ΣΥΝΟΨΗ (5)

ΦΥΣΙΚΗ IV (2013-2014) ● KYMATIKH – OΠTIKH ● ΜΑΡΙΑ ΚΑΤΣΙΚΙΝΗ (T3)42

Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

Ραδιοκύματα: ΑΜ, FM, TV (συχνότητες από λίγα έως 109 Ηz)Μικροκύματα: τηλεπικοινωνίες, ραντάρ, ραδιοαστρονομία (109 – 31011Hz)Υπέρυθρη ακτιν.: (π.χ. θερμότητα από τον ήλιο) 31011 – 3.81014 HzΦως: 390-750 nmΥπεριώδης ακτιν.: (μαύρισμα) 770 THz – 31017 HzΑκτίνες Χ: (ιονίζουσα ακτινοβολία, μελέτη δομής υλικών, απεικονιστικές ιατρικές μέθοδοι) 31017 – 51019 HzΑκτίνες γ: 104 – 1019 eV

1240E h E eV

nm -34h 6.63 10 J s

-191eV 1.602 10 J

181J 6.242 10 eV

173 10

c Hznm

ΣΥΝΟΨΗ (5)

ΦΥΣΙΚΗ IV (2013-2014) ● KYMATIKH – OΠTIKH ● ΜΑΡΙΑ ΚΑΤΣΙΚΙΝΗ (T3)43

Το ορατό φάσμα

Κυματική φύση του φωτός: αρχή επαλληλίας, διασκεδασμός, πόλωση, συμβολή, περίθλαση.Σωματιδιακή φύση του φωτός (κβαντική): εκπομπή- απορρόφηση φωτός (κβάντο ενέργειας =hν).Γεωμετρική οπτική: ανάκλαση, διάθλαση (μεγάλες διαστάσεις εμποδίων πορείες ακτίνων)

i kr t0E E e

Για την κυματική περιγραφή έχει επικρατήσει η χρήση του Ε (απόκριση ανιχνευτών / ματιού)

επίπεδο (το δηλώνει και την πόλωση)

i kr t0EE er

σφαιρικό0E

Ένταση του φωτός(διάδοση στο κενό)

20 0T

1I S c E

2 8 mc 3 10

sΤαχύτητα φωτός στο κενό:

Καμπύλη απόκρισης ματιού

ΣΥΝΟΨΗ (5)

ΦΥΣΙΚΗ IV (2013-2014) ● KYMATIKH – OΠTIKH ● ΜΑΡΙΑ ΚΑΤΣΙΚΙΝΗ (T3)44

Διατήρηση ενέργειας στο η/μ πεδίο

uS E j

t

Ροή ακτινοβολίας

Ρυθμός ελάττωσης πυκνότητας ενέργειας

Παραγωγή έργου στα φορτία της ύλης

Ορμή ακτινοβολίας

Ε

Β

k

Το φως έχει ορμή λόγω της δύναμης (Lorentz) που ασκεί το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο του στα φορτία της ύλης

Up

cΓια πλήρως απορροφητική

επιφάνεια2U

pc

Για πλήρως ανακλαστική επιφάνεια

ενέργεια (J)

ταχύτητα (m/s)

Υπολογισμός δύναμης που ασκείται

dpF

dt

ΣΥΝΟΨΗ (5)

ΦΥΣΙΚΗ IV (2013-2014) ● KYMATIKH – OΠTIKH ● ΜΑΡΙΑ ΚΑΤΣΙΚΙΝΗ (T3)45

Πίεση ακτινοβολίας

Το φως ασκεί πίεση (δύναμη / επιφάνεια)

S I

c c πλήρης απορρόφηση

πίεση ακτινοβολίας = πυκνότητα ενέργειας (μέση τιμή)

2I

c πλήρης ανάκλαση

Λαμβάνοντας υπόψη ότι Ι=uc

Ταχύτητα διάδοσης του φωτός (πειραματικός προσδιορισμός)

Γαλιλαίος, Roemer, Bradley, Fizeau, Michelson (συνοπτικά)

Πείραμα Fizeau

2Lc

mc 299,792,458

s

ΣΥΝΟΨΗ (5)

ΦΥΣΙΚΗ IV (2013-2014) ● KYMATIKH – OΠTIKH ● ΜΑΡΙΑ ΚΑΤΣΙΚΙΝΗ (T3)46

Κβαντική φύση του φωτός

Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

kinE h μέταλλο

Φως (UV)

φωτοηλεκτρόνια

* αύξηση της έντασης του φωτός αύξηση του αριθμού των φωτοηλεκτρονίων

* αύξηση της συχνότητας του φωτός αύξηση της κινητικής ενέργειας των φωτοηλεκτρονίων

Ενέργεια κβάντου = hν, Ενέργεια δέσμης = nhν (n= αριθμός κβάντων)

Ορμή: Ενέργεια:

-34h 6.63 10 J s

2

h hp p k

k

E( U)E cp p

c

Στροφορμή (πείραμα Beth): αριστερόστροφα κυκλικά πολωμένο φως: σπιν φωτονίου δεξιόστροφα κυκλικά πολωμένο φως: σπιν φωτονίουγραμμικά πολωμένο φως: σπιν φωτονίου

0

+1 -1

ΣΥΝΟΨΗ (5)

ΦΥΣΙΚΗ IV (2013-2014) ● KYMATIKH – OΠTIKH ● ΜΑΡΙΑ ΚΑΤΣΙΚΙΝΗ (T3)47

Αντιστοιχία κβαντικής και κυματικής περιγραφής

Ενέργεια φωτονίου: 2

c

E h E kc

2 2 2 x y zk k k kΚυματάριθμος:

Κβαντικοί αριθμοί: kx, ky, kz, σ

Φωτόνια με ίδιους κβαντικούς αριθμούς (ίδιο k= ίδια διεύθυνση και μήκος κύματος, ίδιο σπιν) συνεισφέρουν στην ενέργεια της ίδιας δέσμης φωτός Ε=nhν, ένταση(Ι) = ενέργεια(Ε)/ [χρόνος επιφάνεια]

Ακτίνες φωτός

ακτίνα ακτίνα

μέτωπο κύματος

Γραμμές κάθετες στα μέτωπα κύματος (προσδιορίζουν τη διεύθυνση διάδοσης δέσμης φωτός στη γεωμετρική οπτική)

ΣΥΝΟΨΗ (5)

ΦΥΣΙΚΗ IV (2013-2014) ● KYMATIKH – OΠTIKH ● ΜΑΡΙΑ ΚΑΤΣΙΚΙΝΗ (T3)48

Δείκτης διάθλασης (βλ. διασκεδασμό)

c

n

Οπτικός δρόμος (πορεία της δέσμης αν διαδιδόταν στο κενό)

. . n d

Αρχή Huygens Κάθε σημείο του μετώπου κύματος αποτελεί πηγή σφαιρικών κυματιδίων ίδιας συχνότητας. Η περιβάλλουσα αυτών των κυματιδίων μετά από κάποιο χρονικό διάστημα αποτελεί το νέο μέτωπο κύματος.