WyMaGaNiA

Ćw. 80

Wszystkie fale wykazują następujące własności:

• Prostoliniowe rozchodzenie się fali w ośrodkach jednorodnych,

• Odbicie - po dojściu do granicy ośrodków fale zmieniają kierunek poruszając się nadal w tym samym ośrodku

• Załamanie - na granicy ośrodków fala przechodząc do ośrodka, w którym porusza się z inną prędkością, zmienia kierunek swego biegu,

• Dyfrakcja - uginanie się fali na krawędziach, czego skutkiem jest zdolność do omijania przeszkód mniejszych niż długość fali, oraz powstawanie pasków dyfrakcyjnych po przejściu fali przez wąską szczelinę albo przeszkodę;

Zjawisko dyfrakcji fal jest to odchylenie kierunku rozchodzenia się fali (zmiany kierunku) i zmiany kształtu powierzchni falowej zachodzące na krawędziach przeszkód (szczelin lub przesłon) ustawionych na jej drodze. Zjawisko dyfrakcji jest obserwowane dla wszystkich rodzajów fal. Dyfrakcja jest tym wyraźniejsza, im bardziej rozmiary przeszkody zbliżone są do długości tej fali.

Stała siatki dyfrakcyjnej to parametr charakteryzujący siatkę dyfrakcyjną. Wyraża on rozstaw szczelin siatki (odległość między środkami kolejnych szczelin).

Rozchodzące fale nakładają się na siebie w wyniku czego zachodzą zjawiska:

• Interferencja - Zjawisko interferencji fal to zjawisko nakładania się dwu lub więcej fal rozchodzących się w tym samym ośrodku; wypadkowe wychylenie każdej cząsteczki ośrodka jest sumą wektorową wychyleń tej cząsteczki spowodowanych przez każdą z fal oddzielnie. Efekt interferencji jest najwyraźniejszy dla fal o jednakowych częstotliwościach: w miejscach, gdzie nakładające się fale są w fazach zgodnych, następuje wzmocnienie, a tam, gdzie w fazach przeciwnych - osłabienie ruchu falowego cząsteczek, włącznie z całkowitym wygaszeniem, gdy amplitudy fal w fazach przeciwnych są jednakowe. Jeżeli fazy nakładających się fal są identyczne lub gdy różnią się o stałą w czasie wartość (tzw. fale spójne, czyli koherentne), powstają w stałych obszarach przestrzeni leżące na przemian obszary drgań maksymalnie wzmocnionych i wygaszonych, zwane prążkami interferencyjnymi (obszar interferencyjny). W przypadku, gdy różnica faz nakładających się fal jest zmienna w czasie, obraz interferencyjny jest także zmienny, a przy dużej prędkości zmiany różnicy faz ulega rozmyciu.

• Dudnienie - oscylacje amplitudy fali;

Fale o różnych długościach mogą w różnych ośrodkach rozchodzić się z różnymi prędkościami. Efekt ten, nazywamy dyspersją fali, powoduje na przykład:

• Rozszczepienie - załamanie fal pod różnymi kątami, zależnie od ich długości, powoduje rozkład fali na fale składowe, np.rozszczepienie światła w pryzmacie.

Podczerwień to promieniowanie o długościach fali od 760 nanometrów do 2000 mikrometrów. Dalszy podział dzieli promieniowanie podczerwone na: podczerwień bliską, średnia podczerwień i daleką podczerwień. Promieniowanie to jest emitowane przez wszystkie rozgrzane obiekty oraz przez lampy wyładowcze. Promieniowanie podczerwone jest odbierane przez narządy zmysłów jako ciepło. Fale z zakresu podczerwieni wykorzystywane są w wielu gałęziach nauki i przemysłu m.in. w analizach chemicznych. Promieniowanie podczerwone emitowane przez ciała jest podstawa działalności noktowizorów.

Światło widzialne (fale świetlne) - obejmuje zakres fal o długościach od 380 do 780 nanometrów. Promieniowanie to wywołuje w ludzkim oku wrażenie widzenia. W zakresie tym wyróżnia się długości fal odpowiadające poszczególnym barwom od czerwieni przez pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski aż do fioletowego. Dlatego czasem obszar ten nazywa się obszarem tęczy

Ultrafiolet - należą tu fale o długościach od 390 do 10 nm. Przedział ten dodatkowo dzieli się na ultrafiolet bliski - czyli do około 190 nm i ultrafiolet daleki, który obejmuj krótsze fale.

Widmo spektroskopowe - zarejestrowany obraz promieniowania rozłożonego na poszczególne częstotliwości, długości fal lub energie. Widmo, które powstało w wyniku emisji promieniowania przez analizowaną substancję albo na skutek kontaktu z nią (przeszło przez nią lub zostało przez nią odbite), może dostarczyć szeregu cennych informacji o badanej substancji.

KLASYFIKACJA WIDM:

1) ZE WZG. NA WYGLĄD:

Widmo ciągłe - ma postać ciągłego obszaru lub szerokich pasów (widmo o składowych, występujących w sposób ciągły wzdłuż skali częstotliwości). Widmo takie jest emitowane przez ciała w stanie stałym.

Widmo liniowe (atomowe) - ma postać oddzielnych linii na pasku widmowym; typowo występuje dla gazów atomowych,

Widmo pasmowe (cząsteczkowe) jest przypadkiem pośrednim pomiędzy widmem liniowym a ciągłym. Można je zaobserwować dla gazowych związków chemicznych. Pasma powstają tam na skutek zlewania się poszczególnych linii pochodzących od sąsiadujących ze sobą licznych poziomów energetycznych rotacyjno-oscylacyjnych.

2) ZE WZG. NA SPOSÓB POWSTANIA:

Widmo emisyjne - powstaje w wyniku emisji promieniowania przez ciało

Widmo absorpcyjne - powstaje w wyniku oddziaływania (przejścia lub odbicia) fali o widmie zazwyczaj ciągłym z substancją.

3) ZE WZG. NA RODZAJ FALI:

• optyczne

• rentgenowskie

• dźwiękowe

• i inne.

Zdolność rozdzielcza 

1) wielkość charakteryzująca zdolność układu optycznego do odtwarzania szczegółów obserwowanego obiektu. Zdolność rozdzielczą obrazu ograniczają zjawiska dyfrakcyjne (oprócz niedoskonałości układu optycznego, lecz te można doskonalić).

2) W optyce przydatność określonego przyrządu optycznego do obserwacji obiektów o określonej odległości kątowej. Im większa jest zdolność rozdzielcza, tym bliższe sobie punkty są obserwowane jako odrębne, a nie jako pojedyncza plama. Jednym z kryteriów określania zdolności rozdzielczej jest kryterium Rayleigha.

Zdolność rozdzielcza wiąże się ze zjawiskiem dyfrakcji (ugięcia fali). Od zdolności rozdzielczej zależy rozdzielczość danego urządzenia (monitora, skanera czy drukarki). Ułamek w wyżej podanym wzorze jest wartością kąta, pod jakim obserwujemy dany obiekt.

Dla siatki dyfrakcyjnej otrzymujemy wzór:

gdzie:

• λ - długość fali

• m - rząd dyfrakcji (numer prążka/plamki)

• N - liczba szczelin siatki dyfrakcyjnej

• d - stała siatki dyfrakcyjnej

• s - szerokość czynna siatki

ZJAWISKO DYSPERSJI

Zjawisko dyspersji fal to zależność prędkości rozchodzenia się fal w danym

ośrodku od ich częstotliwości, lub inaczej: zależność współczynnika załamania danego ośrodka od długości fali. Jeżeli fale dłuższe biegną z prędkością większą niż krótsze, dyspersja nazywa się normalną, jeżeli jest na odwrót - nosi nazwę anormalnej. Największe znaczenie ma dyspersja światła, choć dyspersja występuje także w przypadku fal radiowych, akustycznych i innych.

Dyspersja kątowa siatki dyfrakcyjnej jest miarą zdolności siatki do rozszczepiania światła polichromatycznego na związki monochromatyczne. Dyspersję kątową siatki dyfrakcyjnej określa się stosunkiem zmiany kąta ugięcia dJ do zmiany długości fali dl.

---