Elektromagnetické vlnenie

Šírenie svetla v optickom prostredí a definície optického prostredia, spektrum, svetlo ako vlnenie, farba svetla, rozklad svetla

• pozri otázku 9 - optika

elektromagnetické spektrum

- škála elektromagnetického vlnenia. Ukazuje rôzne druhy elektromagnetického vlnenia podľa vlnovej dĺžky (žiarenie - kratšie vlnové dĺžky).

elektromagnetické vlnenie

• má dve navzájom neoddeliteľné zložky. Elektrickú charakterizuje vektor intenzity el. poľa E a magnetickú **vektor

  mag. indukcie** B.

Vektory E a B sú navzájom kolmé, majú súhlasnú fáze a ich kmity prebiehajú naprieč k smeru, ktorým sa vlnenie šíri.

Elektromagnetické vlnenie je vlnenie priečne a má vlastnosti vlnové a kvantovej:

vlnovej (odraz, lom, ohyb, interferencia, polarizácia)

kvantovej (fotoelektrický jav)

Prehľad spektra je v tabuľkách na strane 169!

Rádiové vlny (rozhlasové)

• zdrojom elektromagnetický oscilátor, vysiela a prijíma sa cez anténu.

podľa vlnovej dĺžky: dlhé, stredné, krátke - už nie sú moc využívané

• veľmi krátke (VKV) - TV a FM rádio. Medzi vysielačom a prijímačom musí byť priama cesta - využitie satelitov - medzi obežnou dráhou a povrchom nie je žiadna prekážka

medzi rádiovými vlnami a mikrovlnami je pásmo pre mobilné siete (900 a 1800 MHz)

mikrovlny

• určitej vlnovej dĺžky rozkmitávajú molekuly vody Þ mikrovlnné rúry - kmitanie molekúl vody vyvoláva trenie, ohrieva sa; ohrev je rovnomerný po celom objeme.

röntgenové žiarenie

(predtým lúče X), vzniká na špeciálnych elektrónkach - rentgenkách

• reaguje s fotografickou doskou, preniká kovy, ionizuje vzduch

• pohlcované v závislosti na protónovom čísle- diagnostika (röntgen) a na hrúbke látky - defektoskopia (zisťovanie trhlín alebo vzduchových bublín v odliatkoch)

• liečba zhubných nádorov (ničí bunky)

Žiarenie γ (jadrovej)

• pri jadrových reakciách z rádioaktívnych látok, neexistuje samovoľne, ale sprevádza žiarenie β alebo β

γ - je najprenikavejšie jadrové žiarenie (vedľa α a β), možno ho zoslabiť hrubou vrstvou železobetónu alebo materiálom obsahujúcim jadra ťažkých prvkov (Pb). V magnetickom a elektrickom poli sa neodchyľuje.

• silné ionizačné účinky, v dôsledku fotoefektu uvoľňuje z látok nabité častice

• podobne ako röntgenové žiarenie je pohlcované podľa štruktúry - používa sa v defektoskopii, stačí menšie dávky;

• spôsobuje genetické zmeny, choroba z ožiarenia - rakovinové bujnenie

Disperzie svetla (rozklad)

• Biele svetlo sa pri prechode hranolom rozloží

• k rozkladu svetla lomom sa využíva optický hranol → vzniká pravouhlé spektrum

• spektrum pozorujeme spektroskop - spektrálna analýza (zistenie zloženia hviezd).

Index lomu optického prostredia závisí na frekvencii svetla a pri normálnej disperzii sa s rastúcou frekvenciou zväčšuje => fialová sa láme viac ako červená.

f = v / λ

• pretože frekvencia f sa nemení, ale rýchlosť sa v optickom prostredí mení, dôjde k zmene vlnovej dĺžky - svetlo sa rozloží na svoje farebné zložky (vlnovej dĺžky).

Vo vákuu k disperzii nedochádza. ****

**Interferencie svetla (skladanie) **

- podobné, ako u mechanického vlnenia, ale u prirodzených zdrojov svetla je fázový rozdiel konštantná len po veľmi krátku dobu.

Interferencie môže nastať iba vtedy, ak je splnená podmienka koherencia.

PODMIENKA koherencia:

• lúče musia mať rovnakú frekvenciu a musia mať na sebe nezávislý fázový rozdiel.

• dochádza k zosvetlenie alebo stmavenie (prúžky)

Interferencie na tenkej optickej vrstve

(Bubliny, olejová škvrna). Svetlo musí byť kolmé k rozhraniu. Časť svetla sa odrazí a časť prenikne do optickej vrstvy s hrúbkou d a odrazí sa až na druhom rozhraní.

obr .: vzduch voda vzduch

Pre určenie dráhového (fázového) posunu oboch vlnenie je dôležitá tzv. Optická dráha l. - v rôznych prostrediach sa líšia vlnovej dĺžky rovnakého svetla (voda a vákuum), preto sa optická dráha definuje ako dráha, ktorú by svetlo urazilo vo vákuu.

l = n × s

n je index lomu. Svetlo urazí vo vrstve dráhu s = 2 × d (tam a späť), čiže dráhový rozdiel medzi svetlom, ktoré do vrstvy nevstúpilo a svetlom, ktoré prešlo vrstvou je:

dráhový rozdiel Δl = n × 2 × d.

interferenčné maximum

v miestach, v ktorých sa vlnenie stretávajú s rovnakou fázou

** **

Pri odraze svetelného vlnenia na rozhraní s opticky hustejším prostredím sa fázy svetelného vlnenia mení v opačnú (fázový posun lambda / 2 - polvlna).

n × 2 × d + lambda / 2 = k * lambda (k = 1,2,3 ... svetlé prúžky)

<- len upravené, aby vyšlo Δl

interferenčné minimum

v miestach, v ktorých sa vlnenie stretávajú s opačnou fázou

** **

Pri odraze na rozhraní s opticky redším prostredím sa fáza vlnenie nemení (fázový posun 0).

n × 2 × d = k * lambda (k = 1,2,3 ... tmavé prúžky) - v tab. ako variant maxima.

Rozhranie kombinácia tmavých a svetlých pruhov je len pre monochromatické svetlo. Slnečné svetlo reaguje tak, že sa zobrazí pruhy rôznych farieb, pretože rôzne farby majú iný fázový posun. Preto sú bubliny farebné, rovnako ako olejové škvrny na vode. Hrúbka pruhov sa vzdialenosťou od stredu zmenšuje.

**Interference pomocou Newtonových skiel **

• tvorené jedným rovným sklom a raz ploskovypuklou šošovkou). Medzi šošovkou a sklom je tenká, ale rôzne hrubá vrstva vzduchu. Dôjde k interferencii a zobrazí sa Newtonove krúžky. Pomocou Newtonových krúžkov možno merať vlnová dĺžka svetla, alebo kontrolovať opracovanie.

Využitie interferencie:

interferometer: meranie veľmi malých dĺžok (meranie kvality povrchu obrábaných plôch), určenie indexu lomu prostredia, optické vrstvy a vlnovej dĺžky

• hologramy

**polarizácia ** ****

• polarizovať možno len priečne vlnenie (čo je i svetlo) ****

Nepolarizované svetlo - vektor E kmitá v rovine kolmej na smer šírenia svetla, ale v rôznych smeroch

Polarizované svetlo - vektor E kmitá len po jednej priamke.

1) Polarizácia odrazom a lomom

Odrazené svetlo je úplne polarizované iba pri určitom uhle dopadu (a _B - Brewsterov čiže polarizačný uhol, ktorý závisí od indexu lomu

α B = arctang (n2 / n1) - nie je v tab

2. Polarizácia dvojlomem - u anizotropního prostredie (kryštál islandského vápenca) - lúč sa rozdelí na dva polarizované lúče.

3. Polarizácia Polaroid

• špeciálne filtre z dvoch vrstiev plastu a medzi nimi látka umožňujúca dvojlom (mikrokryštálikov hepatitu)

Zariadenie, ktorým sa prirodzené svetlo mení na polarizované, sa nazýva polarizátor.

• jeho funkciu overíme analyzátorom - vložíme za polarizátor ešte jeden aa pri určitom natočení by svetlo nemalo prechádzať.

Využitie polarizácia: zníženie intenzity svetla (napr. Polarizačné filtre na fotoaparát pri fotografovaní snehu alebo výkladov, polarizačné okuliare - motoristom tlmí odrazy od vozovky) + lcd displeje