Fale elektromagnetyczne i optyka

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Fale elektromagnetyczne i optyka"

Nina Jaworska
9 lat temu
Przeglądów:

1 Fale elekromageycze i opyka Pole elekrycze i mageycze Powsaie siły elekromooryczej musi być związae z powsaiem wirowego pola elekryczego Zmiee pole mageycze wywołuje w kaŝdym pukcie pola powsawaie wirowego pola elekryczego Pole elekrycze i mageycze Pole elekromageycze Prąd elekryczy i/lub zmiee pole elekrycze wywarzają wirowe pole mageycze

kaŝdym pukcie pola powsawaie wirowego pola elekryczego Pole elekrycze i mageycze Pole

2 Rówaia Mawella B r ε ρ r B r r + j B r r r ε µ Fale wychyleie ( ) ( ) ϕ ω ξ + k a cos, v ξ ξ Rówaie alowe B B µ ε I rówaie Mawella: II rówaie Mawella: B B µ ε µ ε B B µ ε

3 Fale elekromageycze ξ ξ v εµ W próŝi: v ε µ ε A s4 m-3 kg - µ 6-6 m kg A - s v 3 8 m/s c - W ośrodku maerialym: v εε µµ c < c εµ Fale elekromageycze c ε µ Fale elekromageycze λ Częsoliwość ν - liczba pełych zmia pola mageyczego i elekryczego w ciągu jedej sekudy, wyraŝoa w hercach Długość ali λ - odległość między sąsiedimi pukami w kórych pole mageycze i elekrycze jes akie samo λ c T c ν

- liczba pełych zmia pola mageyczego i elekryczego w ciągu jedej sekudy, wyraŝoa w hercach Długość

4 Fale elekromageycze Częsoliwość dla daej ali jes sała i iezaleŝa od ośrodka Naomias długość ali zmieia się, bowiem prędkość ali zaleŝy od rodzaju ośrodka W ośrodkach maerialych prędkość ali elekromageyczej jes zawsze miejsza i zaleŝa od rodzaju ośrodka oraz od częsoliwości ali Naura świała Fale długie ujawiają bardziej właściwości alowe, aomias im krósze ale o bardziej ujawiają się właściwości kwaowe czyli korpuskulare (wedy eergia oou jes większa) Klasyikację al elekromageyczych według ich długości w próŝi (częsoliwości) azywamy widmem al elekromageyczych Nasze oko odbiera promieiowaie elekromageycze o długości od około 4-7 m do około 7-7 m Najlepiej widzimy w środku zakresu dla barwy Ŝółozieloej (długość około 55m), a ajgorzej a końcach Zwierzęa mogą rejesrować promieiowaie o iych długościach, p: pszczoły "widzą" promieiowaie adioleowe Promieiowaie gamma Fale elekromageycze o długości krószej od - m Źródła promieiowaia gamma: procesy zachodzące w jądrze aomowym (p rozpad pierwiasków promieiowórczych zawarych w skorupie ziemskiej lub reakcje jądrowe) promieiowaie kosmicze powsające podczas procesów jądrowych zachodzących w gwiazdach i galakykach

właściwości kwaowe czyli korpuskulare (wedy eergia oou jes większa) Klasyikację al elekromageyczych według ich długości w próŝi (częsoliwości) azywamy widmem al elekromageyczych Nasze oko odbiera

5 Promieiowaie regeowskie Długości ali zawara jes w przedziale od -3 m do około 5-8 m Promieiowaie regeowskie Lampa regeowska: Przyspieszoe w polu elekryczym elekroy hamowae są przez maeriał aody, racąc swoją eergię, kóra zosaje wypromieiowaa jako promieiowaie hamowaia (widmo ciągłe) Na skuek wybicia (joizacji) przez przyspieszoe elekroy wewęrzych elekroów w maeriale aody, asępuje przeskok elekrou z powłoki zewęrzej a puse miejsce czemu owarzyszy emisja promieiowaia o ściśle określoej długości ali (promieiowaie charakerysycze) Promieiowaie adioleowe (UV) Długość ali od 4-7 m do -8 m (od 4 do m) Nauralymi źródłami są ciała o dosaeczie wysokiej emperaurze Zikome, ale zauwaŝale ilości ego promieiowaia wysyłają juŝ ciała o emperaurze 3K i ze wzrosem emperaury aęŝeie wzrasa Silym źródłem jes Słońce, kórego emperaura powierzchi wyosi 6K Promieiowaie adioleowe ma sile działaie oochemicze Przy długości ali poiŝej 3 m wywołuje juŝ joizację i jes zabójcze dla orgaizmów Ŝywych, wywołuje lub przyspiesza szereg reakcji chemiczych

elekrou z powłoki zewęrzej a puse miejsce czemu owarzyszy emisja promieiowaia o ściśle określoej długości ali (promieiowaie charakerysycze) Promieiowaie adioleowe (UV) Długość ali od 4-7 m do -8 m

6 Świało widziale Długość ali od około 4-7 m do około 7-7 m Nauralymi źródłami są ciała ogrzae do emperaury poad 7 C Na skuek ruchów cieplych asępuje wedy wzbudzeie elekroów wewąrz subsacji i przy powrocie do iŝszych saów eergeyczych asępuje emisja świała (Ŝarówka) Promieiowaie podczerwoe Długość ali od 7-7 m do -3 m miowae jes przez rozgrzae ciała w wyiku wzbudzeń cieplych elekroów wewąrz subsacji Im iŝsza emperaura im miejsze aęŝeie i dłuŝsze ale Ciała w emperaurze pokojowej wysyłają długość 9 mm Ciała o emperaurze do około 4 C wysyłają prakyczie ylko podczerwień Zdjęcie loicze w podczerwiei Mikroale Długość ali od -4 m do,3 m (, mm do 3 cm) Radar Mikroale z górego zakresu mogą powsawać w elekroiczych układach drgających podobie jak ale radiowe Lampy mikroalowe - elekroy krąŝąc w polu mageyczym po spiralach emiują mikroale

subsacji Im iŝsza emperaura im miejsze aęŝeie i dłuŝsze ale Ciała w emperaurze pokojowej wysyłają długość 9 mm Ciała o emperaurze do około 4 C wysyłają prakyczie ylko podczerwień Zdjęcie loicze w

7 Fale radiowe Fale elekromageycze o długości większej od -4 m (, mm) Fale krókie Fale ulrakrókie i mikroale Fale średie Fale długie joosera Rozchodzeie się świała w ośrodku maerialym Prędkość świała w ośrodku maerialym o względej przeikalości elekryczej ε i mageyczej µ: c v < c εµ Współczyik załamaia świała: εµ c c εµ ε c v Współczyik załamaia ośrodka drugiego względem pierwszego:, v v Zasada Huyghesa KaŜdy puk w przesrzei, do kórego dociera ala, saje się źródłem owej ali kulisej Propagacja ali płaskiej w kieruku Ugięcie ali płaskiej a przeszkodzie

εµ Współczyik załamaia świała: εµ c c εµ ε c v Współczyik załamaia ośrodka drugiego względem pierwszego:, v v Zasada Huyghesa KaŜdy puk w

8 Zasada Fermaa Świało biegie po akiej drodze, a pokoaie kórej porzeby jes eksremaly (a ogół ajmiejszy) czas Odbicie świała NORMALNA- prosa prosopadła do powierzchi odbijającej α α Ką padaia, o ką pomiędzy promieiem padającym a powierzchię odbijającą, a ormalą Ką odbicia, o ką pomiędzy promieiem odbiym, a ormalą Ką padaia jes rówy kąowi odbicia Promień ali padającej, promień ali odbiej i ormala, leŝą w jedej płaszczyźie Załamaie świała Promień padający v Ką padaia α siα siα v α Ką załamaia Promień załamay

odbijającą, a ormalą Ką odbicia, o ką pomiędzy promieiem odbiym, a ormalą Ką padaia jes rówy kąowi odbicia Promień ali

9 Całkowie wewęrze odbicie v < v v siα si9 gr v v, v α gr siα gr 56 Polaryzacja ali r ala iespolaryzowaa r ala spolaryzowaa liiowo ala spolaryzowaa kołowo Polaryzacja świała cosα Prawo Malusa: I I cos α

10 56 Polaryzacja przez odbicie ką Brewsera α B α B ( αb ) αb α si B si 9 cos g g α αb lub B gdzie: 56 Dwójłomość kryszału r promień adzwyczajy r promień zwyczajy dyrakcja świała Dyrakcja - ugięcie ali powsałe przy apokaiu przeszkody a jej drodze Zjawisko o jes ym bardziej widocze im bardziej średica przeszkody jes zbliŝoa do długości ali W wyiku ugięcia i akładaia się al powsają obrazy dyrakcyje siθd/λ Naurale zjawiska związae z dyrakcją: Iryzacja, Wieiec

przeszkody a jej drodze Zjawisko o jes ym bardziej widocze im bardziej średica przeszkody jes zbliŝoa do długości

11 iryzacja Iryzacja ajczęściej spoykae zjawisko opycze w amoserze doyczące chmur Wieiec Zjawisko opycze oaczające arcze Słońca lub KsięŜyca wysępujące w chmurach alocumulus i alosraus Wieiec składa się z wewęrzej aureoli oraz jedego lub więcej barwych pierściei Iererecja

KsięŜyca wysępujące w chmurach alocumulus i alosraus Wieiec składa

12 Iererecja b) iererecja kosrukywa: c) iererecja desrukywa: r mλ r m, ±, ± r r (m + λ) Iererecja ali ξ ( r, ) Acos( ω kr) Maksima: d si θ m λ Miima: d si θ (m + ½) λ Podsawowe doświadczeia ad iererecją świała doświadczeie Youga S P I(P) I +I + I I cos ϕ SP gdy I I I I(P) I ma 4I iererecja kosrukywa I mi iererecja desrukywa gdy ylko jeda droga brak prąŝków (świało + świało ciemość!!!)

iererecją świała doświadczeie Youga S P I(P) I +I + I I cos ϕ SP gdy I I I I(P) I ma 4I

13 Iererecja a płycie kompakowej Rozpraszaie świała rozpraszaia świała zjawisko izycze polegające a zmiaie kieruku propagacji świała Najprosszy przykład -rozpraszaie w amoserze - ma miejsce a molekułach powierza, kroplach wody czy kryszałkach lodu w chmurach, oraz a drobych cząseczkach zaieczyszczeń (aerozolach) Przy braku rozpraszaia iebo powio być czare wszędzie poza arcza słoeczą Tak jak ma o miejsce w górych warswach amosery W zaleŝości od rozmiarów cząsek mamy dwa ypy rozpraszaia: Rozpraszaie Rayleigh a a cząskach małych (w porówaiu z długością ali) Rozpraszaie Mie a cząskach duŝych (w porówaiu z długością ali) Własości izycze obu ypów rozpraszaia są zasadiczo ie Rozpraszaie a cząskach małych jes ajsiliejsze dla al ajkrószych (kolor iebieski) rozpraszaie 4 λ W przypadku rozpraszaia a duŝych cząskach ale krókie i długie rozpraszae są podobie Gdy w amoserze brak duŝych cząsek o kolor ieba jes iebieski gdyŝ promieiowaie, kóre dociera do as od sroy ieba jes rozpraszae a małych cząskach

miejsce w górych warswach amosery W zaleŝości od rozmiarów cząsek mamy dwa ypy rozpraszaia: Rozpraszaie Rayleigh a a cząskach małych (w porówaiu z długością ali) Rozpraszaie Mie a cząskach duŝych (w

14 Zwierciadło jes o wypolerowaa powierzchia (p mealu, szkła (lusra) lub wody) Zwierciadła dzielimy a: * płaskie, p lusro * kulise (wklęsłe i wypukłe) Obraz w zwierciadle płaskim jes: pozory, czyli zosał uworzoy przez przedłuŝeia promiei świelych prosy, czyli ie odwrócoy ej samej wielkości, Zwierciadła serycze wklęsłe Zwierciadło serycze wklęsłe saowi wewęrzą powierzchie sery O - środek krzywizy, czyli środek kuli, z kórej zwierciadło zosało wycięe r - promień krzywizy, czyli promień kuli, z kórej zwierciadło zosało wycięe (OA) F - ogisko zwierciadła, czyli puk przecięcia promiei odbiych - ogiskowa zwierciadła, czyli odległość ogiska od zwierciadła wypukłe Zwierciadło wypukłe ma ogisko pozore OBRAZY W ZWIRCIADŁACH wklęsłych Przyjmujemy w kosrukcjach obrazów: odległość przedmiou od zwierciadła y odległość obrazu od zwierciadła dla > lub > r obraz rzeczywisy (przecięły się promieie odbie) pomiejszoy p < odwrócoy

krzywizy, czyli środek kuli, z kórej zwierciadło zosało wycięe r - promień krzywizy, czyli promień kuli, z kórej zwierciadło zosało wycięe (OA) F - ogisko zwierciadła, czyli puk przecięcia promiei

15 o y rzeczywisy ych samych rozmiarów p < < o y > obraz rzeczywisy powiększoy p > o y ieskończoość obraz ie powsaje < o y < obraz pozory (przeciają się przedłuŝeia promiei odbiych) obraz prosy powiększoy p > OBRAZY W ZWIRCIADŁACH - zesawieie y Charaker obrazu p > < y < Odwrócoy, rzeczywisy p < y Odwrócoy, rzeczywisy p < y > Odwrócoy, rzeaczywisy p > y ieskończoo czoość < y < Prosy, pozory p >

OBRAZY W ZWIRCIADŁACH - zesawieie y Charaker obrazu p > < y < Odwrócoy, rzeczywisy p < y Odwrócoy,

16 OBRAZY W ZWIRCIADŁACH wypukłych Obraz: pozory, pomiejszoy, prosy Soczewką azywamy ciało przezroczyse, ograiczoe dwiema powierzchiami, z kórych przyajmiej jeda ie jes płaska Soczewki dzielimy a: * wypukłe dwuwypukła płasko-wypukła wklęsło-wypukła * wklęsłe dwuwklęsła płasko-wklęsła wypukło-wklęsła SOCZWKA SKUPIAJĄCA Wiązka promiei przy osiach opyczych biegąca rówolegle do główej osi opyczej, po dwukroym załamaiu skupia się w jedym pukcie, zwaym ogiskiem soczewki SOCZWKA ROZPRASZAJĄCA Wiązka promiei przy osiach biegąca rówolegle do główej osi opyczej, po dwukroym załamaiu rozbiega się, ale przedłuŝeia promiei wychodzących z soczewki skupiają się w jedym pukcie, kóry jes pozorym ogiskiem soczewki

opyczych biegąca rówolegle do główej osi opyczej, po dwukroym załamaiu skupia się w jedym pukcie, zwaym ogiskiem soczewki SOCZWKA ROZPRASZAJĄCA Wiązka promiei przy osiach

17 > o < y < rzeczywisy odwrócoy pomiejszoy p < obraz przedmio o y obraz rzeczywisy ych samych rozmiarów p obraz przedmio < < o y > obraz rzeczywisy powiększoy p > obraz przedmio o y ieskończoość obraz ie powsaje < o y < obraz pozory powsaje a przecięciu się promiei załamaych, prosy powiększoy p > OBRAZY W SOCZWKACH - zesawieie y Charakerysyka obrazu p > < y < Obraz rzeczywisy, odwrócoy p < y Obraz rzeczywisy, odwrócoy p < < y > Obraz rzeczywisy, odwrócoy p > y ieskończoość < y < Obraz pozory, prosy p >

załamaych, prosy powiększoy p > OBRAZY W SOCZWKACH - zesawieie y Charakerysyka obrazu p > < y < Obraz rzeczywisy, odwrócoy p < y Obraz

Podobne dokumenty

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Zajęcia wyrówawcze z fizyki -Zestaw 5 -Teoria Optyka geometrycza i optyka falowa. Prawo odbicia i prawo załamaia światła, Bieg promiei świetlych w pryzmacie, soczewki i zwierciadła. Zjawisko dyfrakcji