Łukasz Lech - 1Ed L05 Świlcza 15 marca 2004
LABORATORIUM Z FIZYKI
Ćwiczenie 44
Wyznaczanie względnego współczynnika załamania światła dla przeźroczystego ośrodka przy pomocy mikroskopu.
I. Zagadnienia
1. Widmo promieniowania elektromagnetycznego.
2. Zjawiska towarzyszące przejściu promieniowania elektromagnetycznego przez ośrodek różny od próżni.
Każde źródło promieniowania elektromagnetycznego można scharakteryzować tzw. widmową zdolnością emisyjną promieniowania Wλ. Wielkość ta Wλ. =Wλ.(λ,T) przemnożoną przez dλ oznacza energie wypromieniowaną przez jednostkową powierzchnię ciała świecącego w jednostce czasu w postaci fal elektromagnetycznych, których długości zawarte są w przedziale λ,λ + λd. Jednostką jest W/m2.
Całkowita energia promieniowania:
W = Wλ λd
Dla każdego ciała istnieje cała rodzina krzywych rozkładu promieniowania widmowego.
Ciałem doskonale czarnym nazywamy- wyidealizowane ciało promieniujące i pochłaniające, model ten jest nie tylko użyteczny teoretycznie, lecz da się też w przybliżeniu zrealizować praktycznie.
Prawo Kirchoffa - stosunek widmowej zdolności emisyjnej Wλ.(λ,T) do widmowej zdolności pochłaniania. Wλ.(λ,T) - zdefiniowanej podobnie do zdolności emisyjnej.
Z tego prawa wynika, że ciało znajduje się w stanie równowagi termodynamicznej tym silniej absorbuje im silniej emituje.
Widmem optycznym ciała nazywamy rozkład natężenia świetlnego promieniowania elektromagnetycznego w zależności od dł. fali λ ( lub częstości v).
Zasada nieoznaczoności Heisenberga.
ΔEτ = h/(2π)
τ - czas życia atomu
Klasyfikacja widm. Wszystkie ciała pobudzone do świecenia wysyłają promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym lub w podczerwieni i nadfiolecie. Widma takie nazywamy emisyjnymi.
Widma liniowe ( seryjne ) wysyłane przez pojedyncze atomy danego pierwiastka w stanie gazowym.
Widmo pasmowe, charakteryzuje cząsteczki związków chemicznych, a nie pojedynczych atomów.
Widma ciągłe, obejmują wszystkie barwy światłą od czerwieni do fioletu, charakteryzują rozżarzone ciała stałe i ciekłe oraz gazy pod dużym ciśnieniem.
Przydatne wiadomości:
- Promieniowanie elektromagnetyczne o dł. fali od 0.38µm, do 0,76µm zawiera się z zakresie czułości oka ludzkiego
- Wartość prędkości rozchodzenia się fal w próżni wynosi 3 *108 m/s.
- Fale świetlne można wytwarzać w różny sposób. Najczęściej spotykane metody - to podgrzewanie do dostatecznie wysokiej temperatury (promieniowanie termiczne).
- Zagadnienia pomiaru energii przenoszonej przez fale świetlne oraz pomiaru i związków pomiędzy innymi wielkościami związanymi z tą energią są przedmiotem dziedziny fizyki zwanej fotometrią.
- Optyka geometryczna mówi, że światło rozchodzi się po liniach prostych w ośrodkach jednorodnych, nierozproszonych i przeźroczystych.
- Zjawisko odbicia światła określają prawa odbicia:
- promień odbity leży w płaszczyźnie utworzonej przez promień padający i prostopadły do powierzchni odbijającej w punkcie odbicia.
- kąt jak i tworzy promień odbity z prostopadłą do powierzchni odbijającej (kąt odbicia) jest równy kątowi, jaki z tą prostopadła tworzy promień padający
- wyróżniamy odbicia regularne i rozproszone
- Zjawisko załamania światła. Prawa:
- promień padający, promień załamany i prostopadła do granicy rozdziału ośrodków leżą w jednej płaszczyźnie
- stosunek kąta padania do sinusa kąta załamania jest wielkością stałą
-, Lecz nie wszystkie zjawiska da się wytłumaczyć za pomocą optyki geometrycznej np.: interferencja( nakładanie się dwóch lub więcej fal), dyfrakcja (uginanie się światła, rozszczepianie) i polaryzacja światła oraz efektów kwantowych.
- Polaryzacja przez odbicie - Malus zauważył, że światło może być częściowo lub całkowicie polaryzowane przez odbicie. Z doświadczeń wynika, że jeśli na płytę szkła lub innego materiału rzucimy wiązkę światła nie spolaryzowanego, to wiązka odbita ulegnie polaryzacji. Dla szkła i innych dielektryków wykazano, że istnieje pewien kąt padania zwany kątem całkowitej polaryzacji, dla którego wiązka odbita jest płasko spolaryzowana i płaszczyzna drgań jej wektora świetlnego jest prostopadła do płaszczyzny padania. Natomiast wiązką przewodząca jest spolaryzowana jedynie częściowo. Co stwierdzono doświadczalnie.
- Polaryzacja przez załamanie - dla dużej grupy ciał prędkość światła i związany z nią współczynnik załamania nie zależą od kierunku jego rozchodzenia się w ośrodku. Są to ciała optycznie izotropowe, optycznie bezkierunkowe. Istnieją jeszcze ciała przeważenie kryształy, które są optycznie anizotropowe wykazują właściwości tzw. Podwójnego załamania ( np.: mika)
3. Zasada działania mikroskopu
Mikroskop służy do obserwowania małych przedmiotów i szczegółów niewidocznych przy obserwacji gołym okiem. Zasada działania mikroskopu przedstawiona jest na rys. 1 Do należytego oświetlenia preparatu obserwowanego pod mikroskopem służy specjalny układ optyczny, zwany kondensorem. Więcej szczegółów opisane jest w punkcie nr II.