Prezentacja - INF-WLF

Download Report

Transcript Prezentacja - INF-WLF

Treści multimedialne - kodowanie,
przetwarzanie, prezentacja
Odtwarzanie treści multimedialnych
Andrzej Majkowski
informatyka +
1
Optyka i kwanty energii
podsumowanie wiadomości
Grzegorz F. Wojewoda
informatyka +
2
PROGRAM WYKŁADU
1. Widmo fal elektromagnetycznych
2. Odbicie i załamanie światła
3. Optyka geometryczna
4. Optyka falowa
5. Kwantowy model światła
6. Zjawisko fotoelektryczne
7. Promieniowanie rentgenowskie
8. Fale materii
9. Emisja
i
absorpcja
przez atomy
promieniowania
Widmo fal elektromagnetycznych
Widmo fal elektromagnetycznych
Prędkość fali elektromagnetycznej to największa
w przyrodzie prędkość rozchodzenia się energii.
Metoda pomiaru wartości prędkości światła:
plik – modul_XII_animacja_1
Odbicie i załamanie światła
Prawa zjawiska odbicia:
 Kąt padania jest równy kątowi odbicia.
 Promień padający, promień odbity oraz normalna leżą
w jednej płaszczyźnie
Odbicie i załamanie światła
Powstawanie obrazu w zwierciadle płaskim.
Odbicie i załamanie światła
Prawa zjawiska załamania:
 Stosunek sinusa kąta padania
do sinusa kąta załamania jest
dla danych dwóch ośrodków
wielością stałą i równą stosunkowi
prędkości rozchodzenia się światła
w tych ośrodkach:
sin  v1

sin  v 2
 Promień padający, promień
załamany oraz normalna leżą
w jednej płaszczyźnie
Moduł XII – Film – Doświadczenie 1
Odbicie i załamanie światła
Schemat zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia.
Odbicie i załamanie światła
Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia.
Odbicie i załamanie światła
Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia – światłowód.
Optyka geometryczna
Zwierciadło sferyczne wklęsłe
Optyka geometryczna
Przebieg promieni konstrukcyjnych w zwierciadle wklęsłym – plik:
modul_XII_animacja_2_zwierciadlo_wklesle
Optyka geometryczna
Mechanizm powstawania obrazu w zwierciadle wypukłym
Optyka geometryczna
Optyka geometryczna
Optyka geometryczna
Przebieg promieni konstrukcyjnych w soczewce skupiającej – plik:
modul_XII_animacja_3_soczewka_skupiająca
moduł XII Film – Doświadczenie 2
Konstrukcja otrzymywania obrazu w soczewce skupiającej.
Optyka geometryczna
Konstrukcja otrzymywania obrazu w soczewce rozpraszającej.
Optyka geometryczna
Ogniskowa zwierciadła sferycznego
1
f  R
2
Ogniskowa cienkiej soczewki
 1
1  nsocz
1 
 
 1  
f  notocz  R1 R2 
Równanie zwierciadła i soczewki
1 1 1
 
f x y
Optyka falowa
Dyfrakcja światła polega na zmianie kierunku rozchodzenia się
światła na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu.
Optyka falowa
Dyfrakcja światła polega na zmianie kierunku rozchodzenia się
światła na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu.
Optyka falowa
Zjawisko interferencji światła polega na takim nakładaniu się
wiązek światła, że na ekranie powstają obszary wygaszenia
światła (ciemne prążki) oraz obszary wzmocnienia światła
(jasne prążki).
Optyka falowa
Zjawisko interferencji światła polega na takim nakładaniu się
wiązek światła, że na ekranie powstają obszary wygaszenia
światła (ciemne prążki) oraz obszary wzmocnienia światła
(jasne prążki).
Optyka falowa
Siatka dyfrakcyjna – układ wielu szczelin przepuszczających
światło
Warunek powstawania prążków widzianych za
pomocą siatki dyfrakcyjnej
n    a  sin n
Moduł XII - Film – Doświadczenie 3
Optyka falowa
Siatka dyfrakcyjna – układ wielu szczelin przepuszczających
światło
n    a  sin n
Optyka falowa
Optyka falowa
Zjawisko polaryzacji fali elektromagnetycznej polega na
ograniczaniu kierunków zmian natężenia pola elektrycznego.
Optyka falowa
Polaryzacja światła w wyniku
przejścia przez polaryzator
Warunek polaryzacji
przez odbicie
tgαB  n
Mechanizm polaryzacji światła przez odbicie
Kwantowy model światła
Według kwantowego modelu światła rozchodzenie się światła
polega na przemieszczaniu się fotonów.
Foton jest cząstką, która nie posiada masy spoczynkowej oraz
ładunku elektrycznego.
Foton to cząstka niosące energię o wartości:
hc
Ef 
λ
Pęd fotonu:
h
pf 
λ
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na
wybijaniu elektronów z powierzchni metalowej
płytki
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne
Prawa zjawiska fotoelektrycznego
1. Liczba wybitych elektronów
z powierzchni metalowej płytki jest
proporcjonalna do natężenia
padającego na tę płytkę promieniowania.
2. Nie występuje opóźnienie w czasie między rozpoczęciem naświetlania
a emisją elektronów.
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne
Prawa zjawiska fotoelektrycznego
3. Energia kinetyczna wybitego
z powierzchni metalu elektronu
zależy od częstotliwości
padającego promieniowania,
a nie zależy od natężenia
oświetlenia.
4. Dla każdego metalu istnieje pewna
graniczna częstotliwość
promieniowania, poniżej której
zjawisko fotoelektryczne nie zachodzi.
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne
Wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego
 Fotony padające na powierzchnię metalowej płytki trafiają
na swobodne elektrony znajdujące się w sieci krystalicznej
metalu.
 Elektrony przejmują energię fotonów.
 Część z tej energii elektrony zużywają na wyrwanie się
z płytki. Energia ta jest nazywana pracą wyjścia W.
 Pozostała część energii przekazanej elektronowi przez foton
stanowi energię kinetyczną elektronu wybitego z płytki.
h c
 W  Ek

Promieniowanie rentgenowskie
Promieniowanie rentgenowskie to fale elektromagnetyczne
o długościach fal leżących w zakresie od kilku pikometrów do
kilu nanometrów.
Schemat budowy lampy rentgenowskiej
Promieniowanie rentgenowskie
Minimalna długość fali promieniowania rentgenowskiego
λmin
hc

e U
Widmo ciągłe promieniowania rentgenowskiego
Promieniowanie rentgenowskie
To jest rys. 12.32.
Fale materii
Hipoteza de Broglie’a
Z każdą poruszającą się cząstką związana jest fala materii.
Długość fali materii:
λm
Dyfrakcja elektronów
Źródło: Remotely Controlled
Laboratories – Munich
h

pcz
Emisja i absorpcja promieniowania przez atom
Postulaty Bohra budowy atomu wodoru
 Elektron w atomie wodoru krąży po orbitach
kołowych pod wpływem sił przyciągania
elektrycznego między jądrem a elektronem.
Jednak dozwolone są tylko pewne orbity
o skwantowanych wartościach energii En.
 Atom emituje promieniowanie wtedy, gdy elektron przechodzi
z orbity o wyższej energii na orbitę o energii niższej.
Absorpcja promieniowania przez atom następuje wówczas,
gdy elektron przechodzi z orbity o niższej energii
na orbitę o energii wyższej.
Animacja przedstawiająca absorpcję oraz emisję promieniowania
Emisja i absorpcja promieniowania przez atom
Model Bohra budowy atomu wodoru
Promień orbity stacjonarnej w atomie wodoru
11
rn  n 5,3 10
m
Najmniejsza wartości energii elektronu
E1  - 13,6eV
Energie poziomów energetycznych
1
E n  13,6 eV  2
n
gdzie: n – główna liczba kwantowa
n = 1, 2, 3, …
Emisja i absorpcja promieniowania przez atom
Schemat poziomów energetycznych w atomie wodoru.
Emisja i absorpcja promieniowania przez atom
Schemat emisji promieniowania przez atom
Emisja i absorpcja promieniowania przez atom
Schemat absorpcji promieniowania przez atom