ts promieniowanie

I.

  1. Promieniowanie optyczne: istota fizyczna, podział na zakresy

Jest promieniowaniem elektromagnetycznym nie ciągłym obejmujący zakres częstotliwości f , pomiędzy promieniowaniem mikrofalowym a rentgenowskim. Przyjmuje się umownie ze zakresy częstotliwości f i długości fali w próżni λ promieniowania optycznego wynoszą odpowiednio:

3*10^11Hz<f<3*10^16Hz 1000µm<λ<0.01µm

Zakres promieniowanie obejmuje promieniowanie podczerwone (IR),widzialne(światło)(VIS) i nadfiolet(UV) o przyjętych umownie zakresach f i λ:

-podczerwone (1000 µm< λ < 0,78µm) 3*10^11Hz<f<3,85*10^14Hz

-widzialne (0,78 µm< λ < 0,38µm) 3,85*10^14Hz<f<7,9*10^14Hz

-nadfioletowe (0,78 µm< λ < 0,01µm) 7,9*10^14Hz<f<3*10^16Hz

  1. Podstawowe wielkości energetyczne ( Q, Φ, I, E, L ), definicje, jednostki

Energia promieniowania Q

To suma energii fotonów przenikających przez wybraną powierzchnię. Jednostka dżul [J]

Strumień promieniowania Φ

Rozpatrując energie promieniowania Q przenikającą wybraną powierzchnię w jednostce czasu określa się wielkością zwaną strumieniem promieniowania Φ(strumień mocy, energetyczny, moc promienista).Jednostka są waty[W]

Natężenie promieniowania I

Strumień promienisty(energetyczny) Q wysyłany w określonym kierunku w obrębie jednostkowego kąta bryłowego jest nazywany natężeniem promieniowania I .Jednostką jest strumień na jednostkę kąta bryłowego [W/sr]

Natężenie promieniowania E

strumień promieniowania padający na powierzchnię prostopadłą do przychodzącego promieniowania. czasami określana intensywnością (natężeniem) napromieniowania.

Jednostka na wat na metr kwadratowy [W·m−2 ]

Lumitancja energetyczna L

strumień na jednostkę kąta bryłowego na jednostkę powierzchni. Jednostka jest wat na steradian i metr kwadratowy [W·sr−1·m−2]

  1. Podstawowe prawa: Plancka, Stefana-Boltzmana, Wiena

Prawo Plancka opisujące rozkład widmowy wypromieniowywanej energii ciała czarnego (emitującego najlepiej) ma postać:

gdzie m – gęstość monochromatyczna emitancji promienistej (monochromatyczna powierzchniowa gęstość mocy), a c1 i c2 odpowiednie stałe. Prawo to ma zastosowanie zarówno do źródeł jak i odbiorników promieniowania. Źródło powinno być tak dobrane aby emitowało jak najwięcej energii w przedziałach w których odbiornik promieniowania ma największe zdolności pochłaniające.

Prawo Wiena

Ze wzrostem temperatury promieniującego ciała maksimum natężenia promieniowania przesuwa się w kierunku mniejszych długości fal. Długość fali, dla której występuje maksimum natężenia promieniowania określa prawo Wiena: Odnosi się ono do ciał czarnych i szarych.

prawo Stefana Boltzmana

określa całkowitą (sumaryczną dla wszystkich długości fal) moc wypromieniowywana przez ciało o temperaturze T.

II.

  1. Optyka geometryczna: zasady, zastosowanie, ograniczenia

Optyka geometryczna, najstarsza i podstawowa do dziś część optyki. Wprowadza pojęcie ` promień świetlny jako cienką strużkę światła (odpowiednik prostej w geometrii). Opisuje rozchodzenie się światła jako bieg promieni, bez wnikania w naturę światła. Według optyki geometrycznej, światło rozchodzi się w ośrodkach jednorodnych po liniach prostych, na granicy ośrodków ulega odbiciu (odbicie światła) a przechodząc do drugiego ośrodka ulega załamaniu (załamanie światła).

Zasady optyki geometrycznej:

1. światło rozchodzi sie po liniach prostych, prostopadłych do czoła fali (promienieswiatła).

2. Światło w ośrodku przezroczystym rozchodzi sie z mniejsza prędkością niż w próżni, v= c/n, gdzie n jest współczynnikiem załamania światła.

2. Prawo odbicia i załamania, prawo całkowitego wewnętrznego odbicia

Prawo odbicia fali

Prawo optyki geometrycznej opisujące stosunki geometryczne przy odbiciu fali.
Kąt odbicia fali (tj. kąt zawarty pomiędzy kierunkiem rozprzestrzeniania się odbitej fali a normalną do odbijającej powierzchni) równy jest kątowi jej padania (zawartego pomiędzy kierunkiem padania a normalną do powierzchni), oba kąty leżą w jednej płaszczyźnie prostopadłej do odbijającej powierzchni.

Załamanie światła

Zjawisko optyczne polegające na zmianie kierunku ruchu fali na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. 
Dla danych dwóch ośrodków stosunek sinusów kąta padania i załamania jest wielkością stałą. Promień padający i załamany leżą w jednej płaszczyźnie. Ze względu na różną prędkość światła w ośrodkach o różnych gęstościach, na granicy ośrodków następuje załamanie (ugięcie) światła. Jego zasadę ilustruje poniższy rysunek.

Sposób załamania światła opisuje prawo Snella, które wiąże kąt padania światła na granicę ośrodków (A) z kątem wyjścia (B) w następujący sposób:

Prawo całkowitego wewnętrznego odbicia

Całkowite wewnętrzne odbicie to zjawisko fizyczne zachodzące dla fal (najbardziej znane dla światła) występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. Polega ono na tym, że światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu odbiciu.

Kąt graniczny - P - promień padający pod kątem αgr, Z - promień załamany pod kątem β=90°, N - normalna padania.

Światło padające na granicę ośrodków O1 i O2 pod kątem mniejszym od granicznego zostaje częściowo odbite a częściowo przechodzi do drugiego ośrodka (jest załamane). Jeżeli n1 to współczynnik załamania ośrodka O1, a n2 współczynnik załamania ośrodka O2 i n1 > n2 wtedy kąt padania α jest mniejszy niż kąt załamania β. Przy pewnym kącie padania αgr, zwanym granicznym, kąt załamania β jest równy 90º. Dla kątów padania większych niż αgr (zakreskowany zakres kątów na ilustracji) światło przestaje przechodzić przez granicę ośrodków i ulega całkowitemu odbiciu wewnętrznemu.

Na mocy prawa załamania:

dla ,

dlatego wartość kąta granicznego, αgr:

.

Zjawisko to jest wykorzystywane w pryzmatach oraz światłowodach. Jest także przyczyną powstawania refleksów w oszlifowanym diamencie.

3. Światłowody: zasada działania, realizacja techniczna, zastosowanie

(falowód optyczny) służy do przesyłania fal elektromagnetycznych z karesie optycznym. W każdym światłowodzie można wyróżnić rdzeń i płaszcz. Rozróżniamy : cylindryczne, płaskie..

Promień świetlny prowadzony jest w światłowodzie dzięki zjawisku całkowitego odbicia na granicy rdzenia płaszczy

Zachodzi on:

-w światłowodzie może zajść całkowite wewnętrzne odbicie ,pod warunkiem (n1>n2)

-promień wprowadzony do światłowodu jest pod kątem mniejszym od tzw. maksymalnego kąta akceptacji

α= arcsin ($\sqrt{n_{1}^{2} - n_{2}^{2}}$

Mody światłowodu to kanał transmisyjny o określonej częstotliwości czyli modowości światłowodu to zdolność włókna optycznego do przesyłania informacji za pomocą modów czyli wybranymi kanałami transmisyjnymi

jednomodowe – transmisja teleinformatyczne

wielomodowe- tech. pomiarowa, świetlna, transmisja tech. informatyczna

zastosowanie:

-w oświetleniu wewnętrznym

-punktowe oświetlenie

-oświetlenie gablot, witryn

-znaki drogowe

III

  1. Charakterystyki radiacyjne powierzchni nieprzeźroczystych

Większość materiałów, z którymi spotykamy się na co dzień to materiały nieprzeźroczyste.

Należą do nich np.: kolorowe szkło, lakierowana powierzchnia biurka czy gładkie, plastikowe

przedmioty. Można zaobserwować następujące zjawiska związane z odbiciem światła od takiego

materiału:

-odbicie kierunkowe, przy którym światło po odbiciu zazwyczaj nie zmienia swojej

barwy (odbicie aselektywne). Współczynnik odbicia kierunkowego zwiększa się wraz

ze wzrostem kąta padania światła.

- odbicie rozproszone, które może mieć cechy odbicia selektywnego. Współczynnik

odbicia w mniejszym stopniu zależy od kąta padania światła co powoduje, że zmiana

kierunku obserwacji nie powoduje wrażenia zmiany jaskrawości i zmiany nasycenia

obserwowanej powierzchni.

Światło wnikające do materiału oddziaływuje z jego cząstkami i ulega rozproszeniu.

Następnie - po wielokrotnych odbiciach pomiędzy cząstkami materiału - część światła wychodzi

na zewnętrz materiału i tworzy składową odpowiedzialną za odbicie rozproszone. Takie odbicie

nazywane jest odbiciem objętościowym a zjawisko związane z rozpraszaniem światła wewnątrz

materiału - rozpraszaniem objętościowym.

  1. Emisja promieniowania z powierzchni

  2. Odbicie promieniowania od powierzchni

Fale elektromagnetyczne potrafią zachowywać się w określonych warunkach jak strumień materii cząsteczek. Obserwujemy to w zjawisku odbicia promieniowania słonecznego od składników atmosfery, powierzchni Ziemi i obiektów znajdujących się na niej. Promieniowanie ulega odbiciu zgodnie z zasadą, że:

kąt padania równy jest kątowi odbicia.
Promieniowanie odbija się od powierzchni ciał nieprzezroczystych
i nie absorbujących go. W atmosferze ziemskiej jest zazwyczaj częściowo odbijane przez cząstki w niej obecne, takie jak: skroplona para wodna, pyły.

Ziemia również częściowo odbija promieniowanie, a intensywność tego odbijania jest zależna od właściwości powierzchni, na którą padają fale. W rejonach polarnych procent promieniowania odbitego (albedo) jest bardzo duży natomiast w przypadku powierzchni oceanów wynosi zaledwie kilka procent

Pochłanianie promieniowanie przez ośrodek i na powierzchni

ABSORPCJA - EMISJA

Promieniowanie elektromagnetyczne padając na materię (cząsteczkę, atom) może zostać przez nią pochłonięte - zaabsorbowane. Cząsteczka zostaje wówczas wzbudzona - przejmuje energię fali i przechodzi w wyższy stan energetyczny.

Aby to mogło nastąpić promieniowanie musi dostarczyć cząsteczce dokładnie tyle energii,
ile ona potrzebuje do wzbudzenia -ani mniej, ani więcej.W innym wypadku promieniowanie mija cząsteczkę i nie zostaje pochłonięte.

IV

  1. promieniowania słonecznego

strumień fal elektromagnetycznych i cząstek elementarnych (promieniowanie korpuskularne) docierający ze Słońca do Ziemi.

Około 30% promieniowania słonecznego dochodzącego do naszej planety jest odbijane przez atmosferę, 20% jest przez nią pochłaniane, a tylko 50% energii dociera do powierzchni Ziemi.

  1. Wykorzystanie promieniowania słonecznego

Najczęściej spotykane sposoby wykorzystania energii słonecznej to:

- Ogrzewanie płynu a następnie wykorzystanie go w specjalnych wymiennikach ciepła do podgrzewania wody użytkowej oraz wspomagania ogrzewania
- Wytwarzania prądu elektrycznego wykorzystując specjalne baterie słoneczne

Zjawisko fotowoltaiczne i jego zastosowanie

Efekt fotowoltaiczny jest zjawiskiem fizycznym zachodzącym tylko w materiałach zwanych półprzewodnikami. Kiedy cząstki światła, fotony, uderzają w powierzchnię takich materiałów, przekazują energię elektronom i wybijają je z orbit. Jeśli półprzewodnik zostanie pokryty odpowiednim materiałem tak, by elektrony były przyciągane do jednej powierzchni, powstaje ładunek elektryczny, który jest niezbędny do wytworzenia prądu elektrycznego.

Zasada działania fotoogniwa

W ten sposób energia promieniowania słońca jest zamieniana na energię elektryczną. Zjawisko fotowoltaiczne wywołuje powstanie prądu bezpośrednio, bez ruchu elementów mechanicznych bądź hałasu. Odkrył je Edmond Becquerel w 1839 roku.

  1. Elektryczne promienniki podczerwieni

Zastosowanie promienników podczerwieni jest bardzo szerokie, począwszy od przemysłu spożywczego (obróbka termiczna żywności), poprzez przemysł papierniczy (dosuszanie papieru), po ogrzewanie.

W zakresie ogrzewania promienniki podczerwieni stosowane są do bądź do dogrzewania stanowiskowego (promienniki łazienkowe, promienniki w ogródkach restauracyjnych), bądź jako podstawowy składnik systemu grzewczego (ogrzewanie hal).

Opis promiennika elektrycznego:

lampa z umieszczonym wewnątrz żarnikiem, który podobnie jak w żarówce rozgrzewa się do wysokiej temperatury. Żarnik takiego promiennika ma jednak tak dobrany stosunek oporu elektrycznego do grubości, że nagrzewa się do temperatury nieco niższej niż jego odpowiednik w zwykłej żarówce, więc maksimum widmowe emitowanego przez niego promieniowania elektromagnetycznego znajduje się w zakresie podczerwieni.

Zastosowania

-do ogrzewania wielkokubaturowych wnętrz (magazyny)

-w saunach na podczerwień

-w medycynie (duża dawka podczerwieni powoduje miejscowe przegrzanie skóry, co prowadzi do zwiększenia jej ukrwienia)

-w drukarkach laserowych do termicznego utrwalania toneru na wydruku

  1. Półprzewodnikowe źródła promieniowania podczerwonego

  2. Lasery jako źródła promieniowania optycznego (zasada działania, rodzaje, zastosowanie)

Zasada działania

Zasadniczymi częściami lasera są: ośrodek czynny, rezonator optyczny, układ pompujący. Układ pompujący dostarcza energię do ośrodka czynnego, w ośrodku czynnym w odpowiednich warunkach zachodzi akcja laserowa, czyli kwantowe wzmacnianie (powielanie) fotonów, a układ optyczny umożliwia wybranie odpowiednich fotonów.

Podział laserów w zależności od zastosowań

-Specjalne lasery gazowe wytwarzające ultrafiolet o możliwie jak najmniejszej długości fali używane do produkcji półprzewodnikowych układów scalonych:

-F_2 (157 nm)

-ArF (193 nm)

-KrCl (222 nm)

-XeCl (308 nm)

-XeF (351 nm)

-Lasery używane w stomatologii i dermatologii, w tym do usuwania tatuaży, znamion oraz włosów:

-laser rubinowy (694 nm)

-Aleksandrytowy (755 nm)

-pulsacyjna matryca diodowa (810 nm)

-Nd:YAG (1064 nm)

-Ho:YAG (2090 nm)

-Er:YAG (2940 nm)

-Półprzewodnikowe diody laserowe:

-małej mocy - używane we wskaźnikach laserowych, drukarkach laserowych, CD/DVD

-dużej mocy - używane w przemyśle do cięcia i spawania, występują o mocach do 10 kW

  1. Promieniowanie ultrafioletowe: zakresy, źródła, oddziaływanie na człowieka

Zakresy promieniowania ultrafioletowego

Wyróżnia się dwa schematy podziału promieniowania ultrafioletowego na zakresy:

-techniczny

-daleki ultrafiolet - długość fali 100-200 nm

-bliski ultrafiolet - długość fali 200-380 nm

-ze względu na działanie na człowieka

-UV-C - długość fali 200-280 nm

-UV-B - długość fali 280-320 nm

-UV-A - długość fali 320-380 nm

Wpływ na zdrowie

Promieniowanie UV-A jest mniej szkodliwe niż inne zakresy; uszkadza włókna kolagenowe w skórze, co przyspiesza procesy starzenia. Ale długoletnia ekspozycja na duże dawki promieniowania UV-A może powodować zaćmę (tzw. zaćma fotochemiczna), czyli zmętnienie soczewki. Inne rodzaje promieniowania UV nie mogą powodować zaćmy, ponieważ są pochłaniane w całości przez rogówkę. UV-B, którego jest najwięcej gdy słońce jest w zenicie, powoduje wytwarzanie witaminy D w skórze, co działa przeciwnowotworowo. Podczas tego procesu skóra zarumienia się. Najbardziej energetyczne UV-C jest najbardziej niebezpieczne dla ludzkiego organizmu. Może powodować zapalenie rogówki oka. Długa ekspozycja na działanie UV-C ma związek ze zwiększoną częstością występowania nowotworu złośliwego skóry - czerniaka, a także częstszych, choć mniej agresywnych guzów jak rak płaskonabłonkowy i podstawnokomórkowy . Promieniowanie prowadzi do uszkodzenia łańcuchów DNA. W komórkach dochodzi do szeregu mutacji. W warunkach prawidłowych większość uszkodzeń DNA jest usuwana przez systemy naprawcze. Osoby obarczone wadami tych systemów naprawy bardzo często chorują na nowotwory skóry. Także u osób bez szczególnych predyspozycji promieniowanie UV zwiększa ryzyko rozwoju nowotworów skóry.

Zastosowania

W lampie jarzeniowej wytwarzany ultrafiolet z użyciem rozprężonych par rtęci, przez które płynie prąd elektryczny. Luminofor pochłania to promieniowanie i emituje światło białe. Lampa kwarcowa emituje promieniowanie ultrafioletowe, które wykorzystuje się w solarium do sztucznego opalania. Ultrafiolet powoduje świecenie - fluorescencję wielu substancji chemicznych. Można go wykorzystać do analizy zabezpieczonych przed podrobieniem banknotów albo w oględzinach miejsca zbrodni. Fluorescencyjne znaczniki mogą służyć do oznaczania badanych substancji organicznych, dzięki czemu można łatwo obserwować ich przemiany w organizmach żywych (zobacz: spektroskopia UV). Ultrafiolet ma własności bakteriobójcze. Promieniowanie ultrafioletowe pozwala na wykonanie w technice fotolitografii elementów półprzewodnikowych. Można uzyskać rozdzielczości wzorów rzędu 90 nm (procesory Intel Pentium 4, AMD Athlon 64.) Niektóre owady, np. pszczoły widzą promieniowanie ultrafioletowe. Wiele kwiatów ma specjalne barwniki, które reagują na ultrafiolet.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
3B Promieniowanie jonizujące
sem 2 promieniowanie rtg
Promieniowanie ultrafioletowe
Dozymetria Promieniowania Jonizującego cz 1
TS Rozlegle sieci komputerowe
PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE2
Promieniowanie podczerwone(1)
Wyklad 14 PES TS ZPE
Wpływ promieniowania jonizującego na materiał biologiczny
Promieniowanie słoneczne
Wpływ pyłów i promieniowania na uszkodzenie j ustenj(2)
P MurzińskaTRiLs7 Recykling TS wykorzystywanych w medycynie
Promieniowanie jonizujące(1)
07 04 Materialy promieniotworcze i radioaktywne
PROMIENIOWANIE
ORP uzasadnienie stosowania promieniowania jonizującego

więcej podobnych podstron