3. Elektromagnetiske bølger & diffraktion

Question 1

Det elektromagnetiske spektrum

Answer 1

Det elektromagnetiske spektrum rummer al elektromagnetisk stråling. Radiobølger med størst bølgelængde til gammastråling med mindst

Question 2

Elektromagnetisk stråling

Answer 2

Elektromagnetisk stråling er en kombination af elektriske og magnetiske felter, som begge udbreder sig gennem rummet / vaccum.
Radiobølger med størst bølgelængde til gammastråling med mindst

Question 3

Hvordan opstår elektromagnetisk stråling?

Answer 3

1. emmission
   * Når en elektron foretager et kvantespring til en lavere tilstand, så befinder der sig noget overskydende energi i den tilstand som elektronen er “faldet” exciteret ned til. Denne overskydende energi udsendes som fotoner.
2. varme / elektricitet
   * Når atomet bliver varmet op, enten ved at få tilført varme eller ved skabelsen af elektricitet, begynder det at vibrere eller “bevæge” sig hurtigere. Denne bevægelse er en form for kinetisk energi, der påvirker elektronerne i atomet. Energien får elektronerne til at udføre kvantespring, og atomet bliver dermed exciteret

Question 4

Diffraktion

Answer 4

Når bølger (af f.eks. lyd eller lys) sendes igennem snævre åbninger, spredes de i bestemte mønstre.

Question 5

Hvad er lys

Answer 5

Lys er elektromagnetisk stråling. Lys kan dog også siges at dække over et meget bredere spektrum der går udover det synlige lys. Altså, bølgelængder som er både større og mindre end det synlige lys, men lysets bølgelænde betegnes mest fra omkring 400 nm til 750 nm.

Question 6

Bølgelængde + hvordan udregnes den?

Answer 6

1. Afstanden fra f.eks. bølgetop til bølgetop.
2. betegnes med lambda
3. SI-enheden meter

Question 7

Frekvens + hvordan udregnes den?

Answer 7

1. Antal svingninger pr. sekund
2. Betegnes med f
3. SI-enheden = Hz (s^-1)
4. f = 1/T

Question 8

Svingningstid / Perioden + hvordan udregnes den?

Answer 8

1. Tiden det tager en bølge at tilbagelægge en bølgelængde
2. Betegnes med T
3. SI-enheden =
4. T = tidsvingning/antal

Question 9

Gymnasiets bølgeligning (FEDT-modellen + jo-jo)

Answer 9

v = f · lambda 
v = hastighed (m/s) 
f = frekvens (Hz / s^-1) 
lambda = bølgelængde (m) 

Hvis vores hastighed forbliver konstant. jo større frekvensen bliver jo mindre bliver bølgelængden, og vice-verca. Dog hvis v ikke er konstant, så stiger de proptionalt med hinanden.

f = v/ lambda 
lambda = v/f

Question 10

Bølgeligningen for lys

Answer 10

c = f · lambda

c = lysets hastighed 
f = frekvens (Hz /s^-1) 
lambda = bølgelængde (m) 

Frekvensen, og bølgelængden, er omvendt proportionale, da c er konstant

Question 11

Konstruktiv interferens

Answer 11

2 bølger der interferer i fase. Altså bølge top rammer bølgetop. Dette vil gøre den nye bølge forstærket.

Question 12

Destruktiv interferens

Answer 12

2 bølger interferer i modfase. Altså bølgetop rammer bølgedal. Dette vil gøre den nye bølge svækket.

Der kan også være tilfælde, hvor bølgerne ikke er ens og deraf interferere de ikke rent konstruktivt eller negativt.

Question 13

Gitterligningen

Answer 13

n = antal ordner

lambda = bølgelængde ( m)

d = gitterkonstant

phi = vinklen vi måler på

Question 14

Huygens princip

Answer 14

Ved afbøjningen vil der fra et hvert punkt fra bølgefronten udsendes en ringbølge, bølgetoppene fra ringbølgerne danner hermed en ny bølgefront.

Question 15

Optisk gitter

Answer 15

Et optisk gitter er en plade med en række parallelle ridser, med samme afstand fra hinanden. Afstanden mellem 2 ridser kaldes gitterkonstanten og betegnes med d.

Question 16

Babinets princip

Answer 16

Babinets princip viser nemlig at enkeltspaltningen er det komplementære mønster til gitteret. Dér hvor der var lys (konstruktiv interferens) i det optiske gitter, er nu, hvor der er mørkt (destruktiv interferens) i enkeltspaltningen. Dvs. at det ene er gennemsigtigt netop de steder, hvor det andet er uigennemsigtigt, og dette vil ifølge Babinets princip give det samme diffraktionsmønster.

Gitterligningen er en betingelse for konstruktiv interferens, men kun i et OPTISK GITTER. I en enkeltspalte, så snakker vi om betingelsen for destruktiv interferens, som også er gitterligningen.

Question 17

Wiens lov

Answer 17

Wiens forskydningslov siger noget om farven af lyset, og hvordan farven ændre sig med temperaturen

Jo større temperaturen er jo mere blåligt bliver lyset.

𝝀top= W_k/T

Hvad vi skal forstå ved ligningen er, at jo større temperaturen er jo mindre bliver bølgelængden, da et stort tal i nævneren giver en lille bølgetop.

Fordobling af temperaturen, er lig en halvering af bølgetop.

Vi kan bruge dette til at beregne temperaturen på objekter der ligger langt væk lige som solen. Her måler vi den udsendte strålings intensiteter og kan deraf finde temperaturen.

Question 18

Stefan-Boltzmanns lov

Answer 18

F = G·T⁴

Stefans lov siger noget om hvor meget lys der bliver udsendt, og hvordan at mængden af lys vokser med temperaturen

Vi kan se på ligningen at hvis vi fordobler temperaturen, så udsendes der 16 gange mere lys (F). Dette kan også visualisereres med planck kurven.

Hvis man tegner en planck kurve, har vi på x-aksen, bølgelængden, og op ad y-aksen har vi strålings intentstiteten. De mindre grafer har lavere tempereatur, og dermed udsender de mindre lys. Solen er ca. 5000 K varm, så hvis vi følger den sorte graf, kan vi se at den udsender al det synlige lys, og of course noget andet. Det er derfor solen ser hvid ud når vi kigger på op på den.

Alt i alt viser grafen os at jo større arealet er under kurven jo mere lys bliver der udsendt. Jo større temperatur jo mere lys udsendes

Question 19

Hvad sker der med mønsteret hvis man sender længere bølgelængder igennem et optisk gitter?

Answer 19

Jo længere en bølgelængde er, jo mindre bliver lyset afbøjet, grundet de forskellige byrdningsvinkler. Rød afbøjer mest, blå afbøjer mindst. Dette kan argumenteres med gitterligningen, da

n · lambda = d · sin(vinkel)

Jo større bølgelængden er, jo større på vinklen være og omvendt.