Laboratorium Fizyka Współczesna I

Sprawozdanie z ćwiczeń z dnia 22.11.2013

Katarzyna Czuryło

Gr.2

Nr albumu 187687

Przyroda II rok

Przyroda II rok

Gdańsk, 25.11.2013

1. Model falowy światła

Współczynnik załamania światła (n) obliczamy z następującego wzoru:

c - prędkość światła w próżni (3*10⁸ m*s^-1)

v - prędkość światła w ośrodku

Falowy model światła tłumaczy rozszczepienie przez pryzmat. Wartość współczynnika załamania zależy od prędkości. Zarówno prędkość jak współczynnik załamania zależą od długości fali. Największym współczynnikiem załamania charakteryzuje się wiązka światła niebieskiego, najmniejszym zaś - czerwonego.

Tabela 1.1. Przykładowe prędkości rozszczepionych wiązek światła oraz ich współczynnik załamania w ośrodku szklanym.

Kolor	Prędkość v [1*10^8 m*s^-1]	nszkła
Niebieski	1,97	1,520
Zielony	1,98	1,513
Czerwony	1,99	1,507

Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych z ćwiczeń laboratoryjnych.

Element dyspersyjny pozwala na rozłożenie światła na kolory. Należą do niego pryzmaty oraz siatki dyrfakcyjne (otrzymujemy większe spektrum kolorów, szerszy obraz dyspersyjny bez strat światła, ponieważ pryzmaty pochłaniają część światła).

1.2. Rozszczepienie światła białego - lampa żarowa

Światło białe przepuszczone przez ośrodek materialny (pryzmat szklany) zostaje załamane i rozszczepione na składowe. Na ekranie ukazuje się kilka kolorów światła, z czego najbardziej odchylone są wiązki światła fioletowego i niebieskiego, są to krótkie fale o mniejszej prędkości. Najmniej odchyla się światło czerwone - są to długie fale o większej prędkości.

Rys.1.1. Rozszczepienie światła białego w pryzmacie.

Źródło: http://brasil.cel.agh.edu.pl/~12utkocerba/optyka/index.php?view=programme&id=18

1.3. Jak powstaje tęcza?

Jest to zjawisko powstające przez rozszczepienie światła białego w kroplach wody. Powstaje wówczas, gdy Słońce (źródło światła) znajduje się za plecami obserwatora, zaś przed obserwatorem znajduje się źródło kropel wody (mgła, deszcz, mżawka). Każdy kolor po załamaniu i rozproszeniu opuszcza kroplę wody w innym kierunku z różną prędkością. Częstym zjawiskiem obserwowanym wraz z tęczą jest tzw. „odwrotna tęcza”. Jej powstawanie jest niemal identyczne, jednak światło po wejściu do ośrodka kropli wody zostaje dwukrotnie odbite, przez co z kropli wychodzą kolory w odwróconej kolejności.

Tęcze to okręgi, jednak zazwyczaj obserwowane są w postaci półokręgów i ćwierćokręgów.

Rys.1.2. Schemat załamania, odbicia i rozproszenia światła białego w kroplach deszczu (powstawanie pierwszego i drugiego (odwrotnego) łuku tęczy.

Źródło: Kwela J., Drozdowski R., Werbowy S., Wykład: zadziwiająca natura światła;

2. Korpuskularna natura światła

2.1. Zjawisko fotoelektryczne

W 1886 r. Heinrich Rudolf Hertz odkrył zjawisko fotoelektryczne polegające na wybijaniu z powierzchni metalu elektronów pod wpływem promieniowania o określonej częstości. Fotony zderzając się z elektronami przekazują im swoją energię. Zjawisko to dokładniej wyjaśnił Albert Einstein w 1905 r., który w oparciu o hipotezę kwantów światła Plancka (1900r.) stworzył model korpuskularny światła:

Wzory 2.1 i 2.2 przedstawiają zależność maksymalnej energii kinetycznej fotoelektronów (
) od energii fotonów światła padającego i pracy wyjścia (W)

Wzór 2.3 przedstawia zależność pracy od iloczynu częstości zderzeń padającego światła v i stałej Plancka (h=6,626*10^-34 J*s).

Wzór 2.4 przedstawia zależność pędu od energii fotonów podzielonej przez prędkość.

Prawo Einsteina jest słuszne tylko dla najszybszych elektronów, ponieważ aby doszło do powstania zjawiska fotoelektrycznego należy dostarczyć energii, która na to pozwoli, zaś tak wysoką energię posiadają tylko te elektrony, które znajdują się bliżej lub na powierzchni danego metalu - zjawisko to nazywa się progową częstością v₀.

Maksymalna energia kinetyczna fotoelektronów jest niezależna od natężenia światła padającego. Dla częstości światła mniejszej od częstości progowej, zjawisko fotoelektryczne nie występuje, niezależnie od tego, jak silne jest oświetlenie powierzchni. Nie obserwuje się żadnego upływu czasu pomiędzy oświetleniem metalu, a emisją fotoelektronów.

Liczba wybijanych elektronów jest proporcjonalna do liczby fotonów padających, zaś maksymalna energia kinetyczna fotoelektronów zależy od energii fotonów światła padającego.

2.2. Działanie fotokomórki

Zjawisko fotoelektryczne zostało wykorzystane do między innymi do konstrukcji fotokomórki. Jest to lampa próżniowa, w której umieszczone zostały dwie elektrody - anodę (A) i katodę (K) pokrytą metalem o małej pracy wyjścia elektronów. Wzbudzone w katodzie elektrony dążą do anody.

Rys.2.1. Schemat działania fotokomórki

Źródło: opracowanie własne

Jeżeli na fotokomórkę światło nie pada, to przez fotokomórkę nie przepływa prąd, zupełnie niezależnie od przyłożonego napięcia (zgodnie z cechami zjawiska fotoelektrycznego). Jeżeli odwrócimy przyłożenie potencjałów i do katody przyłożymy +, a do anody -, to zmianie napięcia przyłożonego będzie towarzyszyć spadek prądu. Przy pewnej wartości tego napięcia (tzw. napięcie hamowania) prąd nie przepływa.

5

---