. Сәулелену энергиясы W материя қозғалысының сандық өлшемі және энергияның сапалық түрлерінің бірі болып саналады. Бұл шама джоульмен (Дж) өлшенеді.
Сәулеленудің қуаты, яғни уақыт бірлігі ішінде тасымалданатын энергия, сәулелену ағыны деп аталады және ваттпен (Вт) өлшенеді:
Дж/с = Вт (1.2)
Сәулелену ағынының сапалық және сандық сипаттамаларына мыналар жатады:
1) спектрлік қүрамы;
2) кеңістікте таралуы;
3) мәннің уақыт бойынша өзгеруі.
1 ОПТИКАЛЫҚ СӘУЛЕЛЕНУ ЭНЕРГИЯСЫНЫҢ СПЕКТРДЕ ҮЛЕСТІРІЛУІ
Спектрдің оптикалық диапазоны үш түрлі сәулелерден тұрады:
а) толқын ұзындығы 10…380 нанометр (10-9 м) аралығындағы
интервалда жататын ультракүлгін сәулелер;
б) толқын үзындығы 380…770 нанометр (нм) аралығындағы интервалда жататын көрінерлік сәулелер;
в) толқын ұзындығы 770 нм-ден 1.0 мм аралығындағы интервалда жататын инфрақызыл сәулелер.
Бұл сәулелердің ішінде көрінерлік сәуле шығарудың адамзат тіршілік әрекетіндегі маңызы зор. Өйткені көрінерлік сәулелену кеңістікте жөн табуға, қоршаған ортадағы заттардың түстерін ажыратуға, қажетті технологиялық операцияларды орындауға мүмкіншілік береді. Тағамдық азықтар мен энергетикалық ресурстар (көмір, мүнай, газ және т.б.) да күннің көрінерлік сәулеленуінің өсімдіктерде үзіліссіз өтетін фотосинтез арқылы біздің планетаға әсер етуінің нәтижесі болып табылады.
Көрінерлік сәулеленуді құрайтын монохромат, яғни белгілі бір ғана толқын ұзындығы болатын, әр түсті сәулелердің шекаралары айқын болмайды. Әр түсті сәулелер бірінен біріне бірқалыпты ауысып отырады. Шартпенен сегіз ерекше түстерді бөліп айтуға және олардың толқындар үзындығын көрсетуге болады (1.1 — кесте).
1.1 — кесте
Монохромат сәулелер толқындарының үзындығы
Tүс Толқын ұзындығы, нм
Күлгін 380…450
Көк 450…480
Көгілдір 480…510
Жасыл 510…550
Түс Толқын ұзындығы, нм
Сары –
жасыл 550…575
Сары 575…585
Қызғылт – сары 585…620
Қызыл 620…760
Ультракүлгін сәулелену (УК сәулелену) көру бейнесін туғызбайды, ол көрінбейді. УК сәулелену толқындар ұзындығына байланысты адамдарға, жануарларға, өсімдіктерге, бактерияларға және басқа объектілерге әр түрлі әсер етеді. УК сәулелену толқын ұзындығына байланысты үш облысқа бөлінеді: А облысы — 380…315 нм; В облысы —
315…280 нм; Соблысы — 280 нанометрден қысқа.облысына жататын сәулелену ұзын толқынды сәулелену деп аталады. Бұл сәулелену зерттелетін заттардың жарық шығаруын қоздырады, сондықтан люминесценттік анализ тәсілімен заттардың сапасын анықтауға пайдаланылады.В облысына жататын орташа толқынды деп аталатын УК сәулелену адам мен жануарларға күшті және әр түрлі биологиялық әсер етеді. Бұл сәулеленудің әсерінен адам мен малдардың терісі қызарады. Оны эритем деп атайды. Сәулеленудің тірі организмдерге эритемдік әсері жалпы жағымдылығымен (пайдалылыгымен) сипатталады. Сонымен қатар В облысты сәулелену рахитке қарсы әсер етеді. Осы сәулелену әсерінің нәтижесінен провитамин организмге пайдалы Д2 витаминге айналады.
С облысына жататын қысқа толқынды УК сәулелену бактерицидтік әсер көрсетеді, яғни ауру туғызатын бактерияларды жояды. Бұл сәулелену бөлмелерді, ыдыстарды және суды зарарсыздандыруға қолданылады. Бірақ ол көзторы мен теріге орасан зор әсер етеді және бүлдіреді.
Толқын үзындығы 200 нм-ден қысқа келетін УК сәулелену атмосферада жақсы жұгылады және вакуумдік УК сәулелену деп аталады.
Көз қабылдай алмайтын инфрақызыл толқындардың ұзындықтары қызыл жарық толқындарының ұзындығынан артық болады. Инфрақызыл сәулелену (ИҚ сәулелену) фотондарының энергиясы УК және көрінерлік сәулеленулер фотондарының энергиясынан кіші келеді. ИҚ сәулелену спектрін де үш облысқа бөледі: ИҚ-А (780…1400 нм); ИҚ-В (1400…3000 нм); ИҚ-С (3.103…106 нм). ИҚ сәулеленуді кез келген қыздырылған дене, тіпті жарықталынбаса да, шығарады. Спектрдің осы телімінің ерекшелігі ИҚ сәулелердің жылулық әсер етуі болып табылады.
Сәулелену көздерінің сәуле шығару спектрі, яғни толқындар ұзындықтары бойынша сәулелену құрамы, әр түрлі болуы мүмкін.
Сәулелену спектрі — күрделі сәулелену құрамына кіретін монохромат (бір текті) сәулелердің жиынтығы. Монохромат, яғни белгілі бір ғана толқын ұзындығы болатын, сәулеленудің мысалы ретінде лазер сәулелерін айтуға болады.
Сәуле шығару көздерінің көпшілігінің сәулелену құрамы күрделі болып келеді. Олардың сәулелену спектрі үздіксіз, жолақ, сызықтық немесе аралас болуы мүмкін. Сәулелену спектрі негізінде график түрінде беріледі