OPTYKA Leszek Błaszkieiwcz
Ojcem optyki jest Witelon (1230-1314)
Zjawisko odbicia fal promień odbity normalna promień padający Leszek Błaszkieiwcz
Rys. Zjawisko załamania fal normalna promień padający ośrodek I v 1 v 2 ośrodek II promień załamany Leszek Błaszkieiwcz
Zasada Fermata Promień świetlny poruszający się (w dowolnym ośrodku) od punktu A do punktu B przebywa zawsze lokalnie minimalną drogę optyczną, czyli taką, na której przebycie potrzeba czasu najkrótszego.
Prawo Sneliusa prawo fizyki opisujące zmianę kierunku biegu promienia światła przy przejściu przez granicę między dwoma ośrodkami przezroczystymi o różnych współczynnikach załamania. Prawo to wzięło swą nazwę od holenderskiego astronoma i matematyka Willebrorda Snella zwanego Snelliusem, który jako pierwszy opublikował poprawne rozumowanie dotyczące zagadnienia w roku 1621. Na mocy prawa załamania można uzasadnić zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia oraz określić warunki, w jakich ono zachodzi.
Rys. Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia (woda-powietrze) promień odbity promień padający ośrodek I ośrodek II gr o gr 90 Leszek Błaszkieiwcz
Promień przechodzący przez płytkę równoległościenną d l d - grubość płytki l - przesunięcie promienia Leszek Błaszkieiwcz
Promień przechodzący przez pryzmat - kąt łamiący pryzmatu - kąt odchylenia promienia ( n 1) Leszek Błaszkieiwcz
Prędkość światła Galileusz 1607
Prędkość światła Metoda obserwacji księżyców Jowisza przez Ole Roemera 1675 r. Współczesna wartość: c = 299 792.458 300 000 km/s
Prędkość światła Pomiar laboratoryjny dokonany przez Armanda Fizeau w 1849r. Współczesna wartość: c = 299 792.458 300 000 km/s
Natura światła Eksperyment Izaaka Newtona 1665r. rozczepienie światła
Falowa natura światła Eksperyment Thomasa Younga podwójną szczeliną, 1801 Dyfrakcja i interferencja światła i fal na wodzie.
Dyfrakcja i interferencja światła. Zjawisko dyfrakcji - inaczej ugięcia - polega na zmianie kierunku rozchodzenia się fali w wyniku natknięcia się na przeszkodę o rozmiarach porównywalnych z jej długością.
Dyfrakcja przesłona ze szczeliną
Zjawisko interferencji fal polega na nakładaniu się fal o jednakowej częstotliwości, w wyniku czego w ośrodku powstaje fala będąca sumą fal interferujących. W każdej chwili wychylenie punktu przestrzeni jest sumą wychyleń docierających do niego zaburzeń falowych.
Interferencja przesłona z dwiema szczelinami
Doświadczenie Younga ekran 2 przesłony 1 0 laser 1 Thomas Young 1773-1829 1802 odkrył interferencję światła i zapoczątkował falową teorię światła http://pl.wikipedia.org/wiki/thomas_young 2
Doświadczenie Younga - wzór dwie szczeliny ekran 1 źródło światła d 0 d 90 o 90 o dla prążka 1 sin d d sin
Światło jako fala elektromagnetyczna
Światło to część widma elektromagnetycznego 1 μm = 1/1 000 000 m 1 nm = 1/1 000 000 000 m
Widmo fal elektromagnetycznych
Natura cząsteczkowa światła Zjawisko fotoelektryczne, Albert Einstein 1905r.
Temat: Zjawisko fotoelektryczne Widmo światła c - prędkość światła - długość fali - częstotliwość c 760nm 380nm
ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE polega na tym, że w wyniku oświetlania określonym promieniowaniem elektromagnetycznym z powierzchni metalu wybijane są elektrony.
A. Dla każdego metalu istnieje pewna częstotliwość graniczna, poniżej której zjawisko fotoelektryczne nie zachodzi. efekt nie zachodzi efekt fotoelektryczny gr gr - częstotliwość graniczna
B. Energia kinetyczna emitowanych elektronów zależy od częstotliwości (długości) fali, a nie zależy od jej natężenia (natężenia oświetlenia, promieniowania). E k gr
C. Natężenie prądu, który pojawia się w obwodzie, jest proporcjonalne do natężenia promieniowania (światła) padającego na katodę. Im większe jest natężenie promieniowania (światła), tym większe jest natężenie prądu.
Schemat układu do badania zjawiska fotoelektrycznego. światło K e V A ma
Potencjał hamujący (napięcie hamowania) - energia kinetyczna E k 2 mv 2 - praca pola elektrycznego, gdzie V W qv to potencjał (napięcie) między elektrodami - aby zatrzymać efekt fotoelektryczny: to praca pola elektrycznego musi być równa maksymalnej energii kinetycznej W E k max
Potencjał hamujący (napięcie hamowania) - podstawiając do wzoru otrzymamy: W E k max ev 2 mv max 2 - gdzie V nazywamy potencjałem hamującym i oznaczamy V h - zatem e V h 2 mv max 2
Zjawisko fotoelektryczne. Foton. Planck przyjął, że światło emitowane jest w postaci porcji energii - kwantów energii, nazwanych fotonami. Max Planck 1858-1947 1889 odkrył stałą fizyczną następnie nazwaną jego nazwiskiem http://pl.wikipedia.org/wiki/max_planck
Wartość kwantu energii ε zależy od częstotliwości promieniowania i jest równa: h ε gdzie h to stała Plancka h 6,6310 34 J s
Charakterystyka fotonu: nie posiada masy spoczynkowej, czyli istnieje gdy się porusza, w próżni ma stałą prędkość c = 300000 km / s, w ośrodku prędkość fotonu zależy od współczynnika załamania, gdy przechodzi przez ośrodek częstotliwość nie zmienia się, zmienia się długość fali z nim stowarzyszonej.
Einstein zinterpretował zjawisko fotoelektryczne jako zderzenie dwóch cząstek: fotonu i elektronu. Albert Einstein 1879-1955 Nagroda Nobla 1921 za interpretację zjawiska fotoelektrycznego http://pl.wikipedia.org/wiki/albert_einstein
Energia fotonu ε jest spożytkowana na: - wybicie elektronu z sieci krystalicznej metalu, pracę wyjścia W, - nadanie prędkości, dostarczenie energii kinetycznej E k. Co zapisujemy symbolicznie: ε = W+ E k
Wzór Millikana-Einsteina powstaje po podstawieniu energii kwantu i energii kinetycznej do wzoru: ε = W+ E k h W 2 mv 2 Robert Millikan 1868-1953 Nagroda Nobla 1923 za wyznaczenie ładunku elementarnego i prace nad zjawiska fotoelektrycznego http://pl.wikipedia.org/wiki/robert_millikan
Pamiętając, że praca wyjścia oraz energia kinetyczna E W k ev h h gr otrzymujemy inną postać wzoru Millikana-Einsteina: h h gr ev h