• Elektromagnetické záření=Elektromagnetické vlnění
  • Rádiové
  • Gama
  • Absorpční spektrum
  • Stefan-Boltzmannův zákon
  • Planckův zákon
  • Kvantová optika Fotoelektrický jev
  • Vlnová optika
  • Zákon odrazu
  • Vlnová optika, elektromagnetické záření- lazi




    Download 250.42 Kb.
    bet1/2
    Sana29.03.2020
    Hajmi250.42 Kb.
      1   2

    Vlnová optika, elektromagnetické záření- Lazi

    Vysvětlete pojem elektromagnetického záření a světelného záření.Vysvětlete vlnové a korpuskulární vlastnosti záření.

    - světlo je vlnění

    - vlnová optika - odraz, lom, interference, tenká vrstva, mřížka, interference na vrstvě, Nikolův hranol

    - polarizace, spektra látek

    - korpuskulární: částicové, de Brogliovy vlny, fotoelektrický jev, černé těleso, Heykensův princip


    Elektromagnetické záření=Elektromagnetické vlnění

    Elektromagnetické záření

    λ při šíření vzduchem

    Radiové

    30 km až 30 μm

    Infračervené

    0,3 mm až 760 nm

    Světelné

    760 nm až 390 nm

    Ultrafialové

    400 nm až 10 nm

    Rentgenové

    10 nm až 1 pm

    Záření gama

    < 300 pm
    Není ostrá hranice, plynulé přechody a překryvy.
    Radiové záření (vlnění) rozděleno ještě na další tři podskupiny (dlouhé vlny, střední vlny, krátké vlny, velmi krátké vlny, mikrovlny UHF a mikrovlny SHF)

    Rádiové: zdroj: elmag. oscilátory, mikrovlnné generátory; přenos rozhlasového a televizního signálu, radiokomunikace, mikrovlny např. i pro ohřev

    Infračervené: optické záření, též tepelné záření; zdroj: každé těleso s teplotou větší než absolutní nula; platí pro něj stejné zákony jako pro světlo (odraz, lom atd.)

    Světlo: optické záření; zaujímá úzkou oblast spektra viditelnou okem; zdroje: tělesa zahřátá na teplotu větší než 520°C, el. výboje v plynech, luminescence, monochrom. světlo: lasery

    Ultrafialové: optické záření; zdroje: tělesa o velmi vysoké teplotě; rozkládá organické molekuly (poškozuje tkáně: rakovina kůže, vady očí; používá se k ničení mikroorganismů); částečně pohlcováno ozonosférou Země

    Rentgenové: vznik: dopad rychlých elektronů na kovovou elektrodu, jejich energie se mění na energii elmag. vln (měkké: vyzařované elektrony narážejícími na kov, spojité spektrum; tvrdé: vyzařované excitovanými atomy kovu, do kterého narazili elektrony, čárové spektrum); prochází látkami a je v nich částečně pohlcováno (atomy s vyšším atomový číslem pohlcují záření lépe)

    Gama: součást radioaktivního záření, emitovaného atomovými jádry při radioaktivních přeměnách
    Spektra látek (u optického a rentgenového záření: emisní spektrum; pohlcování záření: absorpční spektrum)

    Emisní spektrum:

    Čárové spektrum: obsahuje vlny jen některých vlnových délek; plyny a páry prvků při vysokých teplotách (např. při el. výboji): elektrony přeskočí do vyšší energetické hladiny a při přechodech do nižších hladin vyzařují elmag. vlny (fotony); spektrální čáry: charakteristické pro každý prvek, lze stanovit přesné složení látek

    Spojité spektrum: obsahuje všechny vlny vlnových délek z určitého intervalu; pevné látky a kapaliny; molekuly excitované na vyšší energetické hladiny vyzařují při přechodu na nižší hladiny elmag. vlnu (foton)

    Absorpční spektrum: soubor temných čar či pásů vznikajících při průchodu světla látkou jako důsledek pohlcování záření atomy a molekulamy)
    Tepelné záření

    Infračervené záření; vysílané látkou v důsledku tepelné excitace atomů (atomy srážkomi získávají vetší energii, kterou pak vyzařují do okolí; kirchhoffův zákon vyzařování: zářivost tělesa při dané frekvenci záření je úměrná jeho absorpční frekvenci



    Černé těleso: dokonale pohlcuje veškeré dopadající elektromagnetické záření; jeho tepelné záření pak závisí jen na jeho termodynamické teplotě; v praxi se používá dutina s matně černými stěnami a malým otvorem: stěny postupnými odrazy záření absorbují veškeré záření, které vstoupilo otvorem a vyzáří ho otvorem v podobě tepelného záření

    Stefan-Boltzmannův zákon: intenzita vyzařování Me = σT4 , Stefan-Boltzmannova konstanta σ = 5,6705*10-8 Wm-2 K-4

    Wienův posunovací zákon: maximum spektrální intenzity připadá na vlnovou délku λmax = b / T , b = 2,898*10-3 m*K

    Planckův zákon: spektrální intenzita

    Hλ = (2hc2)/(λ5*(ehc/kλT - 1),

    k = Boltzmannova konstanta, c = rychlost světla,

    h = Planckova konstanta (viz níže)


    Kvantová optika

    Fotoelektrický jev: základ: zjištění, že zinek osvětlený UV zářením se nabíjí kladně; postupně i další kovy (světlo dopadající na povrch uvolňuje z kovu elektrony); energie uvolněných elektronů rostě lineárně s frekvencí dopadajícího světla; Einstein: působení Planckových světelných kvant na elektrony kovu (elektron dostane celou energii E jednoho kvanta a její část spotřebuje na opuštění kovu (E0); podle Plancka E = hf (Planckova konstanta h = 6,625*10-34 J*s); potom konečná energie elektronu Ek = E - E0 = h (f - f0) => každému kovu přísluší nejmenší frekvenci, kterou musí světlo mít, aby mohlo z kovu vyloučit elektrony; Einsteinova rovnice: eU = h (f - f0) , kde f0 je charakteristická frekvence kovu.
    De Broglieovy vlny: hypotéza: každý pohybující se svazek mikročástic má kromě částicových také vlnové vlastnosti; každé částici s energií E a hybností p lze přiřadit rovinnou vlnu s frekvencí f a vlnovou délkou λ; λ = h / p = h / (mv); f = E / h = mc2/ h; λ se nazývá deBroglieova vlnová délka, vlny přiřazené těmto částicím se nazývají deBroglieovy vlny;

    využití: studium atomové struktury látek (s využitím difrakce); elektronové a iontové mikroskopy (lepší rozlišení než optické: malé vlnové délky => menší ovlivnění ohybem)



    Vlnová optika (nahlíží na světlo jako na vlnění)

    Světlo: elmag. vlnění (frekvence 390 – 760 nm; je na ně citlivé oko); šíření optickým prostředím (vakuum: 3 × 108 m/s-1, látkové prostředí: rychlost světla menší); charakterizováno vlnovou délkou (λ=c/f); frekvence (a vlnová délka) charakterizují barvu světla
    Šíření: Huygensův princip: každý bod na čele šířící se vlny lze v každém okamžiku považovat za zdroj vlnění => šíření v kulových vlnoplochách (velké vzdálenosti: kul. plochy rovinné




    Světelný paprsek: přímka kolmá na vlnoplochu; udává směr šíření ve stejnorodém optickém prostředí (přímočaré šíření)

    Zdroje světla   

    –   přirozené: slunce, oheň, hvězdy

    –   umělé: žárovka, zářivka, výbojka, laser

    –   chromatické: složené ze světla více vlnových délek, např. bílé světlo (složené ze sedmi barev)

    –   monochromatické: 1 vlnová délka – laser

    Optická prostředí

    a) podle průchodnosti světla

    průhledné – nedochází k rozptylu světla, např. sklo

    průsvitné – světlo se částečně rozptyluje, např. matné sklo

    neprůhledné – světlo se pohlcuje nebo odráží

    b) podle jiných vlastností prostředí:

    – opticky homogenní – všude má stejné optické vlastnosti

    – opticky izotropní – rychlost světla je všemi směry stejná

    – opticky anizotropní – rychlost světla je závislá na směru šíření (krystal křemene)

    V opticky homogenním prostředí se světlo šíří přímočaře a jednotlivé světelné paprsky se mohou navzájem protínat, ale neovlivňují se a postupují nezávisle jeden na druhém – princip nezávislosti chodu světelných paprsků.


    Vlnové vlastnosti světla

    ODRAZ = reflexe: světelný paprsek dopadá na rozhraní světelných prostředí a do druhého prostředí nemůže všechno nebo část světla proniknout.
    Zákon odrazu: úhel dopadu α: paprsek s kolmicí dopadu k (vztyčená v místě dopadu O); paprsek dopadajícího světla a kolmice dopadu v rovině: rovina dopadu; odražené světlo: paprsek v rovině dopadu, svírá s kolmicí dopadu úhel odrazu α; α = α’

    Využití u zrcadel


    LOM = refrakce: světelný paprsek prochází z jednoho do druhého prostředí.
    Zákon lomu (Snellův zákon): dopad do bodu dopadu O; úhel dopadu α; v O vztyčena kolmice dopadu k; paprsek a kolmice leží v rovině dopadu; lomený paprsek: z bodu O druhým prostředím pod úhlem lomu β, leží v rovině dopadu.


    (n1: index lomu prostředí, ze kterého paprsek přichází; n2: index lomu prostředí, do kterého paprsek prochází)


    index lomu n: n = c/v

    přechod mezi prostředími (opticky hustší je prostředí s větším n)



    opticky řidší -> opticky hustší: lom ke kolmici (β < α)

    opticky hustší -> opticky řidší: lom od kolmice (β > α).
    využití u čoček.



    Download 250.42 Kb.
      1   2




    Download 250.42 Kb.

    Bosh sahifa
    Aloqalar

        Bosh sahifa



    Vlnová optika, elektromagnetické záření- lazi

    Download 250.42 Kb.