Elektromagnetické záøení
Vlnová optika
- zabývá se jevy potvrzujícími vlnovou povahu svìtla (interference, ohyb, polarizace)
Interference svìtla
vlnìní, která pøicházejí do jednoho bodu z rùzných zdrojù, se v tomto bodì skládají
(sèítají se okamité hodnoty elektrické a magnetické sloky vlnìní)
koherentní vlnìní - vlnìní o stejné frekvenci s konstantním dráhovým rozdílem v daném bodì
- pøedpoklad pro viditelnost interference
- prakticky laserem
Youngùv pokus (1807)
- prokázal vlnovou povahu svìtla
amplituda výsledného vlnìní se mìní v závislosti na dráhovém rozdílu -
na stínítku pozorujeme interferenèní obrazec - soustavu interferenèních maxim a minim
pro int. maximum: Δl=kλ k{0,1,...}
pro int. minimum: Δl=(2k-1)λ/2 k{1,...}
k - øád maxima/minima
u monochromatického svìtla:
maxima - svìtlé prouky dané barvy,
minima - èerné prouky
u bílého svìtla:
maximum nultého øádu bílé,
minima èerná,
maxima vyích øádù - spektra
Interference svìtla na tenké vrstvì
paprsky 2 a 3 interferují,
dráhový rozdíl Δl=2nd+λ/2
paprsky 2 a 3 mají opaènou fázi (+λ/2)
2nd - optická dráha
- vzdálenost, kterou paprsek 2 urazí, zatímco paprsek 3 urazí vzdálenost 2d
pro int. maximum: 2nd=(2k-1)λ/2
pro int. minimum: 2nd=kλ
Newtonova skla
v monochromatickém svìtle vzniká soustava svìtlých a tmavých kroukù,
v bílém svìtle vzniká soustava barevných kroukù
R²=rk²+(R-dk)²
R²=rk²+R²-2Rdk+dk²
(dk<<2R => zanedbáme)
dk=rk²/(2R)
Δl=2dk+λ/2
Vyuití interference
antireflexní vrstvy
interferometr - mìøení malých rozdílù délek, mìøení indexu lomu
holografie - trojrozmìrný záznam obrazu - informace o intenzitì a fázi svìtla odraeného od pøedmìtu
Ohyb svìtla (difrakce)
- odliné íøení svìtla ne pøímoèaré (dùsledek vlnových vlastností svìtla)
- po dopadu na okraj pøekáky se svìtlo íøí i do oblasti geometrického stínu
ohyb na hranì
v bodì B dochází k mnohonásobné interferenci - vzniká interferenèní obrazec
ohyb na tìrbinì
rozloení maxim a minim závisí na íøce tìrbiny a vlnové délce svìtla
ohyb na optické møíce
b - møíková konstanta
Δl=bsinα
difrakèní obrazec:
u jednobarevného svìtla - uprostøed maximum 0. øádu (nejintenzivnìjí)
u bílého svìtla - minima èerná,
maximum 0. øádu bílé,
maximum 1. øádu spektrum (nejblíe k 0. øádu èervená),
ostatní maxima se pøekrývají
Polarizace svìtla
nepolarizované svìtlo:
smìr vektoru E je nahodilý (ale kolmý ke smìru íøení, obr. a)
lineárnì polarizované svìtlo: vektor E kmitá v jedné pøímce (obr. b)
polarizace - pøemìna svìtla nepolarizovaného na polarizované
a) odrazem
v odraeném svìtle vektor E kolmo k rovinì dopadu
úplná polarizace jen pøi tzv. Brewsterovì (polarizaèním) úhlu, pro který platí tgα=n
b) lomem
obodbnì jako odrazem
vektor E rovnobìnì k rovinì dopadu
c) dvojlomem
u anizotropních krystalù (napø. islandský vápenec)
svìtelný paprsek se rozdìlí na dva (øádný a mimoøádný)
- oba polarizovány v navzájem kolmých rovinách
d) polaroidem
speciální filtr, ze kterého vychází jen lineárnì polarizované svìtlo mimoøádného paprsku
oko nerozlií polarizované a nepolarizované svìtlo, rozliuje jej analyzátor
Pøehled elektromagnetického záøení
druh záøení | vln. délka /m (øádovì) | frekvence / Hz (øádovì) | ||
nízkofrekvenèní vlny | 104-106 | 102-104 | ||
rozhlasové vlny (DV,SV,KV) | 101-104 | 104-107 | ||
televizní a rozhlasové vlny (VKV) | 10-1-101 | 107-109 | ||
mikrovlny | 10-4-10-1 | 109-1012 | ||
infraèervené záøení (IR) | 10-6-10-4 | 1012-1014 | ||
viditelné svìtlo | 10-7-10-6 | 1014-1015 | ||
ultrafialové záøení (UV) | 10-9-10-7 | 1015-1017 | ||
rentgenové záøení (RTG) | 10-12-10-9 | 1017-1020 | ||
gama záøení | 10-15-10-12 | 1020-1023 |
Fotometrické velièiny
- charakterizují pøenos energie svìtelným záøením, které vyzaøuje do okolí zdroj elmag. záøení
svìtelný tok Φ se vztahuje k pøenosu svìtla prostorem
svítivost I charakterizuje zdroj svìtla
- podíl svìtel. toku ΔΦ vyzáøeného do prostorového úhlu ΔΩ a tohoto úhlu
I=ΔΦ/ΔΩ
osvìtlení E charakterizuje úèinky svìtla pøi dopadu na urèitou plochu
E=ΔΦ/ΔS
ΔS=r²ΔΩ
r - vzdálenost dané plochy od zdroje
E=Icosα/r²
α - úhel, pod kterým svìtlo dopadá
Tepelné záøení tìles
- vyzaøují vechna tìlesa díky tepelnému pohybu atomù
s rostoucí teplotou tìlesa se záøení pøesouvá ke kratím vln. délkám (do 525°C IR, asi 900°C jasnì èervené)
Záøení èerného tìlesa
Stefanùv-Boltzmannùv zákon: intenzita ozaøování vzrùstá se 4. mocninou termodynamické teploty
Wienùv posunovací zákon: vlnová délka záøení je nepøímo úmìrná teplotì
zjitìní vln. délky záøení spektrální analýzou (napø. èarové spektrum u plynù)