Vlnov optika
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 34

Vlnová optika PowerPoint PPT Presentation


  • 62 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Vlnová optika. Mgr. Andrea Cahelová. Hlučín 2013. Interference světla. U mechanického vlnění se skládají okamžité výchylky. U elektromagnetického se sčítají okamžité hodnoty elektrické a magnetické složky vln.

Download Presentation

Vlnová optika

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Vlnov optika

Vlnová optika

Mgr. Andrea Cahelová

Hlučín 2013


Interference sv tla

Interference světla

  • U mechanického vlnění se skládají okamžité výchylky. U elektromagnetického se sčítají okamžité hodnoty elektrické a magnetické složky vln.

  • Interference světla se projevuje například duhovými barvami na mýdlové bláně nebo CD …

  • Interferencí světla první prozkoumal anglický lékař Thomas Young.

  • Podmínkou interference světla je koherence světelného vlnění:

  • Koherentní jsou světelná vlnění stejné frekvence, jejichž fázový rozdíl je konstantní.


Vlnov optika

  • Výsledkem interference svazku světelných paprsků je interferenční obrazec (interferogram), který můžeme pozorovat na stínítku. Tvoří jej soustava světlých (interferenčních maxim) a tmavých (interferenčních minim) proužků.

  • Pro interferenční maximum platí: dráhový rozdíl světelných paprsků je sudým násobkem poloviny vlnové délky. Setkávají se zde koherentní vlnění se stejnou fází.

  • Pro interferenční minimum: dráhový rozdíl je lichým násobkem poloviny vlnové délky. Koherentní vlnění s opačnou fází.

    k … řád interferenčního maxima (minima).


Odkazy

Odkazy:

  • Složky světla video

  • Interference video

  • Youngův pokus (anglicky)

  • Vznik, šíření a skladání vlnění...

  • Interference vlnění...


Interference na tenk vrstv p klady a podm nky

Interference na tenké vrstvěPříklady a podmínky

  • Viditelná interference je podmíněna koherencí světla.

  • Thomas Young použil metodu dělení čela vlny.

  • Další možnost je dělení amplitudy.

  • Jednoduchý případ: na tenkou vrstvu o tloušťce d a indexu lomu ndopadá kolmo monofrekvenční světlo.

  • (Obecně může bílé světlo dopadat např. na mýdlovou vrstvu nebo na olejovou skvrnu.)


Opakov n odraz vln n na rozhran

Opakování: Odraz vlnění na rozhraní

  • Odraz na volném konci.

  • Odraz vlnění na rozhraní s opticky řidším prostředím - fáze se nemění.

  • Odraz na pevném konci.

  • Odraz vlnění na rozhraní s opticky hustším prostředím - změna fáze o π.

Obrázek č. 1: Odraz vlnění na volném konci

Obrázek č. 2: Odraz vlnění na pevném konci


Rozbor situace

Rozbor situace:

  • 1 – dopadající vlna,

  • 2 – vlna odražená na prvním rozhraní,

  • odraz nastal s opačnou fází,

  • 3 – vlna odražená na druhém rozhraní,

  • odraz nastal beze změny fáze,

  • vlny 2 a 3 spolu interferují,

  • výsledek interference závisí na jejich fázovém rozdílu.

    Poznámka: obecně nemusí jít o kolmý dopad.

Obrázek č. 3: Odraz a lom na tenké vrstvě


Vlnov optika

  • Vlna 3 urazí ve vrstvě dráhu 2d – to by měl být dráhový rozdíl vln 2 a 3.

  • Pro výsledek interference má ale význam tzv. optickýdráhový rozdíl2nd.

  • Proč?

  • Porovnáním rozdílných drah mezi 2 a 3 pomocí vlnových délek, musíme počítat s tím, že vlnová délka ve vrstvě je n krát menší.

Obrázek č. 4: Odvození dráhového rozdílu


Konstruktivn interference

Konstruktivní interference:

  • Vzniká interferenční maximum

  • Podmínka:

  • , znamená započítání vlivu změny fáze na opticky hustším prostředí

  • je řád interferenčního maxima

  • Interferenční maximum při dokonale stejně tlusté vrstvě a monofrekvenčním světle znamená světlou plochu.


Destruktivn interference

Destruktivní interference

  • Interferenční minimum

  • Podmínka:

  • Vrstva bude v dopadajícím světle tmavá.


Ohyb difrakce sv tla

Ohyb (difrakce) světla

  • Světelné vlnění se dostává za překážku i do oblasti geometrického stínu.

  • Ohyb je ovlivněn vlnovou délkou (zvuk se ohýbá lépe, má větší vlnovou délku než světlo).

  • Pozorováním ohybu na stínítku vidíme soustavu různě širokých světlých a tmavých proužků – ohybový obrazec.

  • Při ohybu dochází také k rozkladu (disperzi) bílého světla na barevné složky.


Odvozen

Odvození

Obrázek č. 5: Ohyb světla


Vlnov optika

Úkoly:

  • Najděte na internetu Newtonovy kroužky.

  • Najděte na internetu obrázky k ohybu světla a doprovodnému jevu, tj. rozklad světla.

  • Najděte na internetu interferenční obrazce.


Odkazy1

Odkazy

  • Difrakce vysvětlení

  • Ohyb světla

  • Ohyb světla a rozklad světla na cd

  • Milionář z fyziky...

  • Applety na celou fyziku... (lze zvolit češtinu)


Polarizace sv tla

Polarizace světla

  • Světlo je příčné elektromagnetické vlnění.Vektor intenzity elektrického pole je vždy kolmý na směr, kterým se vlnění šíří.

  • Nepolarizované světlo – směr vektoru elektrické intenzity se nahodile mění.

  • Polarizované světlo lineárně – vektor kmitá v jednom směru.

  • Přirozené světlo je nepolarizované. Toto světlo můžeme změnit na polarizované – lomem a odrazem, dvojlomem nebo absorpcí.


Vlnov optika

lineárně polarizované

světlo

E

E

p

  • Polarizace světla odrazem a lomem:

  • Při odrazu se světlo polarizuje jen částečně.

  • Dopad pod určitým úhlem (Brewsterův úhel) na skleněnou desku: světlo se polarizuje tak, že v odraženém světle kmitá vektor el. intenzity kolmo k rovině dopadu.

p

nepolarizované světlo


Vlnov optika

  • Pro sklo a vzduch je Brewsterův úhel 56°.

  • K částečné polarizaci dochází

    při lomu světla.

    Vektor el. intenzity však kmitá

    převážně rovnoběžně s rovinou

    dopadu.

Obrázek č. 7: Úplná polarizace odrazem

Obrázek č. 6: Částečná polarizace odrazem

Obrázek č. 8: Polarizace lomem


Vlnov optika

  • Polarizace světla dvojlomem:

  • Dopadem na anizotropní krystal (islandský vápenec) nastává dvojlom.

  • Světelný paprsek se rozdělí na dva: řádný a mimořádný. Oba paprsky jsou lineárně polarizované.

  • Text vypadá jako zdvojený:

    dvojlom (řádný obraz a další dvojený

    vytvořený mimořádným paprskem)

Obrázek č. 9: Polarizace dvojlomem


Vlnov optika

  • Polarizace světla dvojlomem:

  • Dopadem na anizotropní krystal (islandský vápenec) nastává dvojlom. Světelný paprsek se rozdělí na dva: řádný a mimořádný. Oba paprsky jsou lineárně polarizované.

  • Polarizace světla absorpcí:

  • V technice se k polarizaci světla používají speciální polarizační filtry – polaroidy. Tento filtr pohlcuje průchodem světla některé jeho složky a tím ho zeslabuje.

  • Polarizátor – mění přirozené světlo na polarizované.

  • Analyzátor – slouží ke zjištění, zda je světlo polarizované, jelikož pouhým okem nerozeznáme polarizované světlo od nepolarizovaného.


Vlnov optika

  • Využití polarizovaného světla:

  • Fotoelasticimetrie – zkoumání vad v materiálech pomocí polarizovaného světla,

  • Zobrazovač LCD – obsahují speciální filtry, které mění světlo na polarizované, čímž dochází ke změně vlastnosti krystalu a vzniku obrazu,

  • Snímač optického záznamu na CD – ke snímání obrazu na CD se používá polarizované světlo.


Elektromagnetick z en

Elektromagnetické záření

  • Druhy elektromagnetického záření (od největší vlnové délky):

  • Rádiové vlny – dlouhé, střední, krátké, velmi krátké. Mají dlouhou vlnovou délku. Slouží k přenosu informací. Čím větší mají frekvenci, tím více informací přenesou, ale tím hůře překonávají překážky.

  • Mikrovlny – používají se k ohřevu potravin, mobilní telefony, navigační systém GPS, …

  • Infračervené záření – vydávají všechna zahřátá tělesa, dálkové ovládání.

  • Světlo

  • Ultrafialové záření – UVA, UVB, UVC, umožňuje opálení, sterilizace.

  • Rentgenové záření – lékařství.

  • Gama záření – vyzařují některé radioaktivní látky. Využívá se k ozařování nádorů.


P enos energie z en m

Přenos energie zářením

  • Měřením se zabývá fotometrie nebo radiometrie.

  • Fotometrické veličiny:

  • Svítivost: Vyjadřuje vlastnost zdroje světla.

  • Značka: I

  • Jednotka:cd (kandela)

  • Svítivost 1 cd odpovídá obyčejné svíčce.

  • Světelný tok: Vztahuje se k přenosu světla prostorem.

  • Značka: 

  • Jednotka:lm (lumen)

  • Množství světla, které projde určitou plochou za jednotku času.


Vlnov optika

  • Osvětlení: Určuje účinky světla při jeho dopadu.

  • Značka: E

  • Jednotka: lx (lux)

  • Závisí na části světelného toku, který dopadá na plochu.

  • … úhel, pod kterým světlo dopadá.


Vlnov optika

Úkoly:

  • Najděte na internetu vlnové délky jednotlivých druhů elektromagnetického záření.

  • Najděte na internetu využití jednotlivých druhů elektromagnetického záření.

  • Najděte na internetu, jak vznikají jednotlivé druhy elektromagnetického záření.


Elektromagnetick z en t les

Elektromagnetické záření těles

  • Žárovka:

  • přeměna tepelné energie na elektromagnetickou

  • Dodáním energie – tepla, atomy vlákna získávají velkou energii, kterou vyzařují

  • Vlákno jde přes červenou, oranžovou až po žlutou barvu

  • S rostoucí teplotou vyzařuje elmag. záření s kratší vlnovou délkou


Vlnov optika

  • Zářivka:

  • přeměna energie elektrického pole na elektromagnetickou

  • Zdrojem záření jsou atomy plynu, ve kterém probíhá výboj

  • Atomy získají energii z elektrického pole

  • Světlo vzniká dopadem UV záření na vnitřní luminiscenční vrstvu (luminiscence)


Z en ern ho t lesa

Záření černého tělesa

  • Černé těleso – pohlcuje veškerou energii, která na něj dopadne

  • Dutina s malým otvorem a vnitřní matnou černou plochou (Slunce)

  • Na základě zákonů záření černého tělesa – Max Planck – záření není spojité, ale šíří se po dávkách – kvantech

  • E = hf, h … Planckova konstanta,

  • h = 6,626 . 10 –34 Js


Vlnov optika

  • Energie kvanta je velmi malá (eV)

  • Záření se uskutečňuje pomocí velkého počtu kvant

  • Záření se jeví jako spojitý děj

  • Příklad: Vypočítejte energii kvanta světla o vlnové délce 500 nm

    (3,3 * 10-40 J)


Spektra l tek

Spektra látek

  • Při dopadu světla na látku, jsou některé části pohlceny, nebo některé látky vyzařují jen určité části elmag. vln, vzniká emisní spektrum látky

  • Druhy emisního spektra:

  • Čárové spektrum – vzniká u látek, které vydávají záření jen určitých vlnových délek (Hg, Na, Ne, …).

  • Spojité spektrum – všechny vlnové délky (žárovka).

  • Absorpční spektrum – látky záření některých vlnových délek spojitého spektra pohlcují (Slunce).

  • Pásové spektrum – je tvořeno velkým množstvím čar ležících v těsné blízkosti, oddělenými temnými čárami (zářící molekuly látek).


Spektra l tek1

Spektra látek

  • Studiem spekter se zabývá

    spektrální analýza.

  • Přístroj ke zkoumání se nazývá

    spektroskop, založen

    na rozkladu světla průchodem

    optickým hranolem nebo

    difrakční mřížkou.

Obrázek č. 10: Příklady spekter


Odkazy2

Odkazy:

  • Spektra prvků...

  • Ohyb světla...

  • Ohyb světla 2...

  • Interference vlnění...

  • Optika


Ot zky k opakov n

Otázky k opakování:

  • Jaké jsou vlnové vlastnosti světla?

  • Kdy vznikne interferenční minimum?

  • Kdy vznikne interferenční maximum?

  • Jak vypadá interferenční obrazec?

  • Co je to polarizované světlo?

  • Jak vypadá ohybový obrazec?

  • Využívají LCD monitory polarizované světlo?

  • Jak se dá světlo polarizovat?

  • K čemu se využívá islandský vápenec?

  • Co je to „studené světlo“?

  • Co je to vlnová délka?

  • Jakou hodnotu má Planckova konstanta?

  • Co vyzařuje spojité spektrum?

  • Co vyzařuje čárové spektrum?

  • Co to je kvantum?


Pou it literatura

Použitá literatura

  • LEPIL, O., ŠEDIVÝ, P. Fyzika pro gymnázia – Optika. Praha: Prometheus, 2002. ISBN 80-7196-237-6.

  • LEPIL, O., BEDNAŘÍK, M., HÝBLOVÁ, R. Fyzika pro střední školy 2. Praha: Prometheus, 1992. ISBN 80-85849-05-4.


Citace obr zk

Citace obrázků

  • Obrázek č. 1–4 [cit. 2013-05-03]. Dostupný na www: <orlik.spsebr.cz/vondra/soubory/interferencevrstva.ppt >

  • Obrázek č. 5 [cit. 2013-05-03]. Dostupný na www: < http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/459-ohyb-svetla-na-sterbine>

  • Obrázek č. 6–9 [cit. 2013-05-03]. Dostupný na www: < http://polar-peza.euweb.cz/zpusoby_polarizace.html >

  • Obrázek č. 10 [cit. 2013-05-03]. Dostupný na www: <http://cs.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetick%C3%A9_spektrum >


  • Login