B. Oleś

1

7. Polaryzacja

Pytanie:

Od czego zależy orientacja telewizyjnych
anten odbiorczych na naszych dachach?

Polaryzacja

jest zjawiskiem

charakterystycznym dla fal

poprzecznych (nie tylko

elektromagnetycznych).

Jest ona związana z poziomym kierunkiem
polaryzacji fal przenoszących sygnał.

polaryzator

płaszczyzna

polaryzacji

Dla fal elektromagnetycznych polaryzacja polega na

uporządkowaniu

drgań wektora elektrycznego

(tzw. wektora świetlnego), który w

niespolaryzowanym świetle drga we wszystkich możliwych kierunkach

prostopadłych do kierunku rozchodzenia się światła – promienia.

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

B. Oleś

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

2

Fala niespolaryzowana

Fala liniowo spolaryzowana

B. Oleś

3

Polaryzację światła można uzyskać przepuszczając go przez polaroid.

Niektóre przezroczyste kryształy wykazują zjawisko

podwójnego

załamania światła

: padający promień rozdziela się wewnątrz

kryształu na dwa promienie rozchodzące się w ogólności z różnymi

prędkościami i w różnych kierunkach, które są całkowicie

spolaryzowane w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych.

W krysztale jodosiarczanu chininy jeden z promieni jest bardzo

silnie pochłaniany (dichroizm) i kryształy te służą do produkcji

polaroidów.

Zjawisko dwójłomności

w krysztale kwarcu

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

B. Oleś

4

Wygaszenie światła odbitego

od nawierzchni drogi

Filtr polaryzacyjny wygasza

światło odbite

Filtr polaryzacyjny wzmacnia

efekt światła odbitego

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

Polaryzację światła całkowitą

lub częściową można uzyskać

przez jego

odbicie od ośrodka

dielektrycznego

, np. wody,

szkła.

Przy odbiciu pod

kątem

Brewstera

światło odbite jest

całkowicie spolaryzowane:

.

tg

1

2

n

n

B

B. Oleś

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

5

Głębię obrazu można uzyskać, jeśli film kręcony jest za pomocą
dwóch kamer, a następnie w kinie obraz z każdej kamery trafia do
właściwego oka widza.

Techniki obrazu trójwymiarowego (3D) w kinie

wykorzystują zjawisko polaryzacji światła.

Technika Real D wykorzystuje polaryzację kołową światła, a projektor wyświetla na
przemian obrazy dla lewego i prawego oka, o przeciwnej polaryzacji. Widz również
odbiera trójwymiarowy obraz poprzez okulary polaryzacyjne.

W technice IMAX (kino w Krakowie) z dwu obiektywów wyświetlane są
obrazy o polaryzacji liniowej, wzajemnie prostopadłej. Muszą padać na
specjalny ekran, który tej polaryzacji nie zmienia, a po odbiciu od niego
są odbierane przez widza przez polaryzacyjne okulary, których szkła
przepuszczają tylko obraz przeznaczony dla danego oka.

B. Oleś

6

8. Dyfrakcja i interferencja

Zasada Huygensa

:

Wszystkie punkty czoła fali zachowują się jak punktowe źródła elemen-

tarnych kulistych fal wtórnych. Po czasie t nowe położenie czoła fali jest

wyznaczone przez powierzchnię styczną do powierzchni fal wtórnych.

czoło fali

Zasada Huygensa tłumaczy…

… dyfrakcję światła przez chmury

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

Lub odbiór fal radiowych w obszarze zasłoniętym
przez budynek lub masyw górski

B. Oleś

7

Dyfrakcja

, ugięcie światła polega na tym, że gdy napotyka ono na

swojej drodze na przeszkodę lub przechodzi przez otwory o

rozmiarach zbliżonych do długości fali, wówczas występuje wyraźne

odchylenie od prostoliniowości rozchodzenia się światła.

Występuje charakterystyczne rozmycie granicy

cienia i światła, pojawiają się ciemne i jasne, lub

też barwne prążki na granicy cienia.

Ugięcie fal świetlnych tłumaczy zasada Huygensa.

Dyfrakcji ulegają wszystkie fale, nie tylko świetlne.

Fala rozprzestrzenia się w całym obszarze poza

otworem (przeszkodą).

Wpływ rozmiarów szczeliny na zjawisko dyfrakcji

Dyfrakcja fali

na wodzie

Dyfrakcja na przeszkodzie

Patrząc na światło lampy przez szczelinę utworzoną między dwoma

palcami dłoni, przy odpowiednio małej jej szerokości zaobserwujesz

podłużne ciemne prążki dyfrakcyjne. Sprawdź!

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

B. Oleś

8

ekran

przesłona ze

szczelinami

na
tę

że

ni

e

świ
atł

a

L>>

P

r

1

Warunek na

jasny prążek

(maksimum natężenia światła w punkcie P):

różnica dróg optycznych fal docierających do P:

=

r

1

– r

2

= n

, n=0,1, 2, ...

n

d sin

(L – odległość szczelin od ekranu, d – odległość między szczelinami),

Interferencja światła na dwu szczelinach.

Światło ulega ugięciu na każdej ze szczelin. Ugięte fale rozprzestrzeniają

się i nakładają na siebie na ekranie tworząc obraz interferencyjny

złożony z jasnych i ciemnych prążków.

Warunek na

ciemny prążek

(minimum natężenia światła w punkcie P):

=

r

1

– r

2

= (2n+1) /2

, n=1, 2, ...

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

B. Oleś

9

Obraz interferencyjny uzyskany przy przejściu

światła lasera przez dwie i więcej szczelin. Co się

obserwuje przy zwiększonej ilości szczelin? Jak to

wytłumaczyć?

Jeśli fale z dwóch źródeł są

niespójne

, tzn. różnica faz między nimi

nie jest stała, to obraz interferencyjny nie powstaje i natężenie we

wszystkich punktach na ekranie ma jednakową wartość.

Warunkiem powstania na ekranie obrazu interferencyjnego jest

stała w czasie różnica faz fal świetlnych docierających do ekranu.

O falach takich mówimy, że są

spójne

.

Światło lasera jest światłem spójnym, ale
konwencjonalnych źródeł, np. żarówki, już nie.

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

B. Oleś

10

interferencja

Very Large Array – układ 27 radioteleskopów w Nowym

Meksyku. Radioteleskopy są każdy w nieco innej

odległości od obserwowanego obiektu przez co pomiędzy

odbieranymi przez nie sygnałami występuje różnica faz

odpowiedzialna za zjawisko interferencji

Interferencja w cienkiej warstwie błonki

mydlanej czy na płytce CD– za zmianę

faz interferujących fal odpowiedzialna jest

różnica dróg optycznych, odbicie i
współczynnik załamania światła ośrodka.

Co przedstawia to zdjęcie?

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

B. Oleś

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

11

http://morgan.rtz.free.fr/storyboard/wp-content/blogpix/CarnotEngine-
screenshot.jpg

B. Oleś

12

1. Termodynamika

Uogólnienie dużej liczby faktów doświadczalnych doprowadziło do

sformułowania kilku praw, zwanych zasadami termodynamiki,

które stanowią jej podstawę.

Termodynamika jest działem fizyki zajmującym

się badaniem praw rządzących przemianą energii

mechanicznej i pracy w energię wewnętrzną i jej

transportem, czyli przekazywanym ciepłem.

Prawa te leżą u podstaw konstrukcji silników cieplnych
(spalinowych, odrzutowych, itp.), lodówek i urządzeń
klimatyzacyjnych i wszystkich urządzeń, w których
następują przemiany energii wewnętrznej.

Procesy termodynamiczne zachodzą również w
organizmach żywych. Np. procesy związane z
przemianą materii w naszych komórkach.

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

B. Oleś

13

Temperatura T jest pojęciem podstawowym

termodynamiki.

W fizyce mierzy się temperaturę w

jednostkach skali Kelwina: [T]=1kelwin=1K

(jednostka w układzie SI)

Jest to tzw. temperatura bezwzględna.

W skali bezwzględnej temperatury 0K odpowiada dolnemu
ograniczeniu tej wielkości.
Średnia temperatura we Wszechświecie jest rzędu 3K.

Najniższe temperatury osiągane w laboratoriach przy

powstawaniu kondensatu Bosego-Eisteina są rzędu 10

-9

K (nK).

Temperatura topnienia lodu to 0

o

C=273,15K.

Podstawą do ilościowego określenia temperatury są

własności ciał od niej zależne, takie jak objętość,

opór elektryczny, itd.

C

T

T

C

o

)

15

,

273

(

Temperatura T

C

w skali Celsjusza:

1.1. Temperatura

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

Na co dzień posługujemy się skalą Celsjusza.

A

B. Oleś

14

1.2. Zerowa zasada termodynamiki

Jeśli dwa ciała A i B są w stanie równowagi termodynamicznej

z trzecim ciałem T, to są one także w stanie równowagi

termodynamicznej ze sobą nawzajem.

Istnieje wówczas pewna wielkość

charakteryzująca stan cieplny każdego z

ciał, która w przypadku równowagi

termodynamicznej ciał A, B i T przybiera dla

tych ciał jednakowe wartości i nazywamy ją

temperaturą.

Jeśli dwa ciała znajdują się w jednakowym stanie

cieplnym, to przy zetknięciu ich ze sobą, stan cieplny

żadnego z nich nie ulega zmianie.
Mówimy, że ciała te znajdują się w stanie

równowagi

termodynamicznej

.

A

T

T

B

B

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

B. Oleś

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

15

Trzy postacie wody – ciecz, lód (ciało stałe) i para

(gaz) - współistnieją ze sobą w równowadze

termodynamicznej tylko dla jednej wartości ciśnienia i

temperatury. Jest to

punkt potrójny wody

, któremu

odpowiada (umowa!) temperatura 273,16 K.

Wartość kelwina wynosi 1/273,16 różnicy

pomiędzy temperaturą punktu

potrójnego wody a zerem bezwzględnym.

1.3. Właściwości ciał zależne
od temperatury

Ze zmianą temperatury ciała związane

jest zjawisko rozszerzalności cieplej.

http://www.upscale.utoronto.ca/IYearLab/Intros/Th
ermalExpans/Images/Train1.gif

Przyrost długości pręta l, gdy jego

temperatura wzrośnie o T:

,

0

T

l

l

- współczynnik rozszerzalności liniowej.

B. Oleś

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

16

Mamy również do czynienia z

rozszerzalnością objętościową

.

=3 - współczynnik rozszerzalności objętościowej.

Jeśli temperaturę ciała o objętości V

0

zwiększymy o T, to jego

objętość wzrośnie o:

http://www.edupedia.pl/entry_img/fizyczny/a60.jpg

Na uwagę zasługuje anomalna rozszerzalność

cieplna wody, której zawdzięczamy życie w

zbiornikach wodnych.

,

0

T

V

V

Uważnie przyjrzyj się wykresom obok.
Zbiorniki wodne zamarzają od powierzchni w głąb,
ponieważ w przedziale od 0

o

C do 4

o

C wzrostowi

temperatury towarzyszy zmniejszanie się objętości
wody, a tym samym wzrost jej gęstości. Woda o
temp. 4

o

C i największej gęstości opada na dno.

B. Oleś

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

17

http://www.electrical-res.com/EX/10-19-
06/ExpansionJoint.gif

Rozszerzalność cieplna powoduje deformacje konstrukcji technicznych.

Aby ich uniknąć stosuje się szczeliny dylatacyjne,

przewody sieci elektrycznej czy telefonicznej w zimie
się kurczą, w lecie powinny luźno obwisać.

B. Oleś

Wykład 11 Wydz.Chemii PK, 2009/10

18

Opór elektryczny metali rośnie wraz z temperaturą.

W dość szerokim przedziale temperatur

zmiana oporu elektrycznego metali R

zależy liniowo od przyrostu temperatury T:

,

0

T

R

R

- współczynnik temperaturowy oporu,

R

0

- opór w temperaturze początkowej.

10

–

8

m

T (K)

miedź

100

4

500

1

Zależność elektrycznego oporu
właściwego =RS/l miedzi od

temperatury T (l - długość, S -

przekrój poprzeczny drutu)

)

1

(

)

(

0

T

T