Přednáška č.14. Optika

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Přednáška č.14. Optika"

Aneta Horáková
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Přednáška č.14 Optika

2 Obsah základní pojmy odraz a lom světla disperze polarizace geometrická optika elektromagnetické záření

3 Světlo = elektromagnetické vlnění o vlnové délce 390nm (fialové) až 790nm (červené) se schopností vyvolat v lidském oku světelný vjem. Rychlost světla ve vakuu: c= m.s -1 vlnová délka = λ c f f - frekvence nezávisí na prostředí a udává barvu světla (monochromatické -světlo o určité konstantní frekvenci) Homogení optické prostředí: stejné optické vlastnosti (index lomu, atd.) Dělení I Optické prostředí Dělení II Optické prostředí průhledné nedochází k rozptylu průsvitné částečně se rozptyluje neprůhledné pohlcuje se nebo odráží izotropní rychlost nezávisí na směru šíření anizotropní ryclost závisí na směru Světelný paprsek : myšlená orientovaná (směr šíření) přímka kolmá na vlnoplochu

4 Odraz a lom = vzniká při dopadu světla na rozhraní dvou optických prostředí α α α n 1, v 1 n 1, v 1 k n 2, v 2 k β n 2, v 2 Zákon odrazu -Úhel dopadu se rovná úhlu odrazu. odražený paprsek leží v rovině dopadu. Snellův zákon -platí pro lom světla sinα sinβ v = v 1 2 n = n 2 1

odrazu -Úhel dopadu se rovná úhlu odrazu.

5 Index lomu Optické prostředí hustší větší index lomu a menší fázová rychlost řidší menší index lomu a větší fázová rychlost Všechna optická prostředí mají vždy n>1 absulutní index relativní index n = 2,1 c v n = v v 1 2 n 1 < n 2 => lom ke kolmici n 1 > n 2 => lom od kolmice pro lom od kolmice β= α m - mezní úhel (sklo -vzduch má 42 0 ) sinα = m n n 2 1 REFRAKTOMETR -přístroj měřící index lomu na základě α m

v n = v v 1 2 n 1 < n 2 => lom ke kolmici n 1 > n 2 => lom od kolmice pro lom od kolmice β=90 0 - α m -

6 Disperze - rozklad světla = světlo se šíří v látce tím rychleji čím je větší jeho vlnová délka (menší index i úhel lomu) Důsledkem je, že paprsky různých barev se na stejném rozhraní lámou pod různými úhly. Průchod světla hranolem: červená oranžová žlutá zelenám modrá indigová fialová bílé světlo

různých barev se na stejném rozhraní lámou pod různými úhly.

7 Spektroskopie = zabývá se studiem spekter S P E K T R A emisní vznikají rozkladem světla vycházejícího přímo ze zdroje absorpční vznikají rozkladem světla, které projde zkoumanou látkou spojitá rožhavené tuhé a kapalné l. čárová atomy rožhavených p. čárová pásová pásová molekuly l. v p. stavu U absorpčních spekter platí, že látka nejvíce pohlcuje to záření, které sama vysílá (na místě barevné čáry emisního světla objeví se ve spektru absorpčním stejná čára tmavá). Spektrální analýzy se využívá ke kvalitnímu (poloha a počet) a kvantitativnímu (poměr intezit) posouzení zkoumané látky. Zemědělství - rozbory půd a další...

stavu U absorpčních spekter platí, že látka nejvíce pohlcuje to záření, které sama vysílá (na místě barevné čáry emisního světla objeví se ve spektru

8 ABSORPCE = energie pohlceného světla s mění v teplo a dochází k zahřátí tělesa FOTOLUMINISCENCE = část energie pohlceného světla s mění v teplo a část v jiný druh záření (fluorescence a fosforescence) Po průchodu světelného záření mohou nastat v tělese chemické změny m.j. : - fotochemický jev (fotograf) -fotosyntéza - fotoelektrický jev

záření (fluorescence a fosforescence) Po průchodu světelného záření mohou nastat v

9 Zdroje světelného záření vysílají nepolarizované světlo. Podstata přirozeného světla = příčné vlnění jehož kmity mění velmi rychle a nepravidelně svůj směr POLARIZACE =usměrnění kmitání světla do jedné roviny Polarizace můžeme dosáhnout - odrazem -lomem -průchodem některými krystaly Světelné záření je elektromagnetické vlnění určené vektorem intenzity elektrického pole E a vektorem intenzity magnetického pole H. Oba vektory jsou na směr šíření EM-vlnění i k sobě navzájem kolmé. Kmitají zcela nahodile. Lineární polarizace = vektor E (resp. H) kmitá v jedné rovině. Opakování středoškolské látky: příčné a podélné vlnění.

Polarizace můžeme dosáhnout - odrazem -lomem -průchodem některými krystaly Světelné záření je elektromagnetické vlnění určené vektorem intenzity

10 Mechanický model polarizace nepolarizovaná vlna P polarizovaná vlna A polarizační rovina K částečně polarizaci dochází při: Polarizace lomem Polarizace odrazem vektor E kmitá převážně rovnoběžně s rovinou dopadu vektor E kmitá kolmo k rovině dopadu a dochází k úplné polarizaci při úhlu 56,5 0 (Brewsterůvp.ú.)

Polarizace odrazem vektor E kmitá převážně rovnoběžně s rovinou dopadu vektor

11 Poarizace dvojlomem světlo dopadá kolmo na stěnu klence (islandský vápenec CaCO 3 ) řádný paprsek se řídi Snellovým zákonem i když dopadá pod jiným úhlem, mimořádný nikoliv světlo řádného i mimořádného paprsku je úplně polarizované mimořádný řádný

zákonem i když dopadá pod jiným úhlem, mimořádný nikoliv

12 Rotační polarizace některé látky (opticky aktivní) mohou stáčet stáčet rovinu kmitů lineárně polarizovaného světla které jimi prochází (levotočivé a pravotočivé) Polarimetr = přístroj pro měření stáčení roviny polarizovaného světla opticky aktivními látkami zdroj momoch. světla Polarizátor L Analyzátor dalekohled Pozn.: Cukr je trvale OA (nesymetrické uspořádání atomů) nezaniká ani rozpuštěním. Přechodná OA u látek s krystal. mřížkou (roztavením zmizí).

světla opticky aktivními látkami zdroj momoch. světla Polarizátor L Analyzátor dalekohled Pozn.

13 Základní pojmy Paprsek -přímka kolmá na vlnoplochu udává směr šíření světla Optická soustava - souhrn rozhraní, na níž se odrazem nebo lomem mění směr paprsků vzcházejících z předmětu Skutečný (reálný) obraz - paprsky se za OS protínají, lze ho zachytit na stínítku Neskutečný (zdánlivý) obraz - OS vytváří rozbíhavý svazek paprsků, nelze ho zachytit na stínítku Předmětový prostor - zpravidla vlevo, prostor před optickou soustavou leží v něm předmět Obrazový prostor - zpravidla vpravo, prostor za optickou soustavou leží v něm obraz Paraxiální paprsky - paprsky svírající s optickou osou velmi malé úhly Rovinné zrcadlo = obraz je vždy zdánlivý, vzpřímený, stejně veliký jako předmět, souměrný s předmětem podle roviny zrcadla a stranově převrácený A A a a

prostor - zpravidla vlevo, prostor před optickou soustavou leží v něm předmět Obrazový prostor - zpravidla vpravo, prostor za optickou soustavou leží v něm obraz Paraxiální paprsky -

14 Zobrazení kulovým (sférickým) zrcadlem = založeno na odrazu Duté (konkávní) zrcadlo = při zobrazení požíváme tři význačné paprsky - procházející středem křivosti (modrý) - rovnoběžný s optickou osou se odráží do ohniska (červený) - procházející ohniskem se odráží rovnoběžně s optickou osou (zelený) předmět a r S obraz F obraz Z= příčné zvětšení předmět Z>0 => obraz je vzpřímený a zdánlivý Z<0 => obraz je převrácený a skutečný Z >1 => obraz je zvětšený Z <1 => obraz je zmenšený f a Vypuklé (konvexní) zrcadlo obrazy jsou vždy zmenšené, vzpřímené a zdánlivé F S

(zelený) předmět a r S obraz F obraz Z= -------------- - příčné zvětšení předmět Z>0 => obraz je vzpřímený a zdánlivý Z<0 => obraz je převrácený

15 Zobrazení čočkami = založeno na zákonech lomu Spojka (konvexní čočka) = tlustší uprostřed než na okrajích - paprsek procházející procházející optickým středem nemění svůj směr - paprsek procházející předmětovým ohniskem se láme rovnoběžně s OO - paprsek rovnoběžný s optickou osou se láme do obrazového ohniska Rozptylka (konkávní čočka) = tenčí uprostřed, tlustší na okrajích - obdobně jako u spojky F F F F

předmětovým ohniskem se láme rovnoběžně s OO - paprsek rovnoběžný s optickou osou se láme do

16 EZ = označení pro všechny druhy elektromagnetického vlnění společná vlastnost EZ = přenos energie λ vlny zdroj m m dlouhé střední rozhlas m krátké, velmi krátké el. oscilátor 0,1-2 m Hertzovy vlny mm mikrovlny µm tepelné záření kmity at. a mol. 0,75 10 µm infračervené vnější el. atomů 0,35-0,75 µm optické záření viditelné a molekul 0,014-0,35 ultrafialové nm 0,01-1 nm Röntgenovo záření měkké tvrdé 0,1-10 pm záření gama EM složka kosmického záření vnitřní el. atomů s vyšším A jaderné pochody

oscilátor 0,1-2 m Hertzovy vlny 1-100 mm mikrovlny 10 1000 µm tepelné záření kmity at. a mol. 0,75 10 µm infračervené vnější el.

17 Radiometrické veličiny ZÁŘIVÁ ENERGIE = celková energie přenášená EM zářením E e ZÁŘIVÝ TOK = udává energii, kterou zdroj vyzáří za 1s Ee 1 Φe = ; [Φe ] = J s = t W

18 Fotometrické veličiny SVĚTELNÝ TOK = schopnost zářivého toku vyvolat v lidském oku zrakový vjem Φ ; [Φ] = lm (lumen) 1 lm světelný tok vysílaný do prostorového úhlu 1 steradián bodovým zdrojem, jehož svítivost je ve všech sěrech 1 kandela SVÍTIVOST = vyjadřuje rozložení světelného toku do jednotlivých směrů v prostoru (svítivost v různých směrech má různou velikost) dφ I = ; [I] = cd ( kandela) d ω I svíčka = 1 cd I 100W žárovka = 200 cd OSVĚTLENÍ = charakterizuje účinky světla na určité ploše dφ E = ; [E] = lx ( lux) ds dopad paprsků na plochu: E = I cosα r 2

světelného toku do jednotlivých směrů v prostoru (svítivost v různých směrech má různou velikost) dφ I = ; [I] = cd ( kandela) d ω I svíčka =

Podobné dokumenty

Otázky z optiky. Fyzika 4. ročník. Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu

Otázky z optiky. Fyzika 4. ročník. Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu Otázky z optiky Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu ) o je světlo z fyzikálního hlediska? Jaké vlnové délky přísluší viditelnému záření? - elektromagnetické záření (viditelné záření) o vlnové délce