FYZIKA II. Marek Procházka 1. Přednáška

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "FYZIKA II. Marek Procházka 1. Přednáška"

Erik Dostál
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 FYZIKA II Marek Procházka 1. Přednáška

2 Historie

3 Dělení optiky

4 Základní pojmy Reflexe (odraz) Refrakce (lom) jevy na rozhraní dvou prostředí o různém indexu lomu. Disperze (rozklad) prostorové oddělení složek vlnění s různou vlnovou délkou světlo: rozklad bílého světla na barevné složky Difrakce (ohyb) Diffusion (rozptyl) interakce vlnění s překážkou šíření vlnění za překážkou Interference (skládání vln) interakce dvou a více vlnění v určitém místě prostoru podmínka interference: koherence skládání amplitud: zesílení nebo zeslabení vlnění v určitém místě prostoru

5 Přiblížení geometrické (paprskové) optiky Překážky nekonečně velké vůči l homogenní izotropní prostředí 1. Zákon přímočarého šíření světla 2. Zákon vzájemné nezávislosti paprsků 3. Věta o záměnnosti chodu paprsků 4. Zákon odrazu (Úhel odrazu se rovná úhlu dopadu, odražený paprsek zůstává v rovině dopadu). Rovinou dopadu nazýváme rovinu tvořenou paprskem a kolmicí v místě dopadu paprsku na rozhraní. 5. Zákon lomu (Poměr sinu úhlu dopadu ku sinu úhlu lomu je konst. a roven relativnímu indexu lomu, lomený paprsek zůstává v rovině dopadu)

6 Fermatův princip

7 Huygensův princip Christiaan Huygens (1690) každý bod prostoru, do kterého dospěje šířící se vlnoplocha, se stává zdrojem sekundárních vln; obalová plocha sekundárních vln vytvořených ve stejném čase vytváří novou vlnoplochu r = v.t r poloměr elementární vlnoplochy v rychlost šíření vlnění t čas překážka s otvorem

8 Odraz světla Zákon odrazu: Úhel odrazu se rovná úhlu dopadu a odražený paprsek zůstává v rovině dopadu. a = a Periskop

9 Lom světla W. van Roijen Snell (1621) Snellův zákon změna směru šíření paprsku při přechodu z jednoho prostředí do jiného důsledek Huygensova principu a různé rychlosti světla v jednotlivých prostředích, index lomu n 1 v 1 c n 1 optická hustota prostředí n 2 v 2 c n 2 n 1. sina n 2.sinb n 12 relativní index lomu sina sin b n2 n 1 n 12 n 1 <n 2 lom ke kolmici, n 1 >n 2 lom od kolmice

10 Odvození z Fermatova principu

11 Odvození z Huygensova principu

12 Lom na planparalelní desce

14 Totální odraz mezní úhel, pro sklo ~ 42 totální odraz (n 1 > n 2 ) Optická vlákna

15 Interakce světla s látkovým prostředím - absorpce Transmitance (propustnost): Absorbance: Lambertův zákon: l-tloušťka vrstvy, k=absorpční koeficient t Lambertův-Beerův zákon v roztocích: c=koncentrace e=extinkční koeficient

16 Isobestický bod

17 Interakce světla s látkovým prostředím - disperze Isaac Newton (1704) Lom: nejméně se od původního směru odchyluje červená nejvíce fialová červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá, indigová, fialová

18 Duha Barevná vada čočky

19 Závislost indexu lomu na vlnové délce (disperze) 0 ) ( 0 ) ( ) ( (v) l l l l l d dn d dn n n n n ) ( C B C B C B n l l l l l l l Sellmeierova aproximace: normální disperze anomální disperze C F D D C F n n n n n n střední disperze relativní disperze Abeovo číslo F: 486 nm (H), C: 656,3 nm (H), D: 589,3 nm (Na) S rostoucí vlnovou délkou (frekvencí) světla index lomu klesá (roste).

21 Lámavý hranol 2 Snellův zákon:

22 Minimální deviace

23 Úhlová disperze: Hranolový spektrograf

Interakce světla s látkovým prostředím - rozptyl Gustav Mie (1869-1957) 1908 Velké

24 Interakce světla s látkovým prostředím - rozptyl Gustav Mie ( ) 1908 Velké částice, prach, apod. I ~ 1/l Tyndall (1869) J.W. Rayleigh ( ), 1899 Einstein 1911

25 R. Maňák, Parhelium 3/2007

26 Světlo jako elekromagnetické vlnění

27 E = B.c Světlo je příčné elektromagnetické vlnění

28 Matematický popis vlnění Pohyb fce f, která nemění tvar Vlnová rovnice pro fci

29 Rovinná monochromatická (harmonická) vlna: 0 0 fázová rychlost (rychlost konstantní fáze)

30 c = m.s -1 0

32 3D harmonická vlna:

33 Skládání vln Dvě vlny šířící se ve směru osy x rázy modulační obálka nosná vlna

34 Kulová (sférická) vlna: vyzařující z bodového izotropního zdroje V dostatečně velké vzdálenosti od zdroje lze aproximovat rovinou

35 Intenzita záření Rychlost přenosu energie na jednotku plochy elmag vlnou: S Poyntingův vektor J.H. Poynting ( ) Frekvence světla Hz = nelze sledovat okamžitou intenzitu, měří se časová střední hodnota Intenzita záření je přímou úměrná čtverci amplitudy intenzity elektrického pole Intenzita záření klesá s druhou mocninou vzdálenosti r od zdroje

36 Polarizace

37 Lineární polarizace:

38 Eliptická polarizace: Kruhová polarizace: Levotočivá kruhová polarizace: vektor E v čase rotuje proti směru hodinových ručiček

39 Polarizátor: složka intenzity rovnoběžná se směrem polarizace jim prochází, složka k ní kolmá je pohlcena Ztrácí se polovina intenzity původního světla Polarizátor a anlyzátor: Malusův zákon (1808) Úhel mezi E a směrem polarizace

40 Dichroismus Různá absorpce světla šířícího se v látce určitým směrem, pro různé orientace E Závislost koeficientu absorpce světla na polarizaci Turmalín, herapatit (síran chinonojodný) Dichroitické fólie, Land 1938 Obrázek vpravo je nasnímán s použitím filtru

41 Polarizace odrazem a lomem Etienne-Luis Malus 1808 David Brewster, 1815 Brewsterův úhel a B = arctg(n t /n i ), pro sklo Odražený paprsek je polarizován v rovině kolmé k rovině dopadu

42 Anizotropie - dvojlom

43 Nicolův hranol, William Nicol ( ) Glan-Thompsonův hranol

45 Polarizace rozptylem sluneční světlo procházející atmosférou je lineárně polarizované a směr polarizace je kolmý ke směru šíření světla před polarizací, tedy ke směru, kde se nachází slunce. Hmyz Haidingerův snop (1844)

46 Odraz a průchod světla rozhraním koeficient odrazivosti koeficient propustnosti reverzibilita chodu paprsků Stokesovy vztahy

47 Fresnelovy vzorce Augustin-Jean Fresnel (1821) Polarizace kolmá, E kolmý k rovině dopadu : TE, s, Polarizace rovnoběžná, E leží v rovině dopadu: TM, p, Koeficienty odrazivosti r a propustnosti t: Odrazivost R = r 2 Propustnost T = 1 - R

48 Grafické znázornění

49 Kolmý dopad, a = 0 Brewsterův úhel Tečný dopad, a = 90, R = 1

50 Fázové posuny: Změna znaménka rovnocenná fázovému posunu o p:

Podobné dokumenty

Optika pro mikroskopii materiálů I

Optika pro mikroskopii materiálů I Jan.Machacek@vscht.cz Ústav skla a keramiky VŠCHT Praha +42-0- 22044-4151 Osnova přednášky Základní pojmy optiky Odraz a lom světla Interference, ohyb a rozlišení optických