Dane INFORMACYJNe

2. Dane INFORMACYJNe • Nazwa szkoły: • Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych w Kłodawie • ID grupy: 97_92_mf_g1 • Opiekun: Aleksandra Arkuszewska • Kompetencja: • Matematyczno-fizyczne • Temat projektowy: • Światło • Semestr/rok szkolny: V/2011/2012

3. Pojęcie Światła • Potocznie nazywa się tak widzialną część promieniowania elektromagnetycznego, czyli promieniowanie widzialne odbierane przez siatkówkę oka ludzkiego np. w określeniu światłocień.

4. Ważne zjawiska fizyczne dotyczące światła rozchodzenia się fal rozpraszanie światła rozszczepienie Sonoluminescencja widzenie stereoskopowe załamanie zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne i zewnętrzne (fotoemisja) • dyfrakcja • fluorescencja • fosforescencja • interferencja • luminescencja • odbicie • polaryzacja fali • Prostoliniowość

5. Źródła Światła • Przedmioty emitujące światło. Przedmioty, które widzimy, mogą same wysyłać światło lub odbijać światło padające na nie. Te, które same emitują światło nazywamy źródłami światła. Dla ludzi najważniejszym źródłem światła jest Słońce, bez którego nie istniałoby życie na Ziemi. Źródła światła dzielimy na naturalne oraz sztuczne.

6. Naturalne źródła Światła • gwiazdy (Słońce i inne ciała niebieskie) • czynne wulkany • piorun lub błyskawica • zorza polarna • świetliki • ryby głębinowe

7. Sztuczne źródła światła świetlówki lasery diody świecące płomień zapalonej świecy, zapałki plazma łuk elektryczny / iskra elektryczna wyładowanie elektryczne wybuch lub eksplozja • świece • ognisko • kaganki • pochodnie • lampa • lampy naftowe • lampy elektryczne • żarówki m.in. w latarce • latarnia

8. Detektory Światła • fotodioda • fotokomórka • fotopowielacz • fototranzystor • matryca CCD • luksomierz • Bolometr

9. Przyrządy optyczne • Urządzenie służące do zmieniania drogi promieni świetlnych, a czasem także promieni niektórych innych form promieniowania elektromagnetycznego. W zależności od konstrukcji, służyć może do różnych celów, jak np. obserwacji obiektów trudno lub wręcz w ogóle nierozpoznawalnych za pomocą nieuzbrojonego ludzkiego oka, obserwacji obiektów zasłoniętych dla bezpośredniej obserwacji, projekcji lub ekspozycji obrazów, nadania oświetleniu odpowiedniego kierunku i kształtu, lub też korekty wad wzroku.

10. Przyrządy optyczne mikroskop monokl okulary peryskop powiększalnik projektor reflektor rzutnik przezroczy teleskop zwierciadło optyczne • aparat fotograficzny • camera obscura • diaskop • epidiaskop • episkop • grafoskop • lorneta • Teleskop (refraktor, luneta) • lupa • kamera filmowa lub kamera wideo

11. Rodzaje Światła • ŚWIATŁO • BIAŁE MONOCHROMATYCZNE SPÓJNE

12. Barwa biała • Barwa biała – najjaśniejsza z barw.Jest to zrównoważona mieszanina barw prostych, która jest odbierana przez człowieka jako najjaśniejsza w otoczeniu odmiana szarości.

13. Barwa monochromatyczna • Barwa monochromatyczna jest to barwa otrzymana z rozszczepienia światła białego.

14. Spójne światło • Spójne światło jest to światło spełniające warunek spójności promieniowania elektromagnetycznego. Promienie spójnego światła mogą ze sobą interferować. Źródłem spójnego światła jest np. laser.

15. Światło jako fala elektromagnetyczna • Drgające ładunki elektryczne wytwarzają w przestrzeni zmienne pole elektryczne, które zgodnie z prawem Maxwella indukuje zmienne pole magnetyczne, a to z kolei indukuje zmienne pole elektryczne itd. Tak więc drgania pola elektrycznego wzbudzają drgania pola magnetycznego i odwrotnie. Drgające pola, które wzajemnie się wzbudzają, nazywamy promieniowaniem elektromagnetycznym. Promieniowanie elektromagnetyczne rozchodzi się w przestrzeni jak fala o częstotliwości równej częstotliwości drgań ładunku elektrycznego, który jest jej źródłem, i dlatego promieniowanie to nazywamy falą elektromagnetyczną.

16. Światło- Częstość drgań i długość fali • Długość fali widoczna jest najlepiej wtedy, gdy na chwilę "zatrzymamy" falę w jej ruchu - sfotografujemy ją.

17. Częstotliwość fali • Częstotliwość drgań jest ściśle związana z okresem.  Częstotliwość równa jest ilości drgań, jakie wykonują punkty ośrodka w ciągu jednostki czasu (najczęściej 1s). • Częstotliwość jest odwrotnością okresu: • Czyli w naszym przypadku, gdy okres drgań koralika wynosił 1,5 s, częstotliwość wyniesie: • f = 1/1,5 = 2/3  • Częstotliwość drgań koralika (a także częstotliwość fali pobudzającej koralik do drgań) wynosi 2/3 Hz (ok. 0,67 Hz).

18. Prędkość światła • Prędkość światła, c, fundamentalna stała fizyki. Jest to prędkość rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w próżni. W układzie jednostek SI prędkość światła powiązana jest z dwiema innymi stałymi przyrody: dielektryczną stałą dla próżni εo oraz przenikalnością magnetyczną dla próżni µo zależnością:

19. Widmo promieniowania optycznego • Występuje jako naturalny składnik promieniowania słonecznego oraz wytwarzane jest w sposób sztuczny przez człowieka w celu wykorzystania w różnych procesach technologicznych w przemyśle, medycynie, kosmetyce czy pracach badawczych. Promieniowanie to stanowi również produkt uboczny działalności zawodowej człowieka i występuje np. podczas spawania lub podczas gorących procesów technologicznych w hutnictwie. W związku z faktem, że promieniowanie to może powodować szkodliwe skutki dla zdrowia człowieka zalicza się je do czynników szkodliwych w środowisku pracy.

20. Widmo fal elektromagnetycznych

21. Światło widzialne na tle całego spektrum fal elektromagnetycznych

22. Charakterystyczne długości fal

23. Fale radiowe • Fale radiowe znajdują bardzo szerokie zastosowanie w telekomunikacji, radiofonii, telewizji, radioastronomii i wielu innych dziedzinach nauki i techniki. • W technice podstawowym źródłem fal radiowych są anteny zasilane prądem przemiennym odpowiedniej częstotliwości. Wiele urządzeń generuje też zakłócenia będące falami radiowymi, wymienić tu można na przykład: zasilacze impulsowe, falowniki i regulatory tyrystorowe, piece indukcyjne, spawarki, zapłon iskrowy silników samochodowych, iskrzące styki urządzeń elektrycznych. • Naturalne źródła fal radiowych to między innymi wyładowania atmosferyczne, zorze polarne, radiogalaktyki.

24. schematyczny rysunek fali elektromagnetycznej promieniowanej przez antenę dipolową

25. mikrofale • Podstawowe zastosowania mikrofal to łączność (na przykład telefonia komórkowa, radiolinie, bezprzewodowe sieci komputerowe) oraz technika radarowa. Fale zakresu mikrofalowego są również wykorzystywane w radioastronomii, a odkrycie mikrofalowego promieniowania tła miało ważne znaczenie dla rozwoju i weryfikacji modeli kosmologicznych. Wiele dielektryków mocno absorbuje mikrofale, co powoduje ich rozgrzewanie i jest wykorzystywane w kuchenkach mikrofalowych, przemysłowych urządzeniach grzejnych i w medycynie.

26. Fala elektromagnetyczna (mod TE31) rozchodząca się w falowodzie mikrofalowym. Pole elektryczne skierowane jest w kierunku x, Kolory jasne i ciemne oznaczają przeciwne jego zwroty

27. podczerwień • Promieniowanie podczerwone jest nazywane również cieplnym, szczególnie gdy jego źródłem są nagrzane ciała. Każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje takie promieniowanie, a ciała o temperaturze pokojowej najwięcej promieniowania emitują w zakresie długości fali rzędu 10 μm. Przedmioty o wyższej temperaturze emitują promieniowanie o większym natężeniu i mniejszej długości, co pozwala na zdalny pomiar ich temperatury i obserwację za pomocą urządzeń rejestrujących wysyłane promieniowanie.

28. Termowizyjne zdjęcie budynku

29. ultrafiolet • Promieniowanie ultrafioletowe, jest zaliczane do promieniowania jonizującego, czyli ma zdolność odrywania elektronów od atomów i cząsteczek. W dużym stopniu określa to jego właściwości, szczególnie oddziaływanie z materią i na organizmy żywe. • Słońce emituje ultrafiolet w szerokim zakresie spektralnym, ale górne warstwy atmosfery ziemskiej (warstwa ozonowa) pochłaniają większość promieniowania z krótkofalowej części spektrum. Obserwacje astronomiczne w ultrafiolecie rozwinęły się dopiero po wyniesieniu ponad atmosferę przyrządów astronomicznych.

30. Banknot oświetlony promieniowaniem ultrafioletowym

31. Promieniowanie rentgenowskie • Promieniowanie rentgenowskie jest promieniowaniem jonizującym. • Technicznie promieniowanie rentgenowskie uzyskuje się przeważnie poprzez wyhamowywanie rozpędzonych cząstek naładowanych. W lampach rentgenowskich są to rozpędzone za pomocą wysokiego napięcia elektrony hamowane na metalowych anodach. Źródłem wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego są również przyspieszane w akceleratorach cząstki naładowane. Promieniowanie rentgenowskie jest wykorzystywane do wykonywania zdjęć rentgenowskich do celów defektoskopii i diagnostyki medycznej. • W zakresie promieniowania rentgenowskiego są również prowadzone obserwacje astronomiczne.

32. Zdjęcie rentgenowskie uszkodzonej świetlówki

33. Optyka geometryczna • Optyka geometryczna to dział optyki zajmujący się wytłumaczeniem zjawisk optycznych przy użyciu pojęcia promienia.

34. Założenia optyki geometrycznej • w ośrodku optycznie jednorodnym światło biegnie po linii prostej • ośrodek optyczny to taki, w którym rozchodzi się światło • ośrodek optycznie jednorodny to taki, który w całej swojej objętości posiada jednakowe właściwości fizyczno-chemiczne • linia, po której rozchodzi się światło, to promień świetlny • promień skierowany prostopadle do powierzchni płaskiej ulegnie odbiciu i wróci do źródła światła

35. Zastosowanie optyki geometrycznej • Aparaty fotograficzne • Okulary • Lornetki • Teleskopy • obiektywy

36. Zjawiska optyczne

37. Odbicie światła • Odbicie światła to zmiana kierunku rozchodzenia się fali na granicy dwóch ośrodków powodująca, że pozostaje ona w ośrodku, w którym się rozchodzi. Odbicie może dawać obraz lustrzany lub być rozmyte, zachowując tylko właściwości fali, ale nie dokładny obraz jej źródła. • Kąt padania to kąt między promieniem padającym a normalną do powierzchni (osią prostopadłą do powierzchni) . • Kąt odbicia to kąt między promieniem odbitym a normalną do powierzchni (osią prostopadłą do powierzchni) Prostopadła do powierzchni odbijającej w punkcie padania promienia zwana jest normalną padania.

38. Odbicie fali:A - granica ośrodków; B - ośrodek pierwszy; C - ośrodek drugi; P - promień padający; N - normalna; Q - promień odbity

39. Prawo odbicia • Kąt odbicia jest równy kątowi padania, a promień padający, promień odbity i normalna do powierzchni odbicia leżą w jednej płaszczyźnie. W wyniku odbicia zmienia się tylko kierunek rozchodzenia się fali, nie zmienia się jej długość.

40. Załamanie światła • Refrakcja - zmiana kierunku rozchodzenia się fali (załamanie fali) związana ze zmianą jej prędkości, gdy przechodzi do innego ośrodka. Zmiana prędkości powoduje zmianę długości fali, a częstotliwość pozostaje stała.

41. Załamanie światła - schemat

42. Efekt wynikający z załamania światła

43. , Prawo załamania • Zgodnie ze schematem promień P pochodzący z Ośrodka A w punkcie S załamuje się na granicy ośrodków i podąża jako promień Z w Ośrodku B. Kąt padania oraz kąt załamania określa się między odpowiednim promieniem a prostopadłą do granicy ośrodków w punkcie padania S, można oznaczyć kąt padania θP oraz kąt załamania θZ. Sinusy tych kątów wiąże następująca zależność:gdzie: • Vi prędkość fali w ośrodku i,n1- współczynnik załamania światła ośrodka A, n2- współczynnik załamania światła ośrodka B.

44. Ugięcie Światła • Dyfrakcja (ugięcie fali) to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali • Dyfrakcja używana jest do badania fal oraz obiektów o niewielkich rozmiarach, w tym i kryształów, ogranicza jednak zdolność rozdzielczą układów optycznych.

45. Komputerowo wygenerowana symulacja dyfrakcji, szczelina ma rozmiar 4 długości fali. Na wykresie obszaryo wyższym kontraście reprezentują większą amplitudę fali, a te o mniejszym - mniejszą.

46. polaryzacja • Polaryzacja – właściwość fali poprzecznej polegająca na zmianach kierunku oscylacji rozchodzącego się zaburzenia w określony sposób.

47. Rodzaje polaryzacji

48. Polaryzacja liniowa W fali spolaryzowanej liniowo oscylacje zaburzenia odbywają się w jednej płaszczyźnie, w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali. Płaską falę rozchodzącą się w kierunku z, a spolaryzowaną liniowo w dowolnym kierunku, można przedstawić jako superpozycję dwóch fal spolaryzowanych liniowo w kierunkachx i y. Fale składowe są w zgodnej fazie lub w przeciwfazie (przesunięte o 180°), a ich stosunek amplitud określa kierunek polaryzacji powstającej w wyniku takiej superpozycji fali wypadkowej.

49. Polaryzacja kołowa W polaryzacji kołowej rozchodzące się zaburzenie (na przykład pole elektryczne lub odchylenie cząstki ośrodka materialnego od położenia równowagi) określane wzdłuż kierunku ruchu fali ma zawsze taką samą wartość, ale jego kierunek się zmienia. Kierunek zmian jest taki, że w ustalonym punkcie przestrzeni koniec wektora opisującego zaburzenie zatacza okrąg w czasie jednego okresu fali.

50. polaryzacja ELIPTYCZNA W polaryzacji eliptycznej rozchodzące się zaburzenie określane wzdłuż kierunku ruchu fali ma zawsze wartość i kierunek taki, że w ustalonym punkcie przestrzeni koniec wektora opisującego zaburzenie zatacza elipsę. Falę spolaryzowaną eliptycznie można otrzymać przez złożenie dwóch fal o jednakowych częstotliwościach, rozchodzących się w tym samym kierunku, spolaryzowanych liniowo w kierunkach wzajemnie prostopadłych, przesuniętych w fazie o odpowiedni kąt, ale o różnych amplitudach.