Bartłomiej Lis

Ćwiczenie nr 44

Temat: Wyznaczanie względnego współczynnika załamania światła dla przeźroczystego ośrodka przy pomocy mikroskopu.

1. Widmo promieniowania elektromagnetycznego.

Słońce, a także inne naturalne źródła promieniują energię elektromagnetyczną o różnych długościach fal. Światło widzialne wywołujące u ludzi wrażenia świetlne jest jedną z postaci energii elektromagnetycznej. Przez długi okres historii, do obserwacji i opisu powierzchni Ziemi człowiek wykorzystywał tylko widzialny zakres widma. Promienie X, promienie ultrafioletowe, ciepło czy fale radiowe są innymi postaciami tej energii, a zakres długości fal elektromagnetycznych jest olbrzymi. Wszystkie te postacie energii elektromagnetycznej są dziedzicznie podobne i można je opisać dwojako: jako falę i jaki strumień fotonów.
         Fala elektromagnetyczna to rozchodząca się w przestrzeni i w czasie spójna zmiana pola elektrycznego i magnetycznego. Każdej takiej fali można przyporządkować długość λ (odległość pomiędzy kolejnymi ekstremami fali) i częstotliwość f (liczbę cykli, które w czasie sekundy przechodzą przez ustalony punkt). Między tymi wielkościami zachodzi zależność:

λ=c/f

gdzie: c - prędkość światła w próżni (c=300000 km/s)

Innym sposobem opisu promieniowania elektromagnetycznego jest traktowanie go jak strumienia cząstek - fotonów, pozbawionych masy spoczynkowej, ale niosących określoną energię E:

E=h•f

gdzie: f - częstotliwość fali elektromagnetycznej, h - stała Plancka (h=6,626•10^-34 J•s).

         Promieniowanie elektromagnetyczne od nadfioletu do podczerwieni obejmuje zakres promieniowania o długości fal λ od ok. 1 nm do ok. 1 mm, przy czym nadfioletowa część widma zawiera się w zakresie 1 - 380 nm, a podczerwona - w zakresie 780nm - 1mm. Promieniowanie w zakresie 380-780 nm jest promieniowaniem widzialnym. Podczerwony zakres widma elektromagnetycznego, zarówno w fizyce, jak i w teledetekcji, dzieli się na trzy podzakresy: podczerwień bliską (0,7 - 2,5 µm) rejestrującą odbicie długofalowego światła słonecznego, oraz podczerwień środkową (do 10 µm) i daleką (10 - 100 µm) ujmującą własne, termalne promieniowanie Ziemi.

Zakres oraz rodzaj oddziaływania enargii jest uzależniony od długości fali promieniowania oraz od atomowej, molekularnej i krystalicznej struktury ośrodka.

2. Zjawiska towarzyszące przejściu promieniowania elektromagnetycznego przez ośrodek różny od próżni.

Odbicie światła

Światło padające na granicę dwóch ośrodków może ulec odbiciu. Dzieje się tak bardzo często, przy czym dodatkowo część wiązki świetlnej może dodatkowo ulegać załamaniu.

Odbiciem rządzi dość proste prawo zwane prawem odbicia.

Prawo odbicia światła

β = α

Kąt odbicia równy jest kątowi padania. 
Kąty -  padania i odbicia leżą w jednej płaszczyźnie.

Typowe, najbardziej nam znane odbicie zachodzi wtedy, gdy drugi ośrodek jest w ogóle nieprzepuszczalny dla światła. Jeżeli dodatkowo w tym drugim ośrodku światło nie jest pochłaniane, to cała wiązka ulega odbiciu. W ten sposób otrzymujemy zwierciadło.

Prawo załamania światła Zmiana kierunku promieni świetlnych podczas załamania nie jest przypadkowa. Opisuje to prawo załamania światła nazywane niekiedy prawem Snelliusa Prawo załamania światła łączy ze sobą dwa kąty - kąt padania na powierzchnię rozgraniczającą dwa ośrodki i kąt załamania powstający gdy promień przejdzie granicę i zacznie się rozchodzić w drugim ośrodku (patrz rysunek niżej).

Prawo załamania - postać 1 - podstawowa
		α - kąt padania β - kąt załamania v1 - prędkość światła w ośrodku 1 v2 - prędkość światła w ośrodku 2
Słownie prawo załamania można sformułować następująco: Stosunek sinusa kąta padania, do sinusa kąta załamania jest dla danych ośrodków stały i równy stosunkowi prędkości fali w ośrodku pierwszym, do prędkości fali w ośrodku drugim. Kąty padania i załamania leżą w tej samej płaszczyźnie. Inne postacie prawa załamania Zdefiniujmy wielkość zwaną bezwzględnym współczynnikiem załamania ośrodka:
	v - prędkość światła w ośrodku c - prędkość światła w próżni (c = 299 792 458 m/s) n - bezwzględny współczynnik załamania
Podstawmy teraz tę wielkość do wzoru na prawo załamania, zmieniając nieco postać - tzn. wyliczając prędkość v (wzór otrzymujemy mnożąc obie strony ostatniego równania przez v i dzieląc przez n):
Podstawimy ten wzór raz w wersji dla ośrodka 1  (n1 - bezwzględny współczynnik załamania w ośrodku 1)   A potem w wersji dla ośrodka 2  (n2 - bezwzględny współczynnik załamania w ośrodku 2)

Wtedy otrzymamy:
		n1 - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 1 n2 - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 2 c - prędkość światła w próżni
Stąd ostatecznie będziemy mieli drugą postać prawa załamania światła. Wzór prawa załamania - postać 2   Ta wersja prawa załamania wiąże kąty padania i załamania z bezwzględnymi współczynnikami załamania w obu ośrodkach. Sformułowanie słowne: Stosunek sinusa kąta padania, do sinusa kąta załamania jest równy stosunkowi bezwzględnego współczynnika załamania ośrodka do którego przechodzi fala, do bezwzględnego współczynnika załamania ośrodka, z którego fala pada na powierzchnię rozgraniczającą oba ośrodki. Wzór prawa załamania - postać 3 Jest jeszcze trzecia postać prawa załamania. Powstaje ona po zdefiniowaniu kolejnej wielkości zwanej względnym współczynnikiem załamania:
			n1 - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 1 n2 - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 2 n12 - współczynnik załamania (względny) ośrodka 2 względem ośrodka 1
Warto zwrócić uwagę na fakt, że względny współczynnik załamania czyta się od tyłu: - jest to współczynnik załamania ośrodka drugiego (do którego wchodzi światło) względem ośrodka pierwszego (z którego przychodzi światło). Po podstawieniu względnego współczynnika załamania do 2 postaci prawa załamania otrzymamy: Zatem:   stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest równy względnemu współczynnikowi załamania światła ośrodka do którego światło wpada względem ośrodka z którego światło wychodzi.

3. Zasada działania mikroskopu.

Mikroskop składa się z dwóch soczewek skupiających (układów soczewek) ustawionych w odległości większej niż suma ogniskowych zastosowanych soczewek. Mikroskop posiada bardzo małe pole widzenia, przez co zapewnia potrzebny w wielu przypadkach warunek małych kątów. Pierwsza soczewka (obiektyw) daje obraz rzeczywisty, odwrócony i powiększony. Oglądany przedmiot umieszcza się przed obiektywem w odległości nieco większej niż jego ogniskowa f1 . Druga soczewka (okular) działa jak lupa i daje obraz urojony powiększony i prosty.

Materiał Nr płytki	d	d	d'	d'	n n
		[ ]	[ ]	[ ]	[ ]	[ ]

---