Banginė ir kvantinė optika Flashcards
Šiuolaikinė fizika teigia, kad šviesa yra…
elektromagnetinės bangos, kurios tam tikrais atvejais elgiasi kaip dalelių (kvantų) srautas.
Šviesos dualizmas -
šviesos sąvybių dvejopumas
c =
λf
n =
c/v
c - šviesos greitis vakuume
v - šviesos greitis terpėje
n - lūžio rodiklis
λ* =
λ/n
λ* - bangos ilgis terpėje
Terpėje pasikeičia…
bangos ilgis, ne dažnis.
Astronomiškai šviesos greitį pirmą kartą nustatė…
Olas Remeris 1676 m.
∠α0 =
arcsin(n2/n1)
∠α0 - visiško atspindžio kampas
n2 - oras
Sąlygos, kad pasireikštų visiškas atspindys (2):
1) α > α0;
2) n2 < n1;
Šviesos dispersija -
baltos šviesos išsklaidymas į spektrą
Kūnas yra tos spalvos,…
kuria atspindi, kitas sugeria
Skaidrus kūnas -
kūnas tos spalvos, kuria praleidžia, kitas sugeria
Raudonos bangos ilgis…
ilgiausias - 800 nm, o dažnis - mažiausias
Violetinės bangos ilgis…
trumpiausias - 400 nm, o dažnis - didžiausias
Bangų difrakcija -
bangų užlinkimas už kliūties. Pasireiškia kai kliūties matmenys mažesni už bangos ilgį (visad ties kliūties kraštu)
Interferencija -
bangų sudėtis. Vyksta, kai susitinka koherentinės bangos.
Koherentinės bangos -
sinchroniškai sklindančios (t.y. vienodo dažnio ir pastovaus fazių skirtumo) bangos
Bangos viena kitą stiprins, kai…
bangų eigos skirtumas yra sveikas bangų skaičius.
Δd(max) = kλ
Δd - bangų eigos skirtumas
k - spektro eilė (k = 0, 1, 2, 3…)
Bangos viena kitą silpnins, kai…
bangų eigos skirtumas yra nelyginis pusbangių skaičius.
Δd(min) = (2k + 1) * (λ/2)
Δd =
n2l2 - n1l1
l2, l1 - bangų geometrinis kelias
Difrakcijos gardelės konstanta -
atstumas, lygus skaidraus ir neskaidraus tarpelių difrakcinėje gardelėje bendram ilgiui
Žymimas d
λ =
dh/kl
h - atstumas nuo centrinio iki tam tikros eilės maksimumo
l - atstumas nuo ekrano iki gardelės
Poliarizacija -
vienintele kryptimi virpančios šviesos bangos išskyrimas iš natūraliosios šviesos
Poliarizacija gali vykti tik skersinėse bangose
Elektrinio vektoriaus plokštuma -
poliarizacijos plokštuma
Natūrali šviesa -
skersinė banga, kurioje virpesiai vyksta visomis kryptimis, statmenomis jos sklidimo krypčiai. Ji yra nepoliarizuota (lampų šviesa, laužo šviesa, Saulės šviesa)
Lazeryje šviesa…
poliarizuota
Poliarizatorius -
poliarizuoja šviesa
Analizatorius -
analizuoja ir praleidžia arba nepraleidžią poliarizuotą šviesą
Poliarizacija įrodo, kad: (2)
1) šviesa yra banga;
2) šviesa yra skesinės bangos (elektrinis vektorius kinta statmenai bangos sklidimo krypčiai);
Planko teorija:
kūnas skleidžia šviesą ne nuolatos, o porcijomis (kvantais). Šviesos kvantas - fotonas
Fotono savybės: (5)
1) Tik atsiradęs juda šviesos greičiu;
2) Neturi rimties masės (m0 = 0);
3) Turi energijos (E = hf = hc/λ);
4) p = mv = h/λ = hf/c;
5) E = mc^2; mc^2 = hf = hc/λ; m = hf/c^2 = h/cλ;
h - planko konstanta
p - judėsio kiekis (kūno impulsas)
Fotono energija priklauso nuo…
dažnio, o jis nekinta pereinant iš vienos terpės į kitą, todėl nekinta ir energija.
Išorinis fotoefektas -
elektronų išplėšimas iš medžiagos, kurią veikia elektromagnetinė (šviesos) spinduliuotė.
Fotoelektronai -
šviesos išplėšti elektronai
Fotoefekto dėsniai: (3)
1) Per vienentinį laiką iš katodo paviršiaus išplėštų fotoelektronų skaičius yra tiesiogiai proporcingas krintančios elektromagnetinės spinduliuotės intensyvumui (fotokatodo energinei apšvietai);
2) Fotoelektronų didžiausia pradinė kinetinė energija priklauso nuo spinduliuotės dažnio, bet nepriklauso nuo jos intensyvumo;
3) Kiekvienai medžiagai būdingaas tam tikras mažiausias (ribinis) spinduliuotės dažnis, kuriam esant dar vyksta fotoefektas. Šis dažnis vadinamas fotoefekto raudonąja riba;
Is =
Ne / t
Is - soties srovė;
N - dalelių skaičius;
e - elementarusis krūvis;
t - laikas
eUst =
me*v^2 / 2
Ust - stabdymo įtampa
me - elektrono masė
me =
9,11 * 10^-31 kg
Kūnas skleidžia elektromagnetines bangas, jų ilgis priklauso nuo…
temperatūros. Kuo aukštesnė temperatūras, tuo trumpesnis bangos ilgis.
Ek =
3/2 * kT
Ek - vienos dalelės kinetinė energija
k - bolcmano konstanta
T - temperatūra
Spektrai būna: (2)
1) Emisiniai;
2) Absorbciniai;
Emisiniai spektrai skirstomi į: (3)
1) Linijiniai;
2) Juostiniai;
3) Ištisiniai;
Absorbciniai spektrai skirstomi į: (2)
1) Linijiniai;
2) Juostiniai;
Kai kūnas skleidžia šviesą -
tai emisinis spektras
Ištisinius spektrus skleidžia…
kietieji kūnai, skysčiai ir tankios dujos.
Pvz.: lava, volframo lemputė, Saulė
Linijinius spektrusskleidžia…
nesaveikaujantys atomai (atominės dujos)
Kiekvienas cheminis elementas turi jam būdingą linijinį spektrą.
Juostinius spektrus skleidžia…
nesaveikaujančios molekulės.
Absorbcijos spektre kūnas…
sugeria tokio ilgio bangas, kurias sužadintas pats skleistų.
Spektrinė analizė -
fizikinis metodas, kurio metu pagal medžiagos spektrą nustatoma cheminė jos sudėtis (kokybinė ir kiekybinė)
Spektrinei analizei reikalingi prietaisai: (3)
1) Spektrografas (stebėti spektrą);
2) Spektroskopas (fotografuoti spektrą;
3) Spektrometras (užrašyti spektrą);
Spektrinės analizės prietaisai naudojami: (2)
1) Kriminalistikoje;
2) Astronomijoje;
Kiekvienas cheminis elementas turi…
sau būdingą energinių lygmenų skaičių.
Spektrinių prietaisų sudėtis: (3)
1) Kolimatorius (gauna siaurą šviesos pluoštą);
2) Prizmė/difrakcinė gardelė (skaido šviesą į spektrą);
3) Žiūronas (sukoncentruoja skirtingo ilgio bangas skirtingose vietose);
Šviesos spinduliavimo būdai: (5)
1) Šiluminis spinduliavimas (Saulė, žarija, lava);
2) Elektroliuminescencija (Dienos šviesos lempos, siaurės pašvaistė);
3) Katodoliuminescencija (Kineskopo ekranas, elektroninis vamzdis);
4) Chemiliuminescencija (jonvabalis, planktonas, šviečiančios lazdelės);
5) Fotoliuminescencija (fosforas, kelio ženklai, UV dažai);
Šiluminis spinduliavimas:
Kuo aukštesnė temperatūra, tuo greičiau atomai juda ir tuo daugiau sąveikauja, tam tikroje temperatūroje susidurdami atomai išskiria daug energijos ir pradeda spinduliuoti šviesą.
Elektroliuminescencija -
dujų švytėjimas, kai jomis teka elektra
Katodoliuminescencija -
kieto kūno švytėjimas, kai jis apšaudomas greitais elektronais
Chemiliuminescencija -
kai kurių chem. reakcijų metu, esant neaukštai temperatūrai, sužadintos dalelės skleidžia šviesą.
Fotoliuminescencija -
kai kurių medžiagų švytėjimas, kai jų atomai sužadinami šviesos.
p =
Fl / S = w(1 + r) * cos^2 i
p - šviesos slėgis
Fl - Lorenco jėga
S - paviršiaus plotas
w - tūrinis elektromagnetinės energijos tankis
r - atspindžio koeficientas (kai veidrodis r = 1, kai juodas - r = 0)
i - kritimo kampas
w =
I/c
I - krintančios spinduliuotės intensyvumas
I =
nhf
n - fotonų skaičius
Tomsono atomo modelis:
Teigiamas atomo krūvis užima visą atomą ir yra pasiskirstęs jame vienodu tankiu, o neigiamieji elektronai atome išsidėstę tarsi razinos kekse.
Rezerfordo atomo modelis:
Planetinis modelis. Barnduolis centre yra 1000 kartų mažesnis už atomo dydį, aplink jį skrieja elektronai.
Įelektrintas kūnas skleidžia elektromagnetines bangas kai…
jis juda su pagreičiu
Postulatas -
teiginys, kuris nereikalauja įrodymo
Boro postulatai: (2)
1) Atominė sistema gali būti tik ypatingų nuostoviųjų, arba kvantinių, būsenų, kurių kiekvieną atitinka tam tikra energija En. nuostoviosios būsenos atomas nespinduliuoja energijos;
2) pereidamas iš vienos nuostoviosios būsenos į kitą atomas išspinduliuoja arba sugeria elektromagnetinės spinduliuotės energijos kvantą;
hf =
Em - En
Em, En - energetiniai lygmenys
m - sužadinta būsena
n - nesužadinta būsena
f =
R(1/n^2 - 1/m^2)
R - Rytbergo konstanta
R =
3,29 * 10^15 s^-1
Savaiminis spinduliavimas -
atsitiktinis, savaiminis sužadinto atomo elektrono peršokimas iš aukštesnio į žemesnį energijos lygmenį, tuo sukeliant spinduliavimą.
Priverstinis spinduliavimas -
atomo šviesos spinduliavimas, sukeltas pašalinio fotono, kurio energija lygi elektrono šuolio į žemesnį lygmenį energijai.
Priverstinis spinduliavimas ir jį sužadinęs psinduliavimas yra…
koherentiniai.
Lazeris -
optinis kvantinis generatorius - įrenginys, kuriame priverstinis spinduliavimas kuria tam tikro dažnio regimąją elektromagnetinę spinduliuotę
Mazeris -
mikrobangų kvantinis generatorius - jame kuriamos centimetrinės radijo bangos, o ne šviesa.
Lazerio konstrukcija: (3)
1) Aktyvioji terpė (joje vyksta priverstiniai šuoliai);
2) Impulsinė išlydžio lempa (yra aplink aktyviąją terpę) (pripildyta neono ir kriptono dujų, skleidžia intensyvią žalią šviesą ir žadiną aktyviąją terpę. Kartu sukuriama užpildos apgrąža);
3) Stiklinis vamzdelis (jame įtaisoma aktyvioji terpė ir pro jį sklinda lazerio šviesa);
Energijos lygmenų užpildos apgrąža -
tokia medžiagos būsena, kai aukštesnio energijos lygmens užpilda yra didesnė nei pagrindinio lygmes.
Kaupinimas -
atomų užpildos apgrąžos sudarymas
Lazerio veikimo principas:
Kai jame yra užpildos apgrąža, kadangi yra daugiau elektronų E2 lygmenyje, yra didesnė tikimybė, kad fotonai sąveikaus su jais, todėl priverstinai spinduliuojamieji šuoliai yra dažnesni, nei sugerties. Dėl to šviesos intensyvumas didėja;
Lazerio panaudojimas: (6)
1) Lazeriniai interferometrai (matuoja mažus poslinkius ir nuotolius);
2) Ryšio perdavimas;
3) Prekių brūkšninių kodų skaitymo įrenginiai;
4) Mikrodalelių suvirinimas, pramušti siaurutes skyles kietuose kūnuose;
5) Sudėtingos chirurginės operacijos (veikia kaip lazerinis skalpelis);
6) Piktybinių navykų paieška (ląstelės švyti, pagal tai galima nustatyti, kur yra navikai);
