Optyka

Elementy spektroskopii

Odbicie i załamanie światła

kąt padania = kąt odbicia

Współczynnik załamania światła:

Przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego
zmienia się długość fali i prędkość.
Częstotliwość się nie zmienia.

2

1

1

2

sin

sin

v

v

n

n









v

c

n





ŚWIATŁO BIAŁE jest mieszaniną

WSZYSTKICH BARW,

jeśli przepuścimy je przez pryzmat

otrzymamy barwne widmo.

Od białych przedmiotów odbijają się fale z całego zakresu widma,

a od przedmiotów czarnych nie odbijają się żadne fale.

Widzimy przedmioty jako kolorowe,

dlatego że pochłaniają one fale z pewnego zakresu widma, a odbijają inne

DYSPERSJA - zależność współczynnika załamania ośrodka
od częstotliwości fali świetlnej.

ROZSZCZEPIENIE ŚWIATŁA:

SOCZEWKA skupiająca i rozpraszająca

Wady soczewek

:

- aberracja sferyczna

- aberracja chromatyczna

- koma

- astygmatyzm

- dystorsja

�

1

�

1

+

�

2

�

2

=

�

′

− �

1

�

1

+

�

′

− �

2

�

2

 

Soczewka o współczynniku załamania n’

rozgraniczająca różne ośrodki o współczynnikach załamania n

1

i n

2

Gdy n

1

= n

2

=n :

) =

 

Moc optyczna soczewki grubej:

�=�

1

+�

2

− �

1

�

2

�
�

 

Moc optyczna dwóch soczewek cienkich:

�=�

1

+�

2

 

Moc optyczna dwóch soczewek cienkich odległych o d:

�=�

1

+�

2

− �

1

�

2

�
�

 

Powiększenie P mikroskopu

P

1

- powiększenie obiektywu

P

2

- powiększenie okularu

N -odległość dobrego widzenia
t – długość tubusa
f

1

– ogniskowa obiektywu

f

2

– ogniskowa okularu

�=�

1

∗ �

2

=

𝑁�

�

1

�

2

 

Zdolność rozdzielcza 

d - najmniejsza odległość pomiędzy dwoma punktami próbki,
które mogą być wciąż rozpoznawalne przez obserwatora
jako osobne elementy.

a - kąt aperturowy
A – apertura numeryczna

�=

1
�

=

2��𝑖� �

1.22 �

=

2 �

1.22 �

 

Kryterium Rayleigha

Maksimum jednego obrazu dyfrakcyjnego
leży w miejscu minimum drugiego obrazu

Zdolność rozdzielczą mikroskopu optycznego
ogranicza dyfrakcja promieni tworzących obraz.

Część światła ugięta na krawędziach apertury
przechodzi przez układ innymi drogami niż to wynika z
prawa załamania.
Z tego powodu obraz punktu stanowi plamka dyfrakcyjna.
Na skutek interferencji światła ugiętego i nieugiętego
obraz punktu jest zbiorem koncentrycznych pierścieni
o zmiennym natężeniu.

Źródła energii cząsteczki:

- ruch translacyjny cząsteczki jako całości

- rotacja cząsteczki

- ruchy oscylacyjne cząsteczki

- energia elektronowa cząsteczki

J=0,1,2,3...

v=0,1,2,3...

E

1

E

2

v

3

v

2

v

1

v

3

v

2

v

1

j

j
j

j
j
j

2

2

mV

E

k



)

1

(

8

2

2





J

J

I

h

E

rot



)

2

1

( 



v

h

E

rot





h

E

E

E

m

n

nm









fluorescencja

absorpcja

fosforescencja

przejście

międzysystemowe

T

1

T

2

S

0

S

1

S

2

konwersja
wewnętrzna

Diagram Jabłońskiego

S

1

S

0

T

1

F

L

U

O

R

E

S

C

E

N

C

JA

F

O

S

F

O

R

E

S

C

E

N

C

JA

A

B

S

O

R

P

C

JA

Diagram Jabłońskiego

przejście międzysystemowe

konwersja wewnętrzna

Fluorescencja

Diagram Jabłońskiego

4

8

8

n

m

5

2

0

n

m

BRAK ABSORPCJI

ROZPRASZANIE

ODDZIAŁYWANIE ŚWIATŁA Z MOLEKUŁAMI

FOSFORESCENCJA

ABSORPCJA ( UV,VISIBLE, IR)

FOTOLUMINESCEN
CJA

FLUORESCENCJ
A

ROZPRASZANI
E

REYLEIGHA

RAMANA

L

I

0

I

A

c

A

0

A



Prawo Lamberta-Beera

T

A

I

I

T

I

I

A

L

c

A

L

c

I

I

1

log

log

)

exp(

0

0

0

























Promieniowanie jonizujące -

każde promieniowanie zdolne do

jonizowania atomów

i cząsteczek substancji, na którą oddziałuje

• Promieniowanie bezpośrednio jonizujące

(strumienie naładowanych cząstek:
elektrony, protony, alfa i in.)

• Promieniowanie pośrednio jonizujące

(fotonowe – rentgenowskie i gamma;
neutronowe)

Wytwarza promieniowanie wtórne
(elektronowe lub protonowe),
które jonizuje bezpośrednio

Źródła promieniowania jonizującego

Radionuklidy naturalne (atmosfera, skorupa ziemska,
promieniowanie kosmiczne;

3

H,

14

C, gaz radon

222

Rn)

Obiekty jądrowe (reaktory jądrowe)

Źródła medyczne (źródła promieniowania gamma

60

Co,

137

Cs;

promieniowanie rentgenowskie)

Jądro atomowe

nukleony – protony i neutrony
m

p

 m

n

 1836 m

e

m

e

= 9,11·10

-31

kg

e = 1,6021·10

-10

C

A- liczba masowa (liczba nukleonów)

Z- liczba atomowa (liczba protonów)

R

protonu

=1,4·10

-15

m



protonu

=1,456

·10

17

kg/m

3

H

H

H

izotopy

3

1

2

1

1

1

,

,



O

N

C

izobary

14

8

14

7

14

6

,

,



Be

Li

He

izotony

9

5

7

3

6

2

,

,



)

7

,

6

,

(

min);

17

,

1

,

(

:

2

1

234

2

1

h

T

E

T

E

Pa

izomery











X

A

Z

Defekt masy

M=[Z·m

p

+(A-Z) ·m

n

]-

M(Z,A)

Energia wiązania jądra

 E=M · c

2

=[Z·m

p

+(A-Z) ·m

n

-M(Z,A)] ·

c

2

PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

–

zdolność wzbudzonych jąder atomowych
pewnych pierwiastków do samorzutnego rozpadu
i emisji cząstek , oraz promieniowania .

Becquerel, Maria i Piotr Curie, 1903, Nagroda Nobla – promieniotwórczość naturalna

Prawo rozpadu promieniotwórczego

-stała rozpadu
T-czas połowicznego rozpadu







2

ln

0











T

e

N

N

N

dt

dN

t

ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY JĄDRA





–

:



+

:

wychwyt K:



- przejście jądra ze stanu wzbudzonego do stanu o niższej energii

bez zmiany składu jądra, z emisja fotonu  o energii 1MeV do 4MeV

;

~

0

1

1

1

1

0













e

p

n





~

0

1

1











Y

X

A

Z

A

Z

;

0

1

1

0

1

1













e

n

p















0

1

1

Y

X

A

Z

A

Z

;

1

0

0

1

1

1













n

e

p













Y

e

X

A

Z

A

Z

1

0

1

:

4

2

He







4

2

4

2









Y

X

A
Z

A

Z