45. Zdefiniuj potencjał elektryczny i jego jednostkę.

Potenciał elektryczny - określa stopień naelektryzowania danego ciała. Potenciał ziemi przyjęto uważać jako zerowy. Potenciał elektryczny danego punktu pola mierzymy określając pracę jaką należy wykonać przy przenoszeniu jednostkowego ładunku próbnego na przykład z ziemi do danego punktu pola do wartości tego ładunku. V=W/q [V]=[J/C] Napięcie elekt. - to różnica potenciałów U=V₁-V₂ , U=W_wypadkowe/q.

46. Zdefiniuj pojemność elektryczną kondensatora oraz jej jednostkę.

Pojemność elektr. nazywamy stosunek ładunku kondensatora do napięcia między okładkami C=Q/U. Gęstość powierzchniowa ၳ ładunku na okładce kondensatora o powierzchni S wynosi ၳ=Q/S=ε*E, gdzie: Q=ε*S*U/d. Definicję pojemności można rozszerzyć, uważając, że dany przewodnik jest jedną z okładek kondensatora a druga okładka znajduje się nieskończenie daleko i ma potencjał równy zeru. Napięcie między okładkami jest równe potencjałowi przewodnika. C=Q/V Pojemność kondensatora płaskiego jest równa: C=εS/d. Jednostką pojemności jest farad, czyli 1 F=1C/V

47. Jaki wpływ na pojemność kondensatora płaskiego ma płytka z dielektryka wsunięta między okładki? Czy zmienia się przy tym

pole elektryczne w kondensatorze?

Wsunięta plytka dielektryka miedzy okladki powoduje powstanie dwoch kondensatorow,czyli dwóch pól o natężeniu większym niż jego wartość początkowa. W zależności od grubości płytki pojemność „nowego” kondensatora zwiększa się.

C=Q/V

Napiecie takie samo ale ładunek wiekszy

Wypadkowe pole elektryczne E w plytce = E=Eo+E'

48. Napisz wzory wyrażające energię elektryczną naładowanego ciała.

49. Podaj prawo Ohma i warunki jego stosowalności.

Stosunek napięcia między dwoma punktami przewodnika do nateżenia przepływającego przez ten przewodnik jest wielkością stałą. Natężenie prądu jest wprost proporcjonalne do przyłożonego napięcia.

Prawo Ohma stosuje się do wszystkich ciał jednorodnych przy stałej temperaturze,niewielkich napięciach i natężeniach prądu

I=V/R 1A=1V/1Ω

51. Podaj i objaśnij prawa Kirchhoffa dla złożonych obwodów elektrycznych.

I prawo Kirchoffa mówi: W dowolnym węźle obwodu suma algebraiczna natężenia prądów wpływających i wypływających do węzła równa jest zeru, czyli
. Węzłęm obwodu nazywamy punkt w którym łączy się pewna liczba gałęzi obwodu natężenia prądów wpływających do węzła są uważane za dodatnie a wypływające z węzła ujemnymi.

II prawo Kirchoffa

W dowolnym oczku obwodu suma algebraiczna wszystkich sił elektromotorycznych i spadków napięcia jest równa zeru czyli
. Oczkiem obwodu nazywamy dowolną zamkniętą część obwodu lub cały obwód.

52. Zdefiniuj indukcję magnetyczną i jej jednostkę.

Indukcja magnetyczna - jest to stosunek siły, jaka działa w polu na element przewodnika o długości l, do natężenia prądu w tym przewodniku i do jego długości.

Jednostką indukcji magnetycznej jest tesla T.

1 T = N / A * m

Indukcja magnetyczna jest wielkością wektorową. Kierunek tego wektora jest styczny do linii pola magnetycznego, a zwrot można wyznaczyć za pomocą "reguły prawej dłoni”, (Jeśli chwycimy przewodnik prawą ręką tak, że kciuk wskazuje kierunek przepływu prądu, to pozostałe palce wskażą nam zwrot wektora indukcji magnetycznej).

53. Cząstka o masie m i ładunku q porusza się z prędkością v w polu magnetycznym o indukcji B. Jaki jest jej ruch? Jak tor ruchu zależy od kierunku wektora prędkości?

54. Wyjaśnij, co nazywamy siłą elektrodynamiczną i jaki ma ona związek z siłą Lorentza.

Zależność siły F od prędkości v ładunku próbnego q_O można wyrazić wzorem, jeśli wprowadzimy wektor B opisujący pole magnetyczne - indukcją magnetyczną. Wektor ten można definiować: `'W przestrzeni istnieje pole magnetyczne o indukcji B, jeżeli na ładunek próbny q_O poruszający się w tej przestrzeni z prędkością v działa siła F wyrażona wzorem:''F=q₀(v
B). Zgodnie z określeniem iloczynu wektorowego wartość bezwzględna siły wyraża się wzorem:F=q₀vBsinθ, θ- kąt miedzy v i B. W odróżnieniu od siły elektrycznej siła magnetyczna działa tylko na ładunki w ruchu oraz że jej kierunek jest prostopadły do kierunku wektora B. Siłę magnetyczną wyrażoną wzorem nazywa się siłą Lorentza, a sam wzór - wzorem Lorentza.

F= QVBsin eV_uB, V_u=prędkość unoszenia, F'=eJ/neB=jB/n

F=nAljB/n=ilB

F=il x B obie te sily definiuja B

55. Opisz zjawisko Halla i wytłumacz jego przyczynę.

Zjawisko Halla - zjawisko powstania różnicy potencjałów U pomiędzy przeciwległymi ściankami półprzewodnika lub metali w kierunku prostopadłym zarówno do kierunku przepływu prądu I, jak i do kierunku wektora indukcji zewnętrznego pola magnetycznego B. Wartość napięcia wyrażona jest wzorem

gdzie A - jest tzw.: stałą Halla, charakterystyczną dla danego rodzaju materiału, B - indukcja magnetyczna, d - grubość płytki materiału.

Zjawisko Halla jest wynikiem odchylenia w polu magnetycznym (siła Lorentza), elektronów tworzących przepływ prądu elektrycznego.

Rozpatrzmy teraz płytkę metalu (lub półprzewodnika) umieszczoną w polu magnetycznym, prostopadłym do kierunku przepływu prądu. Jeżeli w płytce płynie prąd to na ładunki działała siła odchylająca powodująca zakrzywienie ich torów w kierunku jednej ze ścianek bocznych płytki.

Gromadzenie się ładunków na ściance bocznej powoduje powstanie poprzecznego pola elektrycznego Halla E_H

Pole Halla jest dane zależnością
, gdzie ΔV_LP jest różnicą potencjałów pomiędzy stroną lewą L i prawą P, a d odległością między nimi (szerokością płytki). Zwróćmy uwagę, że strona prawa płytki ładuje się ujemnie i powstałe pole Halla przeciwdziała dalszemu przesuwaniu elektronów. Osiągnięty zostaje stan równowagi, w którym odchylające pole magnetyczne jest równoważone przez pole elektryczne Halla

56. Podaj i objaśnij prawo Ampere'a oraz pojęcie cyrkulacji pola.

W prawie Ampère'a sumujemy (całkujemy) po zamkniętym konturze (liczymy całkę krzywoliniową). Taka całka dla pola jest równa całkowitemu prądowi I otoczonemu przez kontur. Wynik nie zależy od kształtu konturu zamkniętego.

Stała μ₀ = 4π·10^-7 Tm/A, jest tzw. przenikalnością magnetyczną próżni.

Gdy pole magnetyczne jest wytworzone nie w próżni ale w jakimś ośrodku to fakt ten uwzględniamy wprowadzając stałą materiałową  μ_r, zwaną względną przenikalnością magnetyczną ośrodka tak, że prawo Ampère'a przyjmuje postać

Cyrkulacja pola - krążenie wektora natężenia pola po dowolnej krzywej zamkniętej = sumie (całce) wielkości, będącej źródłem tego pola.

Natężenie pola magnetycznego H określa się wzorem: H=B\µ, H=I\(2πr). Natężenie pola magnetycznego wytworzonego przez prąd prostoliniowy nie zależy od rodzaju ośrodka. Wektor H jest równoległy do wektora B linie magnetyczne wektora H mają więc taki sam przebieg jak linie wektora Jednostką natężenia pola mag. jest 1A/m. wzór poprzedni mnożymy przez 2ၰr: 2πrH=I powyższe równanie można zapisać w postaci całki
Hdl=2πrH Drogą całkowania jest dowolna linia magnetyczna w kształcie okręgu o promieniu r a wektor h jest styczny do tego okręgu w każdym jego punkcie i ma stałą wartość bezwzględną
Hdl=I Jest to matematyczna postać prawa Ampere'a. Całka okrężna występująca w tym prawie nosi nazwę cyrkulacji wektora H. Cyrkulacja wektora H wzdłuż linii pola magn. wytworzonego przez przewodnik z prądem jest równa natężeniu prądu płynącego w przewodniku.

57. Zastosuj prawo Ampere'a do bardzo długiego prostoliniowego przewodu z prądem i oblicz indukcję pola magnetycznego w odległości r od cienkiego przewodu, w którym płynie prąd o natężeniu I.

58. Jak oddziałują na siebie dwa prostoliniowe przewody, w których płyną prądy, gdy prądy w nich są: a) równoległe, b)antyrównoległe (zwroty przeciwne), c) prostopadłe?

a)prądy równoległe; w zależności od zwrotu płynącego prądu mogą się przyciągać (przeciwne zwroty) lub odpychać (te same zwroty).

b)prądy antyrównoległe- przewodniki odepchną się od siebie w sąsiedztwie punktu styczności

c)prądy prostopadłe- odepchną się jak w przypadku anty-równoległych.(prostopadły jest szczególnym przypadkiem anty-równoległości)

Oddziaływanie elktrodynamiszne przewodów z prądem na siebie polega na działaniu pola magnetycznego powstałego dookoła przewodów z prądem na 2 przewód i odwrotnie. Natężenie pole mag w odległości „a” od 1 przewodu a wiec napowierzchni 2 przewodu wynosi: H₁=I₁/2πa B=μ I₁/2πa 2 przewody równoległe w których płyna prądy oddziaływuja na siebie z siłą proporionalna do iloczynu praądów oraz przenikalności magnaetycznej środowiska otaczającego przewody i odwrotnie proporcionalne do odległości miedzy przewodami. Siła jednostkowa F'=μI₁I₂/2πa a) prądy płyną równolegle: przewody się przyciągają z siłami F₁₂=B₁I₂l F₂₁=B₂I₁l gdzie l to długość przewodu Natomiast zwroty indukcji B w jednym przewodzie jest „do dołu” a w 2 „do góry” b) gdy płyną prądy są antyrównoległe przewody odpychają się z takimi samymi siłami jak w a a wektory indukcji obu przewodów działają do dołu

59. Jakie jest oddziaływanie pola magnetycznego na ramkę z prądem?

Obwód z prądem można traktować jako dipol magnetyczny i analogicznie do pola elektrycznego dipol ten jest skrecony do położenia równowagi ,czyli równolegle do linii pola magnetycznego

Kat α i b = 90-teta, F2=ibBcosteta, F2=F4-nie wpływają na ruch obrotu bo SA skierowane na płaszczyznę i Fw=0, M=0, F1=F3=iaB, jeżeli układ znajduje się tak jak na 2 rys. to nie dzilaja wzdloz tej samej lini, MF1=MF3 względem xx'. M'=2iaB(b/2)sinteta=iaBbsinteta, M=NM', A=ab

60. Zdefiniuj strumień magnetyczny i jego jednostkę.

Strumieniem magnetycznym - nazywamy wielkość zdefiniowaną jako:

lub gdzie n - wersor normalny do powierzchni S.

We wzorze tym zastosowano oznaczenia:
B - wektor indukcji pola magnetycznego;
S - wektor pola powierzchni. Jego wartość jest równa polu powierzchni, przez którą przenika pole magnetyczne, zaś zwrot wektora jest prostopadły do tej powierzchni i skierowany na zewnątrz (jeśli ta powierzchnia jest wypukła).

jednostka: - jednostką jest Wb (weber) - to strumień, który malejąc do 0 w przeciągu 1 s indukuje, w nieskończenie cienkim kołowym przewodzie obejmującym całkowicie ten strumień, siłę elektromotoryczną 1 V.

1 Wb =108 Mx =1 kg⋅m²/(s²A). Żeby matematycznie ująć zjawisko indukcji wprowadzono pojęcie strumienia indukcji magnetycznej lub krócej strumienia magnetycznego ၆_B zdefiniowanego podobnie jak strumień elektryczny
Wzór ten jest przedstawiony jako całka powierzchniowa wektora B po zorientowanej powierzchni S. W przypadku gdy obwód jest plaski i pole magnetyczne jednorodne wzór upraszcza się do postaci: Φ_B=BScosα, gdzie: ၡ - kąt pomiędzy B a prostopadłą do płaszczyzny obwodu.

61. Podaj treść i sens prawa indukcji Faradaya. Jakie są sposoby zmiany strumienia magnetycznego?

Wartość SEM indukcji jest równa zmianie strumienia magnetycznego zachodzącego w jednostce czasu (czyli szybkości zmiany strumienia).

Sposoby zmiany strumienia: przybliżanie i oddalanie obwodu do magnesu (lub magnes do obwodu), zmiana wielkości powierzchnie obwodu, obrót obwodu w polu magnetycznym.

. Indukcja w obwodzie SEM indukcji E_ind jest równa co do wartości bezwzględnej a przeciwna co do znaku prędkości zmiany strumienia magnetycznego ၆_B przenikającego przez powierzchnię ograniczoną tym obwodem ε_ind=-d
_B/dt Jednostką strumienia magnetycznego jest weber. Lub korzystając z definicji tesli można powiedzieć że jednostką jest wolt

62. Co twierdzi reguła Lenza i jakie jest jej powiązanie z zasadą zachowania energii?

Prąd indukowany ma taki kierunek, że wytwarzany przez niego własny strumień magnetyczny przeciwdziała pierwotnym zmianom strumienia, które go wywołały.

Kierunek prądu - praca wykonywana przy zbliżaniu lub oddalaniu magnesu (układu el) jest zamieniana na rozproszoną w obwodzie en cieplną. Przeciwny, niż to określa reguła Lenza kierunek prądu indukowanego byłby więc sprzeczny z zasadą zachowani energii

63. Wyjaśnij zjawisko prądów wirowych i podaj przykłady jego występowania.

Prądy wirowe (masowe lub Foucaulta), to zamknięte prądy indukcyjne, opływające płytkę lub bryłę metalową, powstałe w wyniku zmian pola magnet, obejmowanego przez powierzchnię płytki. Prądy te przeciwdziałają zmianą strumienia pola magnet.

Natężenie indukowanego prądu wirowego jest wprost proporcjonalne do zmiennego w czasie strumienia magnetycznego ze znakiem ujemnym i odwrotnie proporcjonalne do oporu obwodu z płynącym prądem wirowym.

Przykłady występowania: w licznikach elektrycznych, gdzie prądy wirowe powodują, że licznik przestaje się obracać od razu po wyłączeniu prądu.

64. Objaśnij zjawisko samoindukcji, podaj definicję współczynnika samoindukcji i jej jednostkę.

Samoindukcja - (indukcja własna) - zjawisko powstawania siły elektromotorycznej w obwodzie elektr, wywołane zmianą pola magnetycznego, które jest skutkiem zmiany natężenia prądu płynącego w obwodzie.

Gdy natężenie prądu przepływającego przez obwód zmienia się to zmienia się też, wytworzony przez ten prąd, strumień pola magnetycznego przenikający obwód, więc zgodnie z prawem indukcji Faradaya indukuje się w obwodzie SEM.

Tę siłę elektromotoryczną nazywamy siłą elektromotoryczną samoindukcji, a samo zjawisko zjawiskiem indukcji własnej.
Jeżeli obwód (cewka) zawiera N zwojów to

Współczynnik samoindukcji - stała proporcjonalność pomiędzy siłą elektromotoryczną, która przeciwdziała zmianom prądu w obwodzie, a szybkością zmian natężenia prądu. Zależy od właściwości geometrycznych obwodu i od środowiska, w którym obwód się znajduje.

Jednostka: - henr (H) - jest to indukcyjność obwodu elektr wytwarzającego strumień magnetyczny 1 Wb, gdy przez obwód płynie prąd o natężeniu 1 A.

1 H = 1 Wb/A.

65. Co to jest zawada(impedancja) w obwodzie prądu zmiennego?

Zawada w obwodzie prądu zmiennego rolę kierowania zmianami amplitudy napięć w zależności, od oporności, indukcyjności i pojemności elektrycznej.

66. Sformułuj prawo Gaussa dla pola magnetycznego i wskaż jaki sens ma różnica w porównaniu z analogicznym prawem dla pola elektrycznego.

Linie pola magnetycznego są zawsze liniami zamkniętymi  podczas gdy linie pola elektrycznego zaczynają się i kończą na ładunkach. 

Ponieważ linie pola B są krzywymi zamkniętymi, więc dowolna powierzchnia zamknięta otaczająca źródło pola magnetycznego jest przecinana przez tyle samo linii wychodzących ze źródła co wchodzących do niego (nie zawsze tak jest natomiast w przypadku linii pola elektr)

W konsekwencji strumień pola magnetycznego przez zamkniętą powierzchnię jest równy zeru:

Ten  ogólny związek znany jako prawo Gaussa dla pola magnetycznego.

Całka po pow zamkniętej z krążenia wektora pola po tej powierzchni daje wartość czegoś, co wytwarza to pole. W przypadku pola E jest to ładunek. Jednak dla pola B wynik wynosi 0, gdyż nie udało się zaobserwować w przyrodzie (pomimo wielu starań) ładunków magnetycznych (pojedynczych biegunów) analogicznych do ładunków elektrycznych.

67. Opisz drgania w obwodzie LC. Z jaką częstością się one odbywają?

Rozpatrzmy obwód złożony z szeregowo połączonych indukcyjności L (cewki) i pojemności C (kondensatora) pokazany na rysunku. Przyjmijmy, że opór elektryczny obwodu jest równy zeru (R = 0). Załóżmy też, że w chwili początkowej na kondensatorze C jest nagromadzony ładunek Q₀, a prąd w obwodzie nie płynie (rysunek a).

W takiej sytuacji energia zawarta w kondensatorze:

jest maksymalna, a energia w cewce:

jest równa zeru.

Rys. Oscylacje w obwodzie LC

Następnie kondensator zaczyna rozładowywać się (rysunek b). W obwodzie płynie prąd I = dQ/dt. W miarę jak maleje ładunek na kondensatorze maleje też energia zawarta w polu elektrycznym kondensatora, a rośnie energia pola magnetycznego, które pojawia się w cewce w miarę narastania w niej prądu. 

Wreszcie gdy ładunek spadnie do zera cała energia jest przekazana do pola magnetycznego cewki (rysunek c). Jednak pomimo, że kondensator jest całkowicie rozładowany prąd dalej płynie w obwodzie (w tym samym kierunku). Jego źródłem jest SEM  samoindukcji powstająca w cewce, która podtrzymuje słabnący prąd.

Ten prąd ładuje kondensator (przeciwnie) więc energia jest ponownie przekazywana do kondensatora (rysunek d). 

Wreszcie ładunek na kondensatorze osiąga maksimum a prąd w obwodzie zanika. Stan końcowy jest więc taki jak początkowy tylko kondensator jest naładowany odwrotnie (rysunek e).

Sytuacja powtarza się, tylko teraz prąd rozładowania kondensatora będzie płynął w przeciwnym kierunku. Mamy więc do czynienia z oscylacjami (drganiami) ładunku (prądu). Zmienia się zarówno wartość jak i znak (kierunek) ładunku na kondensatorze i prądu w obwodzie.

68. Na czym polega rezonans elektryczny? Jakie ma on zastosowanie?

Na podstawie wyprowadzonych równań Maxwell wykazał,że wzajemnie sprzężone pola elektryczne i magnetyczne tworzą falę poprzeczną i obliczyc prędkość tej fali

V= 1/ √εµ

69. Wyjaśnij pojęcie wirowego pola elektrycznego.

Gdy obwód z drutu obejmie zmienny w czasie strumień indukcji magnetycznej, to powstaje w nim prąd indukcyjny, co świadczy o powstaniu pola elektr. Linie indukowanego pola elektrycznego mają kształt koncentrycznych okręgów (zamkniętych linii) co w zasadniczy sposób różni je od linii pola E związanego z ładunkami, które nie mogą być liniami zamkniętymi bo zawsze zaczynają się na ładunkach dodatnich i kończą na ujemnych.

Takie pole nazywamy polem wirowym.

W tym przypadku, przeciwnie jak dla pola elektr statycznego, praca przy oprowadzaniu dowolnego ładunku po krzywej zamkniętej, nie jest równa zeru.

≠

Pole wirowe nie ma więc potencjału.

Wirowe pole elektryczne jest to pole wytworzone przez zmienne pole magnetyczne. Wynika to ze wzorów:
,
Konsekwencją tego jest istnienie fal elektromagnetycznych, między innymi światła, a także własności tych fal - predkość c, poprzeczność drgań...Poza tym, w równaniach tych zawarte są takie informacje jak np. długozasięgowość oddziaływań, zależność ich siły od odległości itd.

70. Wymień własności fali elektromagnetycznej wynikające z teorii Maxwella.

Z równań wiążących ze sobą pola elektryczne i magnetyczne:

oraz

wynika, że każda zmiana w czasie pola elektrycznego wywołuje powstanie zmiennego pola magnetycznego, które z kolei indukuje wirowe pole elektryczne itd. Taki ciąg sprzężonych pól elektrycznych i magnetycznych tworzy falę elektromagnetyczną.

Maxwell wykazał, że wzajemnie sprzężone pola elektryczne i magnetyczne są do siebie prostopadłe i prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali, i że prędkość tych fal elektromagnetycznych w próżni jest dana wyrażeniem

Pokazał też, że w wypromieniowanej fali stosunek amplitudy natężenia pola elektrycznego do amplitudy indukcji magnetycznej jest równy prędkości c

71. Co to jest wektor Poyntinga?

72. Jakie parametry fali swietlnej ulegają zmianie przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego, a jakie pozostają te same?

Prędkość fali się zmienia gdy fala przechodzi z jednego ośrodka do drugiego. Długość fali pozostaje względnie stała.

73. Podaj prawo załamania światła i wykonaj rysunek ilustrujący przechodzenie światła do ośrodka o a) mniejszym współczynniku załamania, b) większym współczynniku załamania.

Prawo załamania: Stosunek sinusa kata padania do sinusa kąta załamania jest równy stosunkowi bezwzględnego współczynnika załamania ośrodka drugiego n₂ do bezwzględnego współczynnika załamania ośrodka pierwszego n₁, czyli współczynnikowi względnemu załamania światła ośrodka drugiego względem pierwszego
lub

b)

dla a) będzie identycznie, tylko strzałka biegu promienia w drugą stronę ( β < α , gdy ośrodek jest gęstszy)

74. Na czym polega całkowite wewnętrzne odbicie i jakie mogą być jego zastosowania?

Występuje w warunkach, gdy światło pada z ośrodka gęstszego optycznie (np. szkło) na granicę z ośrodkiem rzadszym optycznie (np. powietrze) pod kątem większym od kąta granicznego.

Kąt graniczny jest kątem padania, przy którym kąt załamanie wynosi 90 stopni i jakby „ślizga się” po powierzchni ośrodka gęstszego.

Zastosowanie: falowód

75. Podaj warunki powstawania maksimów i minimów interferencyjnych.

1. wyrażone fazami:

warunek na maksimum

d sinθ = m λ , m = 1, 2, 3, ..... (maksima)

warunek minimum:

2. wyrażone drogami:

warunek na maksimum:

warunek minimum:

76. Wyjaśnij, dlaczego światło białe po odbiciu od cienkiej warstwy przeźroczystego ośrodka staje się zabarwione.

W różnych obszarach warstwy odbitej ,warunek wzmocnienia [ Zdn cosβ= (k+1)λ] lub ostatecznie [ Zdn cosβ= kλ] będzie spełniony dla promieni o róznych długościach fali. Wskutek tego w pewnych jej obszarach natężenie ulegnie osłabieniu, w innych zas wzmocni.

77. Objaśnij zasadę działania interferometru Michelsona i daj przykład jego użycia.

Interferometr dwuwiązkowy, wykorzystywany do pomiaru długości, mikronierówności powierzchni (w połączeniu z mikroskopem), współczynnika załamania, itp. Wykorzystany został również w dośw. Michelsona - Morleya.

Promień światła pada na płytkę półprzepuszczalną, częściowo ulega odbiciu, częściowo przechodzi przez nią tak, że tworzy 2 prostopadłe wiązki.. Zarówno odbity jak i załamany promień biegną później do dwóch zwierciadeł i na nich ulegają odbiciu w taki sposób, że padają na teleskop, w którym mierzy się fazę obu wiązek.

Jeżeli czasy ich dojścia do teleskopu są takie same, to powinny tam dotrzeć w tej samej fazie - wzmocnienie interferencyjne w teleskopie. I w dośw. Michelsona - Morleya tak się stało. Doświadczenie to miało wykazać, czy ruch Ziemi wpływ na prędkość światła. Okazało się, że nie.

78. Jaki będzie skutek, gdy światło jednobarwne i spójne (np.lasera) puścimy na siatkę dyfrakcyjną? Ile promieni światła można będzie zobaczyć?

Obraz powstały przy oświetleniu siatki dyfrakcyjnej składa się z serii prążków interferencyjnych podobnie jak dla dwóch szczelin.

Z porównania z dośw. Younga wynika, że nie zmienia się odległości pomiędzy głównymi maksimami (przy zachowaniu odległości między szczelinami d i długości fali λ). Położenia maksimów głównych nie zależą więc od N.
Nastąpił natomiast bardzo wyraźny wzrost natężenia maksimów głównych, ich zwężenie oraz pojawiły się wtórne maksima pomiędzy nimi.

W miarę wzrostu liczby szczelin siatki maksima główne stają się coraz węższe, a maksima wtórne zanikają i dlatego w praktyce stosuje się siatki dyfrakcyjne zawierające nawet kilka tysięcy szczelin, w których odległość między szczelinami jest rzędy tysięcznych części milimetra

79. Co to jest widmo światła i jakimi sposobami można je uzyskać?

Obraz rozkładu światła złożonego (białego) na składowe monochromatyczne, w których barwy w sposób ciągły przechodzą jedna w drugą. Obejmuje promieniowanie elektromagnetyczne o długości fal z przedziału od 3,7 x 10 m do 7,7 x 10 m.

Uzyskuje się je za pomocą pryzmatu lub siatki dyfrakcyjnej

80. Objaśnij doświadczenie Younga.

81. Gdy światło przechodzi przez szczelinę w przegrodzie, obserwujemy prążki, po obu stronach obrazu szczeliny. Wyjaśnij to zjawisko.

Na ekranie, w miejscu obrazu szczeliny, są skupione równoległe promienie wychodzące ze szczeliny. Ponieważ w szczelinie promienie są zgodne w fazie to po przebyciu takich samych dróg optycznych nadal pozostają zgodne w fazie. Dlatego w środkowym punkcie O będziemy obserwować maksimum.

Dwa pozostałe prążki powstają na skutek dyfrakcji, czyli ugięcia się fali elektromagnetycznej przy przejściu przez szczelinę, dzięki czemu światło rozchodzi się we wszystkich kierunkach, po przejściu przez nią.

Na skutek różnicy dróg optycznych, promienie interferując ze sobą dają na ekranie na przemian jasne i ciemne prążki. Jasne są w tych miejscach, do których fale docierają w zgodnej fazie i wzmacniają się. Natomiast w ciemnych miejscach, fale mają przeciwną fazę i wygaszają się.

82. Światło spolaryzowane przechodzi przez polaryzator. Jak zmienia się

a) amplituda światła b) natężenie światła w zależności od ustawienia polaryzatora?

83. Omów zjawisko polaryzacji światła przy odbiciu.

Źródła światła widzialnego - atomy (cząsteczki) emitujące światło działają niezależnie. W konsekwencji rozchodzące się światło składa się z niezależnych ciągów fal, których płaszczyzny drgań zorientowane są przypadkowo wokół kierunku ruchu fali. Takie światło chociaż jest falą poprzeczną jest nie spolaryzowane (i to jest światło zarówno słoneczne jak i od świetlówki).

W płytce istnieje pewien charakterystyczny kierunek polaryzacji, który ustala się w procesie produkcji. Płytka przepuszcza tylko te fale, dla których kierunki drgań wektora elektrycznego są równoległe do kierunku polaryzacji, a pochłania te fale, w których kierunki te są prostopadłe. Jeżeli wektor E wyznaczający płaszczyznę drgań tworzy kąt θ z kierunkiem polaryzacji płytki to przepuszczana jest składowa równoległa
podczas gdy składowa prostopadła
jest pochłaniana.

84. Jaka jest przyczyna zjawiska podwójnego załamania?

Jakie materiały mają tę właściwość?

Zjawisko to polega na tym, że w niektórych kryształach promień światła ulega podziałowi na dwa promienie: zwyczajny oraz nadzwyczajny. Promień zwyczajny spełnia prawo załamania, natomiast nadzwyczajny - nie. Oba promienie są całkowicie spolaryzowane liniowo w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych.

Zjawisko to tłumaczy się anizotropią sił oddziaływania chmury elektronowej i sieci krystalicznej dla różnych kierunków krystalograficznych. Wskutek tego częstości drgań własnych chmury elektronowej wywołane padającą falą będą różne w różnych kierunkach. To z kolei prowadzi do różnych wartości współczynnika załamania (wyraża się on przez stałą dielektryczną ośrodka), czyli anizotropii optycznej.

Kwarc, lód, gips, cukier, mika, saletra sodowa - kryształy jednoosiowe, dwójłomne.

85. Podaj główne cechy zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego, które dowodzą kwantowej natury światła.

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na wyrzucaniu elektronów z powierzchni ciała stałego pod wpływem padającego promieniowania.

E_kmax fotoelektronów nie zależy od natężenia światła. Wiązka światła o większym natężeniu wybija więcej elektronów ale nie szybszych.

Opisane zjawisko fotoelektryczne ma cechy, których nie można wyjaśnić na gruncie klasycznej falowej teorii światła:

1. Z teorii klasycznej wynika, że większe natężenie światła oznacza większą energię fali i większe pole elektryczne E. Ponieważ siła działająca na elektron wynosi eE więc gdy rośnie natężenie światła to powinna rosnąć też siła i w konsekwencji energia kinetyczna elektronów. Tymczasem stwierdziliśmy, że E_kmax nie zależy od natężenia światła.

2. Zgodnie z teorią falową zjawisko fotoelektryczne powinno występować dla każdej częstotliwości światła pod warunkiem dostatecznego natężenia. Jednak dla każdego materiału istnieje progowa częstotliwość ν₀, poniżej której nie obserwujemy zjawiska fotoelektrycznego bez względu na to jak silne jest oświetlenie

3. Ponieważ energia w fali jest „rozłożona” w całej przestrzeni to elektron absorbuje tylko niewielką część energii z wiązki (bo jest bardzo mały). Można więc spodziewać się opóźnienia pomiędzy początkiem oświetlania, a chwilą uwolnienia elektronu (elektron musi mieć czas na zgromadzenie dostatecznej energii). Jednak nigdy nie stwierdzono żadnego mierzalnego opóźnienia czasowego.

Einstein zapostulował, że kwanty światła rozchodzą się w przestrzeni jak cząstki materii, i gdy foton zderzy się z elektronem w metalu to może zostać przez elektron pochłonięty. Wówczas energia fotonu

zostanie przekazana elektronowi.

Jeżeli do wyrwania elektronu z metalu potrzebna jest energia W to wówczas:

Wielkość W charakterystyczna dla danego metalu nazywana jest pracą wyjścia.

Teoria Einsteina pozwala na wyjaśnienie, przedstawionych wcześniej, osobliwych własności zjawiska fotoelektrycznego:

1. Zwiększając natężenie światła zwiększamy liczbę fotonów, a nie zmieniamy ich energii. Ulega więc zwiększeniu liczba wybitych elektronów (fotoprąd), a nie energia elektronów E_kmax, która tym samym nie zależy od natężenia oświetlenia.

2. Jeżeli mamy taką częstotliwość ν₀, że hν₀ = W to wtedy E_kmax = 0. Nie ma nadmiaru energii. Jeżeli ν < ν₀ to fotony niezależnie od ich liczby (natężenia światła) nie mają dość energii do wywołania fotoemisji.

3. Dostarczana jest energia w postaci skupionej (kwant, porcja) a nie rozłożonej (fala); elektron pochłania cały kwant.

86. Świetlówka świeci z mocą 20W. Zakładając, że wysyłane przez nią światło ma długość fali 500 nm, oblicz liczbę fotonów emitowaną w czasie 1 sekundy.

87. Wyjaśnij jak zjawisko Comptona potwierdza korpuskularną naturę promieni rentgenowskich.

 

 

---