Fizyka dr Bohdan Bieg p. 36A wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe
Literatura Raymond A. Serway, John W. Jewett, Jr. Physics for Scientists and Engineers, Cengage Learning D. Halliday, D. Resnick, J. Walker Podstawy fizyki C. Bobrowski Fizyka krótki kurs
Literatura Tablice Fizyczno Astronomiczne wyd. Adamantan http://kfich.am.szczecin.pl strona Moodle dla GiK
Optyka Optyka to dział fizyki, zajmujący się: badaniem natury światła, prawami opisującymi jego emisję, rozchodzenie się, oddziaływanie z materią, pochłanianie przez materię.
Natura światła 1 Christiaan Huygens 1629 1695 światło ma naturę falową Isaac Newton 1642/43 1727 światło ma naturę korpuskularną (składa się z cząstek) Światło jest strumieniem cząstek
Natura światła 2 Thomas Young 1801 Doświadczenie Younga (interferencja światła) światło ma naturę falową James Clerk Maxwell 1861 Równania Maxwella Światło jest falą Heinrich Hertz 1886 emisja i odbioru fal elektromagnetycznych, w zakresie widmowym innym niż światło
Natura światła 3 Albert Einstein 1905 Objaśnienie zjawiska fotoelektrycznego W przypadku zjawiska fotoelektrycznego światło wykazuje właściwości strumienia cząstek. Dualizm korpuskularno-falowy w pewnych zjawiskach ma naturę falową, a w innych korpuskularną (strumień fotonów) dyfrakcja interferencja efekt Dopplera zjawisko fotoelektryczne promieniowanie ciała doskonale czarnego efekt Comptona
Równania Maxwella E = ρ ε 0 prawo Gaussa dla elektryczności (źródłem pola elektrycznego są ładunki elektryczne) B = 0 E = B B = μ 0 ԦJ + μ 0 E prawo Gaussa dla magnetyzmu (pole magnetyczne jest bezźródłowe) =,, = i + j + k operator nabla x y z x y z operator dywergencji (dywergencja) operator rotacji (rotacja) prawo indukcji magnetycznej Faradaya (zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne) rozszerzone prawoampere a (przepływający prąd oraz zmienne pole elektryczne wytwarzają pole magnetyczne)
Równanie falowe E = ρ ε 0 B = 0 E = B B = μ 0 ԦJ + ε 0 E w próżni ԦJ=0,ρ=0 E = 0 B = 0 E = B B = μ 0 ε 0 E 2 E 2 x = μ 2 E 0ε 0 2 t 2 B 2 x = μ 2 B 0ε 0 2 t Równania Maxwella można sprowadzić do równania falowego opisującego zmiany wektora natężenia pola elektrycznego E oraz wektora indukcji pola magnetycznego B, których rozwiązanie ma postać: ቊ E = E 0 sin kx ωt B = B 0 sin kx ωt Zespolone pola elektryczne i magnetyczne tworzą falę elektromagnetyczną
Cechy fali elektromagnetycznej ቊ E = E 0 sin kx ωt B = B 0 sin kx ωt 2 E 2 x = μ 2 E 0ε 0 1 2 t 2 B V 2 x = 2 μ 2 B 0ε 0 2 t E = 0 B = 0 E = B B = μ 0 ε 0 E 1) Natężenia pola elektrycznego i indukcji pola magnetycznego zmieniają się sinusoidalnie z częstością ω, zgodnie w fazie. 2) Fala elektromagnetyczna rozchodzi się w próżni z prędkością c = 1 μ 0 ε 0 3) Wektor natężenia pola elektrycznego E jest zawsze prostopadły do wektora indukcji pola magnetycznego B 4) Wektory E i B są zawsze prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali fala elektromagnetyczna jest falą poprzeczną. 5) Iloczyn wektorowy E B wyznacza kierunek rozchodzenia się fali 6) Stosunek amplitud obu fal jest równy prędkości c fali c = E B = E 0 B
Fala elektromagnetyczna E λ = 2π k = 2πc ω = c f B
Rodzaje fal elektromagnetycznych
Wektor Poyntinga Chwilowa szybkość przepływającej energii fali elektromagnetycznej przez jednostkową powierzchnię prostopadłą do kierunku rozchodzenia się fali, opisana jest przez wektor Poyntinga, którego jednostką jest WΤm 2 : ԦS = 1 μ 0 E B Kierunek wektora Poyntinga określa kierunek przenoszenia energii S = 1 μ 0 EB = 1 cμ 0 E 2 = c μ 0 B 2 S x, t = 1 cμ 0 E 0 2 sin 2 kx ωt
sin 2 ( ) sin( ) Natężenie światła Natężeniem światła nazywamy uśrednioną po czasie wartość wektora Poyntinga: I = S śr = 1 cμ 0 E 0 2 sin 2 kx ωt 1,0 0,5 śr 0,0-0,5 /2 3 /2 2 I = E 0 2 = cb 2 0 2cμ 0 2μ 0-1,0 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 /2 3 /2 2 [rad] [rad] sin 2 kx ωt śr = 1 2
Ciśnienie światła Fala elektromagnetyczna, oprócz energii, ma również pęd. Oświetlenie powierzchni zmiana pędu fali siła (II i III ZDN) ciśnienie p = I c 1 + R R współczynnik odbicia fali: R = 0 całkowite pochłanianie, R = 1 całkowite odbicie. ogon pyłowy ogon gazowy