18. Falowa natura promieniowania elektromagnetycznego.



Podobne dokumenty
Falowa natura promieniowania elektromagnetycznego.

9. Optyka Interferencja w cienkich warstwach. λ λ

DYFRAKCJA NA POJEDYNCZEJ I PODWÓJNEJ SZCZELINIE

Optyka 2. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

13. Optyka Interferencja w cienkich warstwach. λ λ

KOOF Szczecin:

Fale elektromagnetyczne. Obrazy.

Problemy optyki falowej. Teoretyczne podstawy zjawisk dyfrakcji, interferencji i polaryzacji światła.

1.5. ZWIĄZKI KONSTYTUTYWNE STRONA FIZYCZNA

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

KO OF Szczecin:

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Wykłady z Hydrauliki- dr inż. Paweł Zawadzki, KIWIS WYKŁAD 3

ĆWICZENIE 41 WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA ZA POMOCĄ MIKROSKOPU. Kraków, luty kwiecień 2015

Wstęp teoretyczny. Więcej na: dział laboratoria

optyka falowa interferencja dyfrakcja polaryzacja optyka geometryczna prawo odbicia prawo załamania

Interferencja i dyfrakcja

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

Interferencja i dyfrakcja

Rys.1 Rozkład mocy wnikającej do dielektryka przy padaniu fali płaskiej Natężenie pola wewnątrz dielektryka maleje wykładniczo. Określa to wzór: (1)

Dyfrakcja. interferencja światła. dr inż. Romuald Kędzierski

KLUCZ PUNKTOWANIA ODPOWIEDZI

Podpis prowadzącego SPRAWOZDANIE

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

FALE ELEKTROMAGNETYCZNE - OPTYKA FALOWA

Fizyka. dr Bohdan Bieg p. 36A. wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe

Dyfrakcja fal elektromagnetycznych na sieciach przestrzennych

Ćwiczenie 71. Dyfrakcja światła na szczelinie pojedynczej i podwójnej

Podstawy fizyki wykład 8

Pole temperatury - niestacjonarne (temperatura zależy od położenia elementu ciała oraz czasu) (1.1) (1.2a)

KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I FOTONIKI

Przekształcenie całkowe Fouriera

1. Podstawowe pojęcia w wymianie ciepła

Wykład Pole magnetyczne, indukcja elektromagnetyczna

Fale elektromagnetyczne w dielektrykach

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

OPTYKA FALOWA. W zjawiskach takich jak interferencja, dyfrakcja i polaryzacja światło wykazuje naturę

Interferometr Macha-Zehndera. Zapis sinusoidalnej siatki dyfrakcyjnej i pomiar jej okresu przestrzennego.

Wykład XIV. wiatła. Younga. Younga. Doświadczenie. Younga

Zjawisko interferencji fal

Fizyka elektryczność i magnetyzm

ĆWICZENIE 4. WYZNACZANIE GĘSTOŚCI CIAŁ STAŁYCH I CIECZY PRZY POMOCY PIKNOMETRU Kraków, 2016

(U.5) Zasada nieoznaczoności

Fala elektromagnetyczna o określonej częstotliwości ma inną długość fali w ośrodku niż w próżni. Jako przykłady policzmy:

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Geometria płaska - matura Przyprostokątne trójkąta prostokątnego mają długości 3 7cm poprowadzona z wierzchołka kąta prostego ma długość: 12

DYFRAKCJA NA POJEDYNCZEJ I PODWÓJNEJ SZCZELINIE

Wyznaczenie gęstości cieczy za pomocą wagi hydrostatycznej. Spis przyrządów: waga techniczna (szalkowa), komplet odważników, obciążnik, ławeczka.

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

Wyznaczanie rozmiarów szczelin i przeszkód za pomocą światła laserowego

Odp.: F e /F g = 1 2,

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Elektrodynamika. Część 2. Specjalne metody elektrostatyki. Ryszard Tanaś. Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Zjawisko interferencji fal

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

Laboratorium TECHNIKI LASEROWEJ. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

18 K A T E D R A F I ZYKI STOSOWAN E J

Mechanika kwantowa ćwiczenia, 2007/2008, Zestaw II

Pole temperatury - niestacjonarne (temperatura zależy od położenia elementu ciała oraz czasu)

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

Politechnika Warszawska Wydział Fizyki. Proponowane rozwiązania Matura 2013 FIZYKA Poziom podstawowy

PŁOCKA MIĘDZYGIMNAZJALNA LIGA PRZEDMIOTOWA FIZYKA marzec 2013

Natura światła. W XVII wieku ścierały się dwa, poglądy na temat natury światła. Isaac Newton

Podstawy fizyki sezon 2 8. Fale elektromagnetyczne

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Pomiar długości fali świetlnej i stałej siatki dyfrakcyjnej.

Zestaw 1cR. Dane: t = 6 s czas spadania ciała, g = 10 m/s 2 przyspieszenie ziemskie. Szukane: H wysokość, z której rzucono ciało poziomo, Rozwiązanie

OPTOELEKTRONIKA. Ćw. II. ZJAWISKO FOTOWOLTAICZNE NA ZŁĄCZU P-N

Pole temperatury - niestacjonarne (temperatura zależy od położenia elementu ciała oraz czasu)

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] - częstotliwość.

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

Efekt naskórkowy (skin effect)

Interferencja. Dyfrakcja.

2LO 6 lu L 92, 93, 94 T3.5.2 Matematyczny opis zjawisk falowych cd. Na poprzednich lekcjach już było mamy to umieć 1. Ruch falowy 1.

Wykład FIZYKA II. 8. Optyka falowa

Obwody prądu zmiennego. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Prawa optyki geometrycznej

Wstęp do astrofizyki I

2.6.3 Interferencja fal.

Mikroskop teoria Abbego

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 51: Współczynnik załamania światła dla ciał stałych

Wykład 16: Optyka falowa

elektryczna. Elektryczność

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

i j k Oprac. W. Salejda, L. Bujkiewicz, G.Harań, K. Kluczyk, M. Mulak, J. Szatkowski. Wrocław, 1 października 2015

Wyznaczanie promienia krzywizny soczewki płasko-wypukłej metodą pierścieni Newtona

BADANIE I ACHROMATYZACJA PRĄŻKÓW INTERFERENCYJNYCH TWORZONYCH ZA POMOCĄ ZWIERCIADŁA LLOYDA

Optyka. Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Optyka. Optyka falowa (fizyczna) Optyka geometryczna Optyka nieliniowa Koherencja światła

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?


Siły centralne, grawitacja (I)

Sprawdzenie stanu granicznego - wyparcie gruntu (UPL)

WŁASNOŚCI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH: INTERFERENCJA, DYFRAKCJA, POLARYZACJA

Rys. 1 Pole dyfrakcyjne obiektu wejściowego. Rys. 2 Obiekt quasi-periodyczny.

Transkrypt:

8 Falowa natura proieniowania elektroagnetycznego Autor zaań 8-86 Bogusław Kusz Wybór i opracowanie zaań 87-8 Barbara Kościelska 8 W telefonii koórkowej pozio bezpieczeństwa (w oniesieniu o szkoliwości oziaływania proieniowania na aterię żywą) określany jest za poocą współczynnika σ E SAR (Specific Absorption Rate) SAR jest efiniowany : SAR = gzie σ jest ρ przewonictwe elektryczny tkanki o gęstości ρ znajującej się w polu elektroagnetyczny o natężeniu pola elektrycznego E Przyjuje się że a jego aksyalna bezpieczna wartość wynosi W/kg Oszacuj wartość pola elektrycznego występującego w tkance ózgu przy SAR=W/kg Oszacuj wartość pola elektrycznego występującego w tkance ózgu w przypaku gy o ucha przyłożony jest telefon o ocy P=W Załóż że antena proieniuje izotropowo a tkanka ózgowa znajuje się w oległości r=3c o anteny Przewonictwo elektryczne ózgu σ jest równe 8 S/ (la f=9mhz) natoiast gęstość ózgu ρ wynosi około 3 kg/ 3 8 Oszacuj o ile wzrośnie teperatura fragentu ózgu o asie =5g eksponowanego przez t=in na proieniowanie ikrofalowe o ocy przy której SAR jest równy W/kg Załóż że proieniowanie całkowicie jest pochłonięte przez tkankę i nie a wyiany ciepła tkanki z otoczenie Ciepło właściwe tkanki ózgowej c w jest rzęu 4kJ/(kgK) 83 Porównaj ługość fali proieniowania ikrofalowego kuchenki ikrofalowej z wyiare koory tej kuchenki Magnetron w kuchenkach pracuje na częstotliwości f=45 GHz Czy w kuchenkach oże powstać zjawisko powstawania fali stojącej? 84 Kuchenka ikrofalowa o ocy P=4W (oc pobierana prze urzązenie) ogrzewa zupę o asie z =5 kg i teperaturze 8 C o teperatury 48 C w ciągu czasu t=5in Oszacuj wyajność tego procesu Ciepło właściwe zupy c z jest równe około 4kJ/(kgK) natoiast szklanego talerza c t =8 J/(kgK) Masa talerza t = g 85 Wiązka proieniowania lasera o ługości =653 n paa prostopale na zapisaną stanartową płytę CD Po obiciu na ekranie ustawiony w oległości L= zaobserwowano rzą plaek Oległość ięzy centralną plaką i sąsienii wynosi x=5 Oblicz oległość ięzy ścieżkai zapisu 86 Wiązka proieniowania lasera o ługości =653 n paa prostopale na jewabną tkaninę Na ekranie ustawiony w oległości L=5 zaobserwowano sieć kwaratową plaek Cztery najbliższe plaki tworzą kwarat o boku x=3 Oblicz oległości ięzy nitkai

87 Na siatkę yfrakcyjną o = rys/ paa prostopale proieniowanie o ługościach fal = 589 Å i = 58959 Å obserwowane następnie na ekranie jako wa leżące barzo blisko siebie (lecz jeszcze rozróżnialne) aksia pierwszego rzęu (a) Po jaki kąte bęą występować aksia pierwszego rzęu la tych fal? (b) Ile nacięć usiałaby ieć ta siatka aby za jej poocą ożna było rozróżnić linie w wiie trzeciego rzęu? Ile wynosiłaby wówczas stała tej siatki? 88 Siatkę yfrakcyjną o = 5 rys/ oświetlono światłe o ługości fali = 546 n W jakiej oległości o siebie znajują się aksia pierwszego oraz rugiego rzęu na ekranie oległy o L = 5 o szczelin? 89 Siatka yfrakcyjna jest oświetlona prostopale wiązką światła białego Czy wizialne wio pierwszego rzęu oże zachozić na wio rzęu rugiego? Zakres ługości fal wizialnego wia światła białego przyjąć 4 Å 7 Å 8 Płaska błonka ylana wiziana w świetle obity gy proienie świetlne wpaają o oka po kąte = 3 (jest to kąt ierzony o noralnej) a zabarwienie zielone Jaką grubość a ta błonka? Jaka jest barwa błonki gy patrzyy na nią po kąte = Współczynnik załaania błonki przyjąć n = 33 ługość fali światła zielonego z = 56 Å 8 Obserwator znajuje się w oległości L = o punktowego źróło światła o ocy proieniowania P = W Obliczyć aksyalne wartości natężenia pola elektrycznego i agnetycznego w iejscu w który stoi obserwator Założyć że źróło jest onochroatyczne i proieniuje w sposób jenorony we wszystkich kierunkach 8 Jaką grubość powinna ieć warstwa antyobiciowa wykonana z MgF naniesiona na płytką szklaną? Warstwy takie projektuje się w taki sposób aby zinializować obicia pochozące o proieniowania wizialnego o ługości fali 55 n (centru wia) paającego prostopale na warstwę Współczynnik załaania szkła n = 5 fluorku agnezu n W = 38

Rozwiązania 8R σ E SAR ρ V SAR = E = 57 ρ σ W oległości r o punktowego źróła fali e- o ocy P pojawia się śrenie pole elektryczne E i śrenie pole agnetyczne B Związek ięzy tyi paraetrai jest następujący: EB E P µ c P = 4π r = 4π r E = µ µ c 4π r V Po wstawieniu anych E 8 Trzykrotnie większa o opuszczalnej wartość pola wytworzona przez naający telefon jest niepokojąca lecz trzeba paiętać że nie uwzglęniono pochłaniania proieniowania przez tkanki znajujące się ięzy anteną i ózgie Wszystkie wprowazone na rynek telefony baane są przy użyciu fantoów czyli syulatorów ciała luzkiego a współczynnik SAR usi być niejszy o granicznej wartości W/kg 8R Moc pochłaniana przez asę tkanki wynosi: P = SAR Ciepło wyzielone w tkance o asie przez czas t wynosi: Q = P t = SAR t Przy założeniu że nie a wyiany ciepła z otoczenie ay: Q = cw T = SAR t SAR t Przyrost teperatury przy takich założeniach: T = 3K cw Ponieważ tylko część proieniowania jest pochłaniana oraz ózg jest intensywnie chłozony przez krew to ożna wnioskować że nie grozi przegrzanie ózgu 83R = c f = 8 3 45 9 c Koory kuchenki ają wyiary około 3c x c x c W tych warunkach należy oczekiwać że oże powstać zjawisko powstawania fali stojącej 84R Zakłaając że końcowa teperatura talerza i zupy jest taka saa ilość ciepła pochłonięta przez talerz z zupą wynosi: Q = ( c + c ) T Q Wyajność procesu pogrzewania wynosi: η = 5% P t z z t t

85R W płytcie CD ścieżki zapisu są ty say co rysy w siatce yfrakcyjnej Można powiezieć że CD jest siatką yfrakcyjną z ty że ziałającą na zasazie obicia paającego proieniowania Zgonie z zasaą Huyghensa lustrzane powierzchnie ięzy ścieżkai zapisu są źrółe fal kulistych W wyniku interferencji tych fal na ekranie pojawia się charakterystyczny rzą świecących punktów Dla siatki yfrakcyjnej warunek powstania prążków yfrakcyjnych k-tego rzęu po kąte jest nastepujący: k = a sin Dla prążka pierwszego rzęu (k=) ay (rysunek): x = sin = czyli a = 7µ a x + L Uwaga: występowanie yfrakcji na ścieżkach zapisu jest przyczyną ienienia się wszystkii kolorai tęczy płyty CD oświetlonej światłe biały 86R Tkanina ziała jak wie nałożone na siebie siatki yfrakcyjne obrócone wzglęe siebie o kąt 9 Rysy siatek tworzą wtey kratę a przechozące przez nie światło lasera ulega yfrakcji tworząc na ekranie regularną sieć punktów Biorąc to po uwagę oległość ięzy nitkai a x x wynosi: = sin = czyli a = 37µ a x + L L Tkanina w powiększeniu i jej obraz yfrakcyjny na ekranie

87R Przy ugięciu światła na siatce yfrakcyjnej wzocnienie natężenia otrzyay wówczas gy spełniony jest warunek: ( ) n = sin gzie n jest rzęe wia (n = 3 ) - ługością paającego światła - stałą siatki yfrakcyjnej a - kąte ugięcia (a) Stała siatki : = = = 5 Kąt po który bęą występować aksia pierwszego rzęu gy ługość paającego proieniowania wynosi = 589 Å znajujey przekształcając równanie (): sin = = arcsin 3377 Gy ługość paającego proieniowania wynosi = 58959 Å: arcsin o = 338 (b) Zolność rozzielczą R siatki yfrakcyjnej ożna zefiniować jako: () R = gzie śr jest śrenią ługością fali wóch linii wiowych które są lewie rozróżnialne a różnicą ich ługości fali lub: ( 3) R = Nn gzie N oznacza całkowitą liczbę nacięć którą usi ieć siatka yfrakcyjna aby za jej poocą ożna było rozróżnić linie w wiie n-tego rzęu Porównując wyrażenia () i (3) otrzyay la linii wiowych = 589 Å i = 58959 Å: śr N = = 333 n Wówczas stała tej siatki wynosiłaby: = = 3 = 3 6 333 88R W rozważany przypaku stała siatki yfrakcyjnej: = = = 6 5 Przy ugięciu światła na siatce yfrakcyjnej wzocnienie natężenia otrzyay wówczas gy spełniony jest warunek: ( ) n = sin Korzystając z () otrzyay: śr = sin = sin o

ską: () Z rysunku wynika że: = arcsin = arcsin x = L tan x = L tan gzie kąty i opisane są wzorai () Czyli oległość w jakiej znajują się aksia pierwszego i rugiego rzęu: x = x x = 8 siatka yfrakcyjna L ekran x x 89R Załóży że w wiie pierwszego rzęu aksyalny kąt po jaki została ochylona skłaowa światła białego o największej ługości fali 7 Å wynosi natoiast w wiie rugiego rzęu skłaowa o najniejszej ługości fali siatka 4 Å została ochylona po inialny kąte yfrakcyjna Wówczas: () = sin = sin gzie oznacza stałą siatki yfrakcyjnej Aby wio rugiego rzęu zaszło na wio rzęu pierwszego: = czyli z (): = Ponieważ wizialne wio światła białego zawiera ługości fal o 4Å o 7Å powyższy warunek nie oże być spełniony ekran 8R Cienka błonka obija proieniowanie o ługości fali najintensywniej gy spełniony jest następujący warunek: ( ) n cos β = ( k + ) k = 3 gzie n jest współczynnikie załaania światła ateriału z którego wykonana jest błonka jest grubością błonki β - kąte załaania światła β β

proienia paającego na błonkę Z prawa załaania światła: sin = n sin β czyli: () cos β = sin β = n sin n Z () i (): (3) n sin = (k + ) W zaaniu gy = 3 płaska błonka ylana wiziana w świetle obity a zabarwienie zielone Postawiając zate w równaniu (3) = z ożey określić grubość błonki: (k + ) z (4) = 4 n sin Ponieważ k = 3 grubości błonki nie ożna obliczyć w sposób jenoznaczny Najniejszą grubość otrzyay la k = Wówczas z równania (4) otrzyay: z 7 = = 4 n sin Gy na błonkę popatrzyy po kąte = z równania (3) otrzyay: n = (k + ) ską: 4n = k + Dla k = : 7 = 4n = 547 = 547 n czyli błonka obserwowana po kąte = iałaby barwę żółto-zieloną 8R Załóży że źróło proieniowania o ocy P znajuje się w śroku kuli o proieniu L Moc przepływająca przez powierzchnię tej kuli: () P = Sśr 4πL gzie S śr oznacza śrenią wartość oułu wektora Poyntinga związaną z aplituą natężenia pola elektrycznego E i agnetycznego H w następujący sposób: ( ) S = E H śr Z () i (): Wiaoo że: (3) P = EH 4πL ( 4) E = cµ H gzie c jest prękością światła w próżni a µ przenikalnością agnetyczną próżni Z (3) i (4) aksyalne wartości natężenia pola elektrycznego i agnetycznego wynoszą opowienio:

Pcµ E = 8V / L π E H = A/ c µ 8R Proień światła obity o granicy powietrze-warstwa antyobiciowa zienia fazę Poobnie proień światła obity o granicy warstwa-szkło Zate aby nastąpiło wygaszenie interferencyjne obu proieni różnica róg przebytych przez te proienie usi być nieparzystą wielokrotnością połowy ługości fali Różnica róg jest przy założeniu że światło paa prostopale o warstwy równa wukrotnej grubości warstwy Zate: = + gzie jest szukaną grubością warstwy liczbą całkowitą a - ługością fali Minialna grubość wynosi zate = = 99 6n 4 Uwaga: Zjawisko pozwalające wytwarzać warstwy bezobiciowe jest ty say zjawiskie które sprawia że kałuża pokryta cienką warstwą oleju ieni się barwai tęczy