FYZIKA 4. ROČNÍK. Disperze světla. Spektrální barvy. β č β f. T různé f různá barva. rychlost světla v prostředí závisí na f = disperze světla

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "FYZIKA 4. ROČNÍK. Disperze světla. Spektrální barvy. β č β f. T různé f různá barva. rychlost světla v prostředí závisí na f = disperze světla"

Michaela Kučerová
před 9 lety
Počet zobrazení:

1 Disperze světla. Spektrálí barvy v = = f T v = F(f) růzé f růzá barva rychlost světla v prostředí závisí a f = disperze světla c = = F ( f ) idex lomu daého optického prostředí závisí a frekveci světla viz v pokus bílé světlo α vakuum f > č sklo β č β f rozklad bílého světla a barevé složky = spektrum ejvíc se láme fialové světlo ejméě červeé světlo β > β < (ze Sellova zákoa) č f č f Graf závislosti idexu lomu a vlové délce světla: Se vzrůstající vlovou délkou idex lomu klesá f č siα1 siα = = 1 1 fial. sv. 400 m červ. sv. 760 m / m

daého optického prostředí závisí a frekveci světla viz v pokus bílé světlo α vakuum f > č sklo β č β f rozklad bílého světla a barevé

2 rozložeí bílého světla hraolem a spektrálí barvy: bílé světlo hraol spektrálí barvy: červeá oražová žlutá zeleá modrá fialová Moofrekvečí (moochromatické) světlo se erozkládá. Složeím všech spektrálích barev vziká bílé světlo. Frekvece světla ezávisí a optickém prostředí: v c f = = 0 v 0 = 0 = c Vlová délka světla je v daém prostředí meší ež ve vakuu. Důkaz, že světlo je elmg. vlěí: - iterferece světla - ohyb světla - polarizace světla Iterferece světla Iterferece ve světle odražeém: Teká vrstva o tloušťce d, a i kolmo dopadá moochromatické světlo 1. Část světla se odrazí v bodě a část 3 v bodě. Část 1 projde vrstvou: 1 d 1 3

Frekvece světla ezávisí a optickém prostředí: v c f = = 0 v 0 = 0 = c Vlová délka světla je v daém prostředí meší ež ve vakuu. Důkaz, že světlo je elmg.

3 Skládají se pak vlěí a 3. Je dokázáo, že světelé vlěí při odrazu a opticky hustším prostředí změí fázi a opačou (aalogické odrazu mech. vlěí a pevém koci), viz část světla. Při tomto odrazu vziká fázový rozdíl odpovídající dráhovému rozdílu. Při odrazu a opt. řidším prostředí se fáze eměí. Iterferece ve světle prošlém: Moochr. světlo dopadá a rozhraí, část se odrazí. Světlo, které se dostae do prostředí vrstvy, částečě projde (část 1 ) a část se v bodě a odrazí. Vrstvou pak projde další část 3. 1 d 1 3 Skládají se vlěí 1 a 3. - aby obecě astala iterferece, musí být skládající se vlěí koheretí = stejá frekvece, eproměý fázový rozdíl (ejčastěji rozdělíme jedo vlěí a dvě, a ty složíme) V prostředí o idexu lomu se světlo šíří pomaleji ež ve vakuu doba potřebá a uražeí dráhy d v látkovém optickém prostředí je stejá jako doba pro uražeí dráhy d ve vakuu (vzduchu). Tj. optická dráha v daém prostředí je l = d dráhový optický rozdíl v ašem případě je: l = d Iterferece ve světle odražeém: podmíka pro zesíleí:

Světlo, které se dostae do prostředí vrstvy, částečě projde (část 1 ) a část se v bodě a odrazí. Vrstvou pak projde další část 3. 1 d 1 3 Skládají se vlěí 1 a 3.

4 d + = k 1 d = ( k ) Dráhový rozdíl musí být lichý ásobek půlvl k = 1,, 3, Iterferece ve světle prošlém: podmíka pro zesíleí: d = k d = k Dráhový rozdíl musí být sudý ásobek půlvl k = 1,, 3, Pro zeslabeí platí opačé vztahy: iterferece v odražeém světle d = k 1 v prošlém d = ( k ) zesíleí světla = iterferečí maximum zeslabeí světla = iterferečí miimum Výpočet dráhového rozdílu při obecém úhlu dopadu α : α β C C vzduch d vzduch

opačé vztahy: iterferece v odražeém světle d = k 1 v prošlém d = ( k ) zesíleí světla = iterferečí maximum

5 Dráhový rozdíl δ = siα = siα = d tg β siα = si β d siα = si β = cos β d δ = d tg β siα cos β si α 1 cos β = 1 = si α siα siα d δ = 1 1 si α si α δ = d si α si α δ = d si α Speciálím případem je kolmý dopad. Použití iterferece světla Měřeí vlové délky moochr. světla Newtoovými skly Newtoova skla: Ploskovypuklá čočka s velkým poloměrem křivosti R a rová deska. Mezi deskou a vypuklou plochou čočky vzike teká vzduchová vrstva. Tloušťka vzduch. vrstvy d k se od středu O spojitě zvětšuje a místa se stejou tloušťkou vyplňují kroužky se středem O.

světla Newtoovými skly Newtoova skla: Ploskovypuklá čočka s velkým poloměrem křivosti R a rová deska.

6 R R d k 1 3 d k r k 0 Z obrázku plye: ( ) k k R d + r = R R Rdk + d k + rk = R ց d k 0 ( dk je malé dk 0) rk = pro k-tý kroužek o poloměru r k R Celkový optický dráhový rozdíl je: počítáme ve vzduchu d k + odraz a opt. hustším prostředí Iterferece ve světle odražeém: Podmíka pro maximum: rk + = k R r R = R k = ( k 1) r k ( k 1) k =1,, 3, dostaeme soustavu světlých soustředých kroužků se středem v bodě O

7 Podmíka pro miimum: rk + = ( k + 1) R r k r R k = k = k =1,, 3, k R V odražeém světle se mezi světlými kroužky objeví tmavé kroužky dohromady dostaeme soustavu soustředých tmavých a světlých kroužků se středem O. Uprostřed je tmavý kroužek. - další užití iterferece světla: kotrola roviých a kulových ploch, kostrukce protiodrazových vrstev. Ohyb světla astává, když vlěí arazí a překážku (štěrbiu), jejíž rozměry jsou srovatelé s vlovou délkou vlěí ohyb = difrakce Ohyb světla a štěrbiě: ohybová štěrbia filtr osvětlovací štěrbia spojka 0, 0,3 m 3 4 m stíítko Při zužováí štěrbiy se a stíítku v oblasti geometrického stíu objeví světlé a tmavé proužky iterferečí maxima a miima. Ohyb a vlasu místo štěrbiy se užije atažeý vlas ve středu geom. stíu vziká světlý proužek, okolo ěj střídavě tmavé a světlé proužky Ohyb světla a kruhovém otvoru aalogické ohybové jevy jako výše V důsledku ohybu světla se při zobrazováí malých předmětů mikroskopem bod zobrazí jako kroužek. Příliš velké zvětšeí tedy eumoží rozlišit detaily (jsou rozmazaé).

Ohyb světla astává, když vlěí arazí a překážku (štěrbiu), jejíž rozměry jsou srovatelé s vlovou délkou vlěí ohyb = difrakce Ohyb světla a štěrbiě: ohybová štěrbia filtr osvětlovací štěrbia spojka 0,

8 Rozlišovací schopost mikroskopu = převráceá hodota rozlišovací meze y rozlišovací mez je ejmeší vzdáleost dvou bodů, které vidíme odděleě y 0,5 Příklad: = 400 m y 0, 10 3 mm pro elektroový mikroskop y 0, mm Ohyb světla a dvojštěrbiě R Thomas Youg: metoda jak získat dva koheretí zdroje světla spojka filtr 1 b 0 1 dvojštěrbia stíítko osvětlovací štěrbia Koheretí vlěí postupují od obou štěrbi všemi směry - astává ohyb a současě iterferece světla V bodě 0 zesíleí: obě vlěí jsou se stejou fází b α s. s = siα b s = bsiα α

1801 Thomas Youg: metoda jak získat dva koheretí zdroje světla spojka filtr 1 b 0 1 dvojštěrbia stíítko osvětlovací štěrbia Koheretí

9 Zesíleí: b si α k = k k = 1,, 3, - dostaeme iterferečí obrazec maximum ultého řádu (hlaví maximum), je ejitezivější, a po straách střídavě tmavé a světlé proužky maxima prvého, druhého řádu, atd., jejichž itezita prudce klesá Ohyb světla a mřížce Mřížková kostata b Vzdáleost středů sousedích štěrbi platí s = b si α (jako u dvouštěrbiy) Ohybový obraz a mřížce při osvětleí bílým světlem: Spektrum a mřížce: ejvíc se láme červeé světlo(ejvíce se odchyluje od původího směru) - šířka spektrálích barev eí rovoměrá (fialová a modrá ejširší) - čím vyšší řád, tím širší spektrum - spektra vyšších řádů se částečě překrývají a stíítku se v určitých směrech může objevit bílé světlo - čím vyšší je počet štěrbi, tím je ohybový obrazec itezivější a má užší maxima - jasá a čistá jsou spektra 1. řádu Uplatěí mřížky: měřeí, ve spektroskopii při zjišťováí složeí látek Příklad: Kolik vrypů a 1 mm má optická mřížka, jestliže světlo o vlové délce 589,6 m se ve. maximu odchyluje od směru kolmého k roviě mřížky o úhel 43 15?. bsiα = k b = si = 581mm b Polarizace světla - světlo je příčé elektromagetické vlěí, ve kterém vektor itezity elektrického pole E a vektor itezity mg. pole H kmitá kolmo a směr postupého vlěí. Vektory E a H

Spektrum a mřížce: ejvíc se láme červeé světlo(ejvíce se odchyluje od původího směru) - šířka spektrálích barev eí rovoměrá (fialová a modrá ejširší) - čím vyšší řád, tím širší spektrum - spektra

jsou vždy a sebe kolmé pro polarizaci světla stačí vyšetřovat je chováí vektoru E - pokud E kmitá v jedé roviě proložeé směrem postupu vlěí, světlo je lieárě polarizovaé (ěkteří živočichové

10 jsou vždy a sebe kolmé pro polarizaci světla stačí vyšetřovat je chováí vektoru E - pokud E kmitá v jedé roviě proložeé směrem postupu vlěí, světlo je lieárě polarizovaé (ěkteří živočichové polarizovaé světlo rozlišují včely, vosy, mraveci, krabi, ěkteří ptáci) - přirozeé světlo je epolarizovaé, vektor E kmitá ve všech roviách (je vyzařováo velkým možstvím atomů (molekul) zdroje každý atom (molekula) vysílá polarizovaé světlo v jiém směru) Polarizátor: zařízeí, které slouží k získáváí polarizovaého světla propouští je takové vlěí, které kmitá v jedom směru alyzátor: = polarizátor, je použit jiak - apř. slouží ke zjištěí, zda je daé světlo polarizovaé - měřeí stočeí polarizačí roviy polarizovaého světla opticky aktiví látkou (viz dále) Polarizátor a aalyzátor: Polarizace světla odrazem - odražeé světlo kmitá kolmo a roviu dopadu - úplá polarizace při úhlu dopadu α (rewsterův úhel, pro sklo α 57 ) Polarizace lomem - získáme částečě polarizovaé světlo

atom (molekula) vysílá polarizovaé světlo v jiém směru) Polarizátor: zařízeí, které slouží k získáváí polarizovaého světla propouští je takové vlěí, které kmitá v jedom směru alyzátor: = polarizátor,

α Polarizace dvojlomem izotropí prostředí: rychlost světla ve všech směrech stejá aizotropí prostředí: světlo se ešíří ve všech směrech stejě T m ř ikol (isladský vápeec) dvojlom: základí vlastost

11 α Polarizace dvojlomem izotropí prostředí: rychlost světla ve všech směrech stejá aizotropí prostředí: světlo se ešíří ve všech směrech stejě T m ř ikol (isladský vápeec) dvojlom: základí vlastost aizotropích krystalů (ex. jede směr, tzv. optická osa krystalu, ve kterém dvojlom eastává) izotropí krystal (apř. isladský vápeec) umístíme tak, že světlo dopadá kolmo a jeho stěu a současě směr šířeí světla eí rovoběžý s optickou osou krystalu. Pak astae dvojlom a dostaeme dva paprsky: - paprsek řádý splňuje záko lomu (postupuje dále v původím směru) - paprsek mimořádý při kolmém dopadu se láme Světlo řádého i mimořádého paprsku získaé dvojlomem je úplě lieárě polarizovaé, vektory E řádého a mimořádého paprsku jsou v avzájem kolmých roviách. Využití: - zkoumáí průhledých látek v polarizovaém světle:

isladský vápeec) umístíme tak, že světlo dopadá kolmo a jeho stěu a současě směr šířeí světla eí rovoběžý s optickou osou krystalu.

12 - opticky aktiví látky - stáčí roviu polarizovaého světla - pravotočivé (roztok cukru) - levotočivé (křeme- levo- i pravotočivý) - měří se tak kocetrace cukrů, bílkovi, olejů atd. - umělá aizotropie - způsobeá amáháím průhledé izotropí látky (plexisklo atd.) fotopružost

pravotočivý) - měří se tak kocetrace cukrů, bílkovi, olejů atd.

Podobné dokumenty

Inovace předmětu K-Aplikovaná fyzika (KFYZ) byla financována z projektu OPVK Inovace studijních programů zahradnických oborů, reg. č.

Inovace předmětu K-Aplikovaná fyzika (KFYZ) byla financována z projektu OPVK Inovace studijních programů zahradnických oborů, reg. č. Iovace předmětu K-Aplikovaá fyzika (KFYZ) byla fiacováa z projektu OPVK Iovace studijích programů zahradických oborů, reg. č.: CZ..07/..00/8.00 Připravil: Roma Pavlačka K-Aplikovaá fyzika Optika a zářeí