optics Flashcards
1
Q
- Gaismas duālisms.
A
- vienlaicīgi gaisma ir vilnis un daļiņa
- korpuskulārās īpšības - gaismas taisnvirziena izplatīšanās, fotoefekts, atstarošanās un laušanas likumi
- viļņu īpašības - interference, gaismas polarizācija un gaismas difrakcija
- Noteiktos apstākļos spilgtāk izpaužas tās viļņu vai korpuskulārās īpašības
2
Q
- Gaismas absorbcijas likums.
A
- Gaismas absorbcija ir parādība, kad gaismas vilnis, izejot caur vielu, zaudē enerģiju: tā pārveidojas dažādās iekšējās enerģijas formās vielā vai maina virzienu
- Tā is gaismas intensitātes vājināšanās, kas notiek, tai ejot caur kādu vidi un atdodot enerģiju šai videi, piem., to sasildot
- Lielums l = 1/ absorbcijas koeficientu ir absorbcijas garums, kas rāda, ka, gaismai noejot attālumu l, tās intensitāte I samazinās e reizes, salīdzinot ar sākuma intensitāti I0.
- Absorbcijas rezultātā gaismas intensitāte I, ejot caur vielu, pēc Bugera likuma būs I = I0e-x, kur I0 ir krītošās gaismas intensitāte, x ir vielas slāņa absorbcijas biezums, ir absorbcijas koeficients, kas atkarīgs no , vielas stāvokļa, ķīmiskās dabas un nav atkarīgs no gaismas intensitātes.
3
Q
- Gaismas atstarošanas likumi.
A
- Gaismas atstarošana jeb gaismas refleksija ir parādība, kas novērojama, ja gaisma krīt uz robežvirsmu starp divām vidēm, kurām ir dažādi laušanas koeficienti. Daļa gaismas (vai pilnībā visa, ja virsma ir pilnībā necaurspīdīga) no robežvirsmas atgriežas tajā vidē, no kuras gaisma izstarota.
- Krišanas un atstarošanās leņķi mēra starp gaismas staru un perpendikulu, kas vilkts pret virsmu. Gaismas krišanas leņķis vienmēr ir vienāds ar gaismas atstarošanās leņķi
- Ja ķermenis ir matēts vai nelīdzens, tad gaisma atstarojas dažādos virzienos, to sauc par difūzo atstarošanos
4
Q
- Gaismas dispersija
A
- dispersija – baltās gaismas sadalīšanās spektrā
- Šo parādību nosaka vielas gaismas laušanas koeficients n, kas ir atkarīgs no frekvences v vai lambda viļņa garuma
- Gaismas dispersiju eksperimentāli atklāja Ņūtons1672.g., vērojot kā baltais gaismas stars ejot caur stikla prizmu sadalās krāsainos staros un veido spektru.
- No formulas izriet, ka staru noliekšanās leņķis prizmā ir atkarīgs no n , bet n ir viļņa garuma funkcija, tāpēc stari ar dažādu viļņa garumu, ejot caur prizmu, nolieksies par dažādiem leņķiem, proti, baltās gaismas stari, ejot caur prizmu veido spektru, ko novēroja Ņūtons
- Caurspīdīgas vielas laušanas koeficients ir apgriezti proporcionāls gaismas viļņa garumam, tas ir palielinoties , n samazinās. Sekojoši, sarkanie stari, kam ir mazāks laušanas koeficients nekā violetiem, izejot caur prizmu noliecas mazāk.
5
Q
- Heihensa-Freneļa princips.
A
- Difrakcijas parādību var izskaidrot ar Heigensa principa palīdzību: katrs punkts līdz, kuram nonāk vilnis, ir sekundāro viļņu avots, bet šo viļņu apliecējvirsma ir viļņu frontes stāvoklis nākošā laika momentā.
- Heigensa princips atrisina tikai viļņu frontes izplatīšanās virziena noteikšanu, bet neskar jautājumu par amplitūdu un viļņu intensitāti. Frenelis papildināja Heigensa principu ar sekundāro viļņu interferences ideju - fiktīvie sekundārie viļņu avoti ir koherenti un svārstās vienādās fāzēs
- Saskaņā ar Heigensa-Freneļa principu, gaismas vilnis, ko ierosina kāds avots S, var attēlot kā koherentu sekundāro viļņu superpozīcijas rezultātu, ko “izstaro” fiktīvi avoti. Par tādu avotu var būt jebkuras noslēgtas virsmas, kas aptver avotu S, fiziski neierobežoti mazi elementi ds.
6
Q
- Gaismas interference. Gaismas interferences noteikumi.
A
- Interference ir viļņu savstarpējā mijiedarbība, kad viļņi sastopas
- Viļņus, kuriem ir vienāds viļņu garums, sauc par koherentiem viļņiem.
- Atkarībā no viļņu savstarpējās fāžu nobīdes, viļņi var viens otru pastiprināt vai pavājināt.
- Svarīgs viļņu interferences nosacījums ir to koherence, tas ir dažu svārstību un viļņu procesu saskaņošanās laikā un telpā. Šo nosacījumu izpilda monohromatiskie viļņi – nenorobežoti telpā viļņi ar vienu noteiktu frekvenci un nemainīgu amplitūdu.
- Otrs koherences nosacījums ir svārstību fāzu starpības nemainīgums laikā.
- Pārklājoties diviem (vai vairākiem) koherentiem viļņiem, notiek gaismas plūsmas pārdalīšanās, telpā, kā rezultātā dažās vietās rodas maksimumi, bet citās – intensitātes minimumi. Šo parādību sauc par gaismas interferenci.
7
Q
- Gaismas difrakcija. Gaismas difrakcijas noteikumi.
A
- Par difrakciju sauc parādību, kad viļņi apliecas ap šķēršļiem vai jebkuru novirzi no viļņu izplatīšanās pēc ģeometriskiem likumiem.
- Pateicoties difrakcijai viļņi var iekļūt ģeometrisko ēnu apgabalā, apliekties ap šķēršļiem, iekļūt caur nelielām spraugām ekrānā utt..
- Difrakcijas parādību var izskaidrot ar Heigensa principa palīdzību: katrs punkts līdz, kuram nonāk vilnis, ir sekundāro viļņu avots, bet šo viļņu apliecējvirsma ir viļņu frontes stāvoklis nākošā laika momentā.
- (Par viļņu fronti sauc punktu ģeometrisko vietu, līdz, kurai nonāk svārstības laika momentā t.)
- Difrakcijas efekti ir novērojami, ja viļņa garums ir salīdzināms ar vai mazāks par šķēršļa izmēru
8
Q
- Gaismas laušanas likumi.
A
- Gaismas laušana jeb refrakcija ir parādība, kad gaismai pārejot no vienas vides citā vidē, kurā ir atšķirīgs gaismas izplatīšanās ātrums, tā maina gaismas staru izplatīšanās virzienu.
- Gaismai ir lielāks izplatīšanās ātrums optiski mazāk blīvā vidē. Gaismas krišanas leņķis ir lielāks kā gaismas laušanas leņķis, kad gaisma pāriet no optiski mazāk blīvas vides uz optiski blīvāku vidi. Savukārt, gaismas laušanas leņķis ir lielāks kā gaismas krišanas leņķis, kad gaisma pāriet no optiski blīvākas vides uz optiski mazāk blīvu vidi.
- Tātad, jo lielāks ir gaismas ātrums, jo gaismas laušanas koeficients, kas raksturo katru caurspīdīgu vielu, ir mazāks un gaismas stari mazāk lūst.
- Absolūtais gaismas laušanas koeficients rāda, cik reizes gaismas ātrums konkrētā vidē ir mazāks nekā gaismas ātrums vakuumā. Vakuumā gaismas absolūtais laušanas koeficients ir 1
- Caurspīdīgas vielas laušanas koeficients ir apgriezti proporcionāls gaismas viļņa garumam, tas ir palielinoties , n samazinās. Sekojoši, sarkanie stari, kam ir mazāks laušanas koeficients nekā violetiem, izejot caur prizmu noliecas mazāk.
9
Q
- Ārējais fotoefekts. Einšteina fotoefekta formula.Fotoefekta “sarkanā” robeža.
A
- Par ārējo fotoelektrisko efektu sauc elektronu izraušanu no vielas ar elektromagnētisko starojumu.
- Ārējo fotoefektu novēro cietos ķermeņos (metālos, pusvadītājos, dielektriķos), kā arī gāzēs.
- Pētnieki atklāja trīs ārējā fotoefekta likumus:
o I) Pie krītošas gaismas ar konstantu frekvenci fotoelektronu skaits, ko izrauj no katoda laika vienībā ir proporcionāls gaismas intensitātei
o II) Maksimālais sākuma ātrums vmax nav atkarīgs no krītošās gaismas intensitātes E.
o III) Katrai vielai ir fotoefekta “sarkanā robeža”, tas ir gaismas minimālā frekvence 0 , pie kuras jebkuras intensitātes gaisma fotoefektu neizraisa.
o Samazinoties gaismas frekvencei, fotoelektronu kinētiskā enerģija samazinās, bet A=const, pie noteiktas frekvences =0 fotoelektronu kinētiskā enerģija kļūst vienāda ar 0, un fotoefekts izbeigsies (III fotoefekta likums).
o Tā ir fotoefekta “sarkanā robeža”, kas atkarīga tikai no vielas ķīmiskās dabas un tās virsmas stāvokļa. - Kā uzskatīja Einšteins, katru kvantu absorbē tikai viens elektrons. Tāpēc izrauto fotoelektronu skaitam ir jābūt proporcionālam absorbētajiem fotoniem, proti, proporcionālam gaismas intensitātei.
- (I. fotoefekta likums). Absorbētā fotona enerģija tiek patērēta elektronam veicot izejdarbu elektronam no vielas un aiznesot sev līdzi enerģijas pārpalikumu kinētiskās enerģijas veidā.
- Einšteina vienādojums hv = A + mv2max / 2
10
Q
- Gaismas polarizācija. Polarizācijas pakāpe. Brustera likums polarizācijā.
A
- No Maksvela teorijas izriet, ka gaismas viļņi ir šķērsviļņi: viļņu elektriskā lauka E un magnētiskā lauka H intensitātes vektori ir savstarpēji perpendikulāri un svārstās perpendikulāri viļņa izplatīšanās ātruma vektoram (perpendikulāri stara izplatīšanās virzienam).
- Gaismu ar visām iespējamām un vienādi varbūtīgām vektora E (un H) orientācijām, sauc par dabisku.
- Gaismu, kurā vektoru E (un H) svārstību virzieni ir sakārtoti pēc noteikta likuma sauc par polarizētu.
- Gaismu, kurā vektors E ( un sekojoši H) svārstās noteiktā plaknē sauc par plaknē polarizētu jeb lineāri polarizētu.
- Gaismu, kurai ir dažādas savstarpēji perpendikulāras vektora svārstību amplitūdas, sauc par daļēji polarizētu.
- Daļēji polarizētu gaismu raksturo ar polarizācijas pakāpi p = IP -III / IP +III, kur Ip un Iii ir gaismas stara intensitātes perpendikulārā un paralēlā komponente.
- Dabiskai gaismai p=0, jo I = I, bet plakani polarizētai gaismai p =1, jo I=0; vai I=0
- Ja dabiska gaisma krīt uz robežvirsmu, kas atdala divas dažādas vides, tad daļa tās atstarojas, bet daļa lūst un izplatās otrā vidē.
- Polarizācijas pakāpe saskaņā ar Brūstera likumu ir atkarīga no krišanas leņķa un laušanas koeficienta tg alfa no krišanas leņķa = n21 (n21 otrās vides attiecībā pret pirmo laušanas koeficients). Atstarotais stars ir pilnīgi plakani polarizēts.
- Lauztais stars pie krišanas leņķa B polarizējas maksimāli, bet ne pilnīgi. No Brūstera likuma izriet, ka atstarotais un lauztais stari ir savstarpēji perpendikulāri.
