Optika

Elektromagnetické vlnění Každá elektromagnetická vlna má dvě složky: elektrickou složku, kterou představuje vektor intenzity elektrického pole E, a magnetickou složku, kterou tvoří vektor magnetické indukce B. Obě složky jsou na sebe navzájem kolmé a ještě navíc jsou obě kolmé na směr šíření vlnění.

Spektrum elektromagnetického vlnění

Viditelné světlo o vlnových délkách 400 - 800 nm je světlo, na které je citlivé lidské oko. tato část elektromagnetického spektra se také označuje jako světelné spektrum. Jednotlivé barvy, vyskytující se ve světelném spektru se nazývají spektrálními barvami a odpovídají jim určité intervaly vlnových délek elektromagnetického záření

světelné spektrum Barva Vlnová délka červená 625 až 740 nm oranžová žlutá 565 až 590 nm zelená 520 až 565 nm azurová 500 až 520 nm modrá 430 až 500 nm fialová 380 až 430 nm

Rychlost světla Rychlost světla ve vakuu c = 3. 108 m/s λ …………..vlnová délka……….m c …………..rychlost světla …….m/s f ……………frekvence ………….1/s

Šíření světla Optické prostředí průhledné – nedochází v něm k rozptylu světla průsvitné – světlo prostředím prochází, ale zčásti se v něm rozptyluje neprůhledné – světlo se v něm silně pohlcuje nebo se na povrchu odráží

Typy prostředí Opticky homogenní – stejnorodé – má všude stejné optické vlastnosti Opticky izotropní – rychlost šíření světla nezávisí na směru Opticky anizotropní – rychlost šíření závisí na směru

Vlnoplocha Bodový zdroj světla Stane-li se určitý bod prostředí zdrojem kmitavého rozruchu, postupuje vlnění ze zdroje všemi směry rychlostí v a za dobu t dosáhne vzdálenosti r = vt. Všechny body, do nichž dospěje vlnění z bodového zdroje za stejnou dobu, leží na kulové ploše, kterou nazýváme vlnoplocha.

Huygensův princip šíření vlnoploch Každý bod vlnoplochy, do něhož dospěje vlnění v určitém okamžiku, se stává zdrojem nového, tzv. elementárního vlnění, které se šíří z tohoto zdroje v elementárních vlnoplochách. Vnější obalová plocha všech elementárních vlnoploch tvoří pak výslednou vlnoplochu v dalším časovém okamžiku.

Reflexe = odraz světla Zákon odrazu: úhel dopadu () paprsku na fázové rozhraní se rovná jeho úhlu odrazu (´)  = ´

Refrakce = lom světla lom světla vzniká na rozhraní dvou optických prostředí lom ke kolmici - nastává na rozhraní prostředí, přechází-li paprsek světla z opticky řidšího do opticky hustšího prostředí; úhel lomu β je menší než úhel dopadu 

lom ke kolmici

Lom od kolmice lom od kolmice - nastává na rozhraní prostředí, přechází-li paprsek světla z opticky hustšího do opticky řidšího prostředí; úhel lomu β je větší než úhel dopadu 

Lom od kolmice

Mezní úhel Je úhel při kterém dosáhne úhel lomu 90° Tento jev se nazývá úplný odraz Mezní úhel se značí αm

Zákon lomu – Snellův zákon podíl sinu úhlu dopadu a sinu úhlu lomu je pro rozhraní dvou optických prostředí stálý a rovná se podílu rychlostí světla v těchto prostředích  

Absolutní index lomu Je vztažen k přechodu světla z vakua do uvažované látky

Relativní index lomu relativní index lomu nr - vyjadřuje jej hodnota podílu v1 a v2 relativní index lomu nr dvou prostředí je roven podílu absolutního indexu lomu n2 druhého prostředí a absolutního indexu lomu n1 prvního prostředí  

Disperze světla Rozklad bílého světla na barevné složky Příčina: index lomu je závislý na vlnové délce dopadajícího paprsku

Hranolové spektrum Optický hranol – vyroben ze skla, které vykazuje značnou disperzi světla Bílé světlo se hranolem rozloží na barevné pruhy: červená – nejmenší hodnota indexu lomu, fialová – největší hodnota indexu lomu.

Fotometrické veličiny Svítivost Osvětlení

Svítivost Značí se I Jednotkou je kandela - cd – základní jednotka soustavy SI Jednotková svítivost odpovídá přibližně svítivosti obyčejné svíčky

Osvětlení Značí se E Jednotkou je lux – lx Osvětlení 1 lx má ploška ve vzdálenosti 1 m od zdroje světla se svítivostí 1 cd při kolmém dopadu světla K měření osvětlení se používá luxmetr

Rentgenové záření Rentgenové záření je elektromagnetické záření o vysoké energii a krátké vlnové délce Zdroj rentgenového záření – rentgenka Záření bylo nazváno podle svého objevitele, německého fyzika Wilhelma Conrada Röntgena.

Zdroje rtg záření

Vznik rtg záření Ze záporné katody se uvolňují elektrony, které jsou urychleny elektrickým polem mezi elektrodami Po dopadu na anodu pronikají několika vrstvami atomu anody, dokud neztratí svoji kinetickou energii Jejich energie se přemění na energii rentgenového záření, které vystupuje z rentgenky

Vlastnosti RTG záření RTG záření proniká látkami 150x více se pohlcuje v kostech než ve svalech ( příčina Ca více pohlcuje) Ionizační účinky RTG záření jsou nebezpečné a mohou vést k poškození organizmu Využití RTG záření – v lékařství, průmysl – defektoskopie, bezpečnostní rentgeny – kontrola zavazadel, umění –odhalování padělků, studium struktury látek, astronomie

Vlnové vlastnosti světla Interference Difrakce Polarizace

Interference světla Světelné vlny, které dopadají do určitého místa mohou být fázově posunuté vlnění se setkávají se stejnou fází vlnění se setkávají s opačnou fází

Se stejnou fází – vlnění se zesiluje – vzniká interferenční maximum Se opačnou fází – vlnění se zeslabuje – vzniká interferenční minimum

Podmínkou pro vznik pozorovatelného interferenčního jevu je, aby po dostatečně dlouhou dobu byl fázový rozdíl vln konstantní a neměnil se. Světelným vlnám, které tuto podmínku splňují říkáme koherentní světelné vlnění Praktický příklad interference – duhové zbarvení olejových skvrn

Ohyb světla - difrakce Způsobuje, že při dopadu světla na překážku není rozhraní světla a stínu zcela ostré a světlo proniká zčásti i za překážku

Polarizace světla Světlo = elektromagnetické vlnění složené ze dvou složek – elektrické a magnetické Elektrickou charakterizuje vektor intenzity elektrického pole E Magnetickou charakterizuje vektor intenzity magnetického pole B

Polarizace světla Vektor intenzity elektrického pole kmitá pouze v jedné rovině