IV. Optyczne metody badawcze

1.Ugięcie światła na siatce dyfrakcyjnej.

Założenia modelu:

Na siatkę pada fala płaska i oświetla N szczelin. N jest teraz dużą, ale skończoną liczbą.

Stała siatki c=a+b.jest sumą szerokości szczeliny wynoszącej a oraz szerokości przysłony (obszaru nieprzezroczystego) wynoszącej b.

Na siatkę pada fala płaska i oświetla N szczelin. N jest teraz dużą, ale skończoną liczbą.

Obserwujemy dyfrakcję daleko od siatki dyfrakcyjnej - sumujemu więc fale płaskie (słuchaj na wykładzie)

Każda szczelina daje wkład:

.

Przesunięcia fazowe wskazów od kolejnych szczelin wynosi:

Sumaryczny kąt przesunięcia fazowego między pierwszą i ostatnią oświetloną szczeliną wynosi:

γ=(N-1) 

N jest bardzo dużą liczbą rzędu dziesiątek tysięcy, stąd przyjmiemy:

γ =N 

 wykresu wskazowego:

(3) ,

gdzie A( jest wypadkową amplitudą od wszystkich szczelin siatki dyfrakcyjnej.

Podobnie:

(4).

Eliminując niewiadomą r z równań (3) i (4) otrzymamy:

.

Ponieważ 
, a γ =N  to amplituda pola elektrycznego fali wypadkowej wynosi:

Podobnie jak dla pojedynczej szczeliny natężenie fali ugiętej zależy od kwadratu amplitudy:

.

Zjawisko Polaryzacji światła

Polaryzacja światła

Światło to fala elektromagnetyczna, która polega na rozchodzeniu się zmian pola elektrycznego i magnetycznego. Wektory tych pól są prostopadłe do siebie i do kierunku rozchodzenia się. Jest to więc fala poprzeczna. Do określania ogientacji fali elektromagnetycznej bierzę się kierunek drgań pola elektrycznego. Nazywany jest on kierunkiem polaryzacji. Jeżeli drgania pola elektrycznego są w jednym kierunku to taką falę nazywamy spolaryzowaną liniowo (światło może być jeszcze spolaryzowane kołowo lub eliptycznie), jeśli drgania są w różnych kierunkach to niespolaryzowaną. Urządzenia służące do polaryzacji światła nazywamy polaryzatorami. Wykorzystują one jeden z trzech podstawowych sposobów polaryzacji światła.

Najpopularniejszymi polaryzatorami są używane przez fotografów polaroidy, specjalnie w tym celu wykonane płytki z polimerów. Pod dobrym mikroskopem można zobaczyć, że polaroid zbudowany jest z długich włókien tworzących szczeliny, przez które może przecisnąć się tylko światło o odpowiednim kierunku drgań. polaryzator przepuszcza tylko te fale, które mają kierunek drgań pola elektromagnetycznego zbliżony do kierunku wyznaczanego przez szczeliny polaryzatora, pozostałe fale są zatrzymywane.

Sposoby polaryzacji światła- dwójłomność kryształów:

Naturalnymi polaryzatorami występującymi w przyrodzie są tak zwane kryształy dwójłomne, np. kalcyt (szpat islandzki), turmalin lub mika. Promień światła padający na taki kryształ

Przejście światła przy przejściu przez kryształy dwujłomne

ulega podwójnemu załamaniu i rozdziela się na dwa promienie, załamujące się pod różnymi kątami zwane promieniem zwyczajnym i nadzwyczajnym. Obydwa te promienie są spolaryzowane, ale w płaszczyznach do siebie prostopadłych. Własności kryształów dwujłomnych spowodowane są anizotropią, czyli mają różne właściwości w zależności od kierunku padania światła. W praktyce stosuje się układy pryzmatów wykonanych z materiałów dwujłonych, które albo rozdzielają wiązkę zwyczajna i nadzwyczajną lub wydzielają jeden ze spolaryzowanych promieni.

Polaryzacja światła przez odbicie pod kątem Brewstera

W niektórych kryształach dwujłonych jeden z promieni (zwyczajny lub nadzwyczajny) jest silniej absorbowany w krysztale. Tkie kryształy zastosowano jako polaryzatory, na przykład turmalin o grubości 1 milimetr pochłąnia praktycznie w całości promień zwyczajny.
Światło ulega także polaryzacji (na ogół częściowej) przy odbiciu od powierzchni przezroczystych izolatorów, na przykład szkła lub wody. Całkowita polaryzacja światła odbitego zachodzi dla określonego kąta padania, zwanego kątem Brewstera. Jest to taki kąt padania, przy którym promień załamany tworzy z promieniem odbitym kąt 90°. Można wykazać, że tangens kąta Brewstera jest równy współczynnikowi załamania materiału substanci odbijającej. Dla szkła kąt ten wynosi około 55°. Przy całkowitej polaryzacji w świetle odbitym drgania pola elektrycznego odbywają się w płaszczyźnie prostopadłej do rysunku. Promień załamany jest również częściowo spolaryzowany, ale nigdy całkowicie.

2.

Kwantowa teoria promieniowania elektro magnetycznego:

Absorpcja to w optyce proces pochłaniania energii fali przez ciało. W procesie absorpcji (także emisji) światło zachowuje się jak cząstka elementarna i może być pochłaniane tylko w porcjach zależnych od częstotliwości światła. Zjawisko to opisuje poprawnie mechanika kwantowa. Kwant energii fali przenoszony jest przez foton, który zderza się z cząstka, np. elektronem, czy jądrem atomowym. Cząstka pochłania zawsze całą energię fotonu i tylko wtedy, gdy pozwalają jej na to jej dopuszczalne stany kwantowe.

W wyniku absorpcji światła przechodzącego przez substancje (np. gaz) z widma światła zostają usunięte pochłaniane częstotliwości, na tej podstawie można stwierdzić przez jakie substancje przechodziło światło. Zjawisko to służy do badania składu chemicznego mieszanin związków chemicznych, gazów otaczających gwiazdy, obłoków gazowych we wszechświecie, jest to spektroskopia absorpcyjna. Jeśli absorpcja zachodzi pomiędzy parą wzbudzonych poziomów, zachodzi wówczas absorpcja ze stanów wzbudzonych.

Ilościową miarą wielkości absorpcji są transmitancja i absorbancja promieniowania. Wielkość absorpcji światła można obliczyć na podstawie prawa Lamberta-Beera.

Transmitancja

Czasami nazywana transmitancją, z reguły wyrażana w %

• I_o - natężenie światła przed absorpcją

• I - natężenie światła po przejściu przez absorbujący ośrodek

Absorbancja (dawniej nazywania ekstynkcją, oznaczana ABS lub ε lub A jest miarą absorpcji promieniowania i wyraża się wzorem

Zestaw 5

1. równanie transportu, przewodnictwo cieplne

2. Ciecze niutonowskie i nieniutonowskie rzeczywiste itd. , wzór na lepkość Newtona

3.Dekrement tłumienia, stała tłumienia, drgania tłumione, wykres zależności amplitudyod czasu

4.Porównanie zjawiska absorbcji i fluorescencji, co to fluororescencja. prawo Kashy i Stokesa

Przewodnictwo cieplne-przenoszenie energii cieplenj wywołane istnieniem gradiantu temp..Gradiant temp.-wzrost jednostki wielkości. O wielkości większej do wielkości mniejszej,. Przewodnictwo- cząsteczka o wysokiej temp. A więc o dużej średniej energii kinetycznej, wprawiają- za pośrednictwem sił międzymolekularnych w intensywniejsze drgania cząsteczki ciała o niższej temp. Czyli przekazują im część energii kinetycznej, najlepszymi przewodnikami są metale.

Wzór na współczynnik przewodnictwa:

I zas. Termodyn.-przyrost energii wew. Ciała lub układu ciał jest równa sumie dostarczonego mu ciepła i pracy wykonanej

zestaw 6

1równianie transprtu, lepkości Newtona

2.Prawo ciągłości Strugi, na jakim prawie oprate

3.Fale akustyczne, jako fale cisnien nat. dzwieku jedn. bell ciesnien fali dzwieku

4Absorbcja, prawo Lamberta Beera. Porównać widmo absorbcji z widmem poziomów energetycznych

zestaw 8

1.wykres chrakterystyczny dla wody

2.Ciecze niutonowskie i nieniutonowskie

3.Ultradzwieki, sposoby wywarzania-prosty i odwrotny efekt piezoelektryczny

4. Fluorescencja Zjawisko absorbcji swiatla

zestaw 1

1 równanie transportu, współczynnik dyfuzji

2.prawo ciągłości strugi

3.Ruch falowy, kryterium podziału fal

4Zjawisko polaryzacji światła-dwójłomność Kryształu

zestaw 3

1izotermy par, stan krytyczny

2. przepływ laminarny. turbulentny, liczba Reynoldsa

3.Ultradźwieki, sposoby wytwarzania, prosty i odwrotny efekt piezoelektryczny zastosowanie

4. równanie fali, wyjaśnić pojęcie dł. fali i ruch falowy

---