Download
1 / 60
600 likes | 761 Vues
Základní poznatky z optiky. Jitka Prokšová přednáška pro FPV 06/07. Proč vidíme předměty kolem nás? Kdo první změřil rychlost světla? Jak vnímáme barvy? Proč jsou mokré předměty tmavší než suché? Jak vzniká duha? Proč je obloha modrá? Jak vznikají optické přeludy?
E N D
Základní poznatky z optiky Jitka Prokšová přednáška pro FPV 06/07
Proč vidíme předměty kolem nás? • Kdo první změřil rychlost světla? • Jak vnímáme barvy? • Proč jsou mokré předměty tmavší než suché? • Jak vzniká duha? • Proč je obloha modrá? • Jak vznikají optické přeludy? • Proč světlušky svítí?
Vývoj názorů o světle · příčiny a podstata zrakového vjemu, · základní zákonitosti světelných jevů, • rychlost světla, • vzájemné působení světla a hmoty.
Geometrická (paprsková) optika Základy: Euklides (300 p.K.) – zákon odrazu světla pro rovinná i kulová zrcadla („Světlo se šíří z očí, protože při jejich zavření je tma.“) • Isaac Newton (1643 - 1727) emanační (korpuskulární) teorie světla
světelný paprsek – složen ze světelných částic (tvaru koule), šířících se přímočaře podle zákonů klasické mechaniky • odraz světla – odraz dokonale pružné částice (koule) • lom světla – způsoben přitažlivostí mezi světelnými částicemi a lámavým prostředím, – změna rychlosti částice při přechodu z jednoho prostředí do druhého (nesouhlas: chybné rychlosti šíření částic)
interference – Newtonovy kroužky – výklad: jev, který dokazuje vlnovou povahu světla, spojoval Newton s periodičností nebo s kmitáním prostředí
Vlnová a elektromagnetická teorie světla • Christian Huygens (1629 - 1695) 1678: undulační (vlnová) teorie • Thomas Young ( 1773 - 1829) 1801: uznání vlnové teorie (vysvětlení interferenčních jevů)
Huygensovy předpoklady • světelný rozruch jako pružný impuls šířící se éterem (který zaplňuje i vnitřek předmětů) • každý bod, do kterého vlnění dospělo, se stává zdrojem nového rozruchu Huygensovy objevy • polarizace světla v krystalech • světlo je příčné vlnění Paradox: korpuskulární teorie vysvětlovala interferenci světla (chybně) - vlnová ne
Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827) 1820: příčné vlnění James Clerk Maxwell (1831 - 1879) Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894) 1890: získal pomocí kmitavého obvodu elektromagnetické vlny o krátké vlnové délce a ukázal, že se spojují a odrážejí jako vlny světelné
Kvantová teorie světla Max Planck Albert Einstein (1858 - 1947) (1879 - 1955)
Optické jevy – dualismus: světlo má vlastnosti, které svědčí o jeho vlnové povaze a jiné, které dokazují korpuskulární charakter Kvantová optika: teorie, která popisuje jak vlastnosti světla, tak vlastnosti atomů, de Broglieho vztahy – přechod od korpuskulární teorie k vlnové teorii Renesance optiky (objev laserů, aplikace v informatice, optoelektronice)
Jednoduchý optický přístrojcamera obscurapřímočaré šíření světla (stínítko vzdáleno 30 cm od otvoru o průměru 0,8 mm)
Nejdůležitější paprsky: • I. rovnoběžný s optickou osou • II. jdoucí ohniskem • III. jdoucí středem optické soustavy
Zobrazení předmětu spojkou O F F’
Optické vady Monochromatické: • Otvorová vada • Koma • Zklenutí a astigmatismus • Zkreslení Chromatická aberace
Koma - obr. 1 (schéma zobrazení) obr. 2 obr. 3
Astigmatismus K austická plocha
Postupná elektromagnetická vlna: • vektor intenzity elektrického i magnetického pole je vždy kolmý na směr šíření vlny • příčné vlnění
přirozené světlo (přímé sluneční světlo, žárovka, plamen svíčky...) - nepolarizované
Vznik lineárně polarizovaného světla: • odrazem • lomem • úplným odrazem • dvojlomem • absorpcí (dichroismus) • rozptylem • interferencí
Užití polarizace • polarizační filtry (tlumení nežádoucího osvětlení, odlesků při fotografování) • fotoelasticimetrie (umělý dvojlom - ke zjištění mechanických napětí v modelech z plexiskla) • elektrooptické jevy (modulace světelného svazku)
Interference a difrakce = vlnové projevy světla. • Monochromatické světlo: světlé a tmavé proužky nebo prstence, bílé světlo: jasné centrální maximum a spektrální pásy jednotlivých řádů.
Pro pozorování interference je důležitá koherence světla, světlo z různých zdrojů má v daném místě stejnou fázi, neměnící se s časem. • Přirozené zdroje světla: sítnice našeho oka nedovoluje interferenční jevy pozorovat (schopnost zaznamenat změnu intenzity světla, trvá-li alespoň 1/10 s) • Lasery
Užití interference • protiodrazové vrstvy (porézní vrstva kryolitu: n = 1,34) • interferenční filtry (pološířka filtru: rozdíl vlnových délek, při nichž klesne propustnost na 1/2) • odrazové vrstvy, dielektrická zrcadla (kombinace více vrstev - vysoká hodnota n)
UV, IR UV (10 nm - 390 nm) • UV-A: 315 nm – 390 nm • (UV-B, UV-C) IR (760 nm - 0,3 mm) • zdroje : 1. tepelné (oblouková lampa, sluneční záření,…) 2. luminiscenční (výbojky)
UV • Rozptyl UV v ionosféře, v ozonosféře a v ostatních vrstvách atmosféry (vodní páry, aerosoly, ...). Čím déle UV záření prochází atmosférou, tím menší je jeho působení na zemském povrchu. • ve větších dávkách může UV záření poškodit zrak a kůži. • UV záření na Zemi je tvořeno UVA (90 – 99%) a malou částí UVB (1 – 10%).
UV záření a jeho účinky • nejcitlivějším orgánem jsou tak kůže a oči (oční spojivky a rohovka, u dlouhovlnného UVA pak také oční čočka). Průnik UV záření normální kůži je jen do hloubky 0,6 mm. • Dostatečná dávka UVA tak vyvolává zhnědnutí kůže, které vzniká nedlouho po ozáření, avšak trvává jen krátkou dobu (díky ozářením UVB paprsky - zčervenání kůže, popřípadě k tvorbě zánětu až puchýřů - po odeznění těchto projevů kůže zhnědne a toto zhnědnutí má trvalejší povahu). • Z pozitivních účinků UV záření lze uvést tvorbu vitamínu D a zpracování vápníku. Vitamín D se ukládá do kůže, jater, mozku a kostí - řídí metabolismus vápníku a podporuje vstřebávání vápníku ve střevě atd.
IR Využití IR • kontrola barevnosti (různá odrazivost barviv v IR oboru) • vojenské účely (noktovizory,infratelefony) • bezpečnostní prvky (poplachové zařízení, hlídací kontroly) • sušení a tepelné zpracování látek (mikrovlnné trouby, sušičky) • lékařství • biochemický průmysl
