II CZĘŚĆ OPTYKI.doc

II CZĘŚĆ OPTYKI

Teoria dualizmu korpuskularno-falowego światła dowodzi dwoistej natury światła, to znaczy tego, że w pewnych zjawiskach zachowuje się jak strumień cząsteczek, a w pewnych jak fala elektromagnetyczna.
Falowej natury światła dowodzą zjawiska:
- odbicia
- załamania
- dyfrakcji
- interferencji
- polaryzacji
Cząsteczkowej natury światła dowodzi zjawisko fotoelektryczne.

1. DYFRAKCJA I INTERFERENCJA FAL MECHANICZNYCH

a) dyfrakcja, czyli ugięcie fali na przeszkodzie

Twierdzenie Huygensa [czyt. Hojhensa!]

Każdy punkt ośrodka, do którego dochodzi fala płaska staje się źródłem fali kulistej, a w ośrodku dwuwymiarowym – kolistej.

b) interferencja – polega na nakładaniu się fal, w wyniku czego uzyskujemy wzmocnienia i wygaszenia, czyli tak zwane prążki interferencyjne. Jeśli fale spotykają się w zgodnej fazie to następuje wzmocnienie, jeśli w fazie przeciwnej – wygaszenie.

2. DYFRAKCJA I INTERFERENCJA FAL ŚWIETLNYCH

a) dyfrakcja – polega na zmianie kierunku ruchu fali świetlnej.

b) interferencja

Doświadczenie Young’a

Warunek na wzmocnienie (jasny prążek):

n – numer prążka
λ – długość fali
α – kąt ugięcia
d – odległość między szczelinami / stała siatki dyfrakcyjnej [1mm/ilość rys]

y – odległość między prążkiem zerowym a n-tym
l – odległość szczeliny (siatki) od ekranu

 

3. ZJAWISKO POLARYZACJI

Polaryzacja – uporządkowanie fali świetlnej poprzez wybór ściśle określonego kierunku drgań wektora natężenia pola elektromagnetycznego.

polaryzacja za pomocą polaryzatora:
 

polaryzacja przez odbicie:
 

Prawo Brewstera

Promień odbity jest spolaryzowany liniowo, kiedy tworzy z promieniem załamanym kąt 90°

4. ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

Zjawisko fotoelektryczne – polega na wybijaniu elektronów z metalu pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego.
 

Prawa doświadczalne opisujące zjawisko fotoelektryczne:

- dla każdego metalu istnieje pewna graniczna częstotliwość poniżej której zjawisko nie zachodzi

- liczba wybijanych elektronów jest proporcjonalna do natężenia padającego promieniowania
- energia kinetyczna wybijanych elektronów zależy jedynie od częstotliwości padającego promieniowania, nie zależy od jego natężenia
- w odpowiednich warunkach zjawisko zachodzi natychmiastowo

Światło – to strumień fotonów o ściśle określonej(!) energii,

która zależy od częstotliwości padającego promieniowania.


Ef – energia fotonów
ν – częstotliwość
h – stała Plancka

Fotony poruszają się z prędkością c, zatem zakładamy, że ich masa jest równa 0. Stąd pęd fotonu nie wyrażamy klasycznym wzorem p = mV, tylko:


Foton – nośnik energii – kwant energii promieniowania – porcja energii

Foton jest ściśle określony = skwantowany!

Warunek minimum

Warunek maksimum

W – praca wyjścia elektronu z metalu, stała charakterystyczna dla metalu
EK – energia kinetyczna elektronu

5. FOTOKOMÓRKA

Budowa:
- bańka szklana opróżniona z powietrza, na której z jednej strony napylono cienką warstwę metalu zwaną fotokatodą
- anoda naładowana dodatnio
- źródło napięcia, do którego jest podłączona fotokomórka
- miernik prądu
 

Jeśli na fotokomórkę pada promieniowanie to wybija z niej elektrony, które są przyspieszane przez dodatnio naładowaną anodę, obwód fotokomórki zostaje zamknięty i płynie przez nią prąd.

Fotokomórka jest używana do wyznaczania energii kinetycznej elektronu.

Praca prądu elektrycznego (pola elektrycznego)

 

m – masa elektronu ; v – prędkość z którą poruszały się e

q – ładunek elektronu ; Uh – napięcie hamowania

6. MODEL BOHRA

Postulaty budowy atomu wodoru wg Bohra:

I              elektron krąży w atomie wodoru pod wpływem siły Coulomba i nie traci przy tym energii
 

                            e – ładunek elementarny

                            k – stała

                            r – promień elektronu

II              promień orbity krążącego elektronu jest ściśle określony i taki, że moment pędu tego elektronu jest równy całkowitej wielokrotności stałej Plancka podzielonej przez 2П

mVr – moment pędu

III              elektron zwykle znajduje się w stanie podstawowym. Jednakże pod wpływem czynników zewnętrznych może przejść do stanu wzbudzonego. Nie pozostaje w nim długo i wraca emitując przy tym różnicę energii tych stanów w postaci promieniowania elektromagnetycznego

En – energia elektronów na n-tej powłoce

Energia jest skwantowana dla konkretnej powłoki, im dalej od jądra tym energia jest większa.

Absorpcja – przejście elektronu do wyższego stanu, pochłonięcie energii
Emisja – przejście elektronu do niższego stanu, pozbycie się promieniowania

k, n – numery orbit; k > n

W ZADANIACH: pamiętać o zamianie eV na J !!

7. ANALIZA SPEKTRALNA
Analiza spektralna to metoda naukowa służąca do wyznaczania składu chemicznego nieznanych substancji (ciał fizycznych) dzięki analizie widma emisyjnego bądź absorpcyjnego.P