Valon luonne ja eteneminen. Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, ei tarvitse väliainetta edetäkseen

Samankaltaiset tiedostot
ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Kuva 1. Valon polarisoituminen. P = polarisaattori, A = analysaattori (kierrettävä).

Polarisaatio. Timo Lehtola. 26. tammikuuta 2009

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

5.3 FERMAT'N PERIAATE

23 VALON POLARISAATIO 23.1 Johdanto Valon polarisointi ja polarisaation havaitseminen

Maxwellin yhtälöt sähkämagneettiselle kentälle tyhjiössä differentiaalimuodossa: E =0, B =0, E = B/ t, B = ɛ o μ o E/ t.

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

3. Optiikka. 1. Geometrinen optiikka. 2. Aalto-optiikka. 3. Stokesin parametrit. 4. Perussuureita. 5. Kuvausvirheet. 6. Optiikan suunnittelu

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

Kuten aaltoliikkeen heijastuminen, niin myös taittuminen voidaan selittää Huygensin periaatteen avulla.

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

S OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö

ja läpäisyaika lasketaan (esim) integraalilla (5.3.1), missä nyt reitti s on z-akselilla:

VALON KÄYTTÄYTYMINEN RAJAPINNOILLA

Valon havaitseminen. Näkövirheet ja silmän sairaudet. Silmä Näkö ja optiikka. Taittuminen. Valo. Heijastuminen

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

9. Polarimetria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Syksy 2017 Thomas Hackman (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

7 VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

9. Polarimetria. 1. Stokesin parametrit 2. Polarisaatio tähtitieteessä. 3. Polarisaattorit 4. CCD polarimetria

YOUNGIN KOE. varmistaa, että tuottaa vaihe-eron

oppilaitos: ARKADIAN YHTEISL YSEO

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

VALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet. Kari Sormunen Syksy 2014

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

MAA (4 OP) JOHDANTO VALOKUVAUKSEEN,FOTOGRAM- METRIAAN JA KAUKOKARTOITUKSEEN Kevät 2006

Fysiikka 8. Aine ja säteily

5. Optiikka. Havaitsevan tähtitieteen pk I, luento 5, Kalvot: Jyri Näränen ja Thomas Hackman. HTTPK I, kevät 2012, luento 5

Kenttäteoria. Viikko 10: Tasoaallon heijastuminen ja taittuminen

Aaltoliike ajan suhteen:

10. Polarimetria. 1. Polarisaatio tähtitieteessä. 2. Stokesin parametrit. 3. Polarisaattorit. 4. CCD polarimetria

FYS03: Aaltoliike. kurssin muistiinpanot. Rami Nuotio

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

FY3: Aallot. Kurssin arviointi. Ryhmätyöt ja Vertaisarviointi. Itsearviointi. Laskennalliset ja käsitteelliset tehtävät

9. Polarimetria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Kevät 2014 Veli-Matti Pelkonen (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Optiikka. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

HEIJASTUMINEN JA TAITTUMINEN

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Kertaustehtävien ratkaisuja

jonka peruslait tiivistyvät neljään ns. Maxwellin yhtälöön.

VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

11.1 MICHELSONIN INTERFEROMETRI

Scanned by CamScanner

Valo-oppia. Haarto & Karhunen.

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

OPTIIKAN TYÖ. Fysiikka 1-2:n/Fysiikan peruskurssien harjoitustyöt (mukautettu lukion oppimäärään) Nimi: Päivämäärä: Assistentti:

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

25 INTERFEROMETRI 25.1 Johdanto

YLEINEN AALTOLIIKEOPPI

9. Polarimetria. tähtitieteessä. 1. Polarisaatio. 2. Stokesin parametrit. 3. Polarisaattorit. 4. CCD polarimetria

VALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka. Kari Sormunen Kevät 2014

AURINKOENERGIA. Auringon kierto ja korkeus taivaalla

2 paq / l = p, josta suuntakulma q voidaan ratkaista

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

766349A AALTOLIIKE JA OPTIIKKA kl 2017, viikko 3 Harjoitus 1 Viimeinen näyttöpäivä ke 1.2.

Braggin ehdon mukaan hilatasojen etäisyys (111)-tasoille on

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

OPTISET KUIDUT. KEMIA JA YMPÄRISTÖ Jesse Peurala ja Reijo Tolonen ja TP05S, ryhmä C

Kvanttifysiikan perusteet 2017

6 GEOMETRISTA OPTIIKKAA

Luento 15: Ääniaallot, osa 2

Teoreettisia perusteita I

ja siis myös n= nk ( ). Tällöin dk l l

XFYS4336 Havaitseva tähtitiede II

Tfy Fysiikka IIB Mallivastaukset

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

Havaitsevan tähtitieteen pk I, 2012

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Hydrologia. Säteilyn jako aallonpituuden avulla

Fy3, Aallot. Ope: Kari Rytkönen Aallot kurssilla tutustutaan aaltoliikkeen kuten äänen ja valon syntyyn ja ominaisuuksiin.

Interferenssi. Luku 35. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Harjoitustehtävien vastaukset

YO-KYSYMYKSIÄ KURSSISTA FY3: Aallot

Kuva 1: Yksinkertainen siniaalto. Amplitudi kertoo heilahduksen laajuuden ja aallonpituus

IR-LÄMPÖMITTARIT. Infra-punasäteily. Kollimoitu ja fokusoitu säde. Sähkömagneettinen säteily

9 VALOAALTOJEN SUPERPOSITIO

Geometrinen optiikka. Tasopeili. P = esinepiste P = kuvapiste

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät Luento 2, : Ilmakehän vaikutus havaintoihin Luennoitsija: Jyri Näränen

FYSA2010/2 VALON POLARISAATIO

e =tyhjiön permittiivisyys

Toisessa fysiikan jaksossa käsitellään Aalto-oppia. Oppikirja s

Linssin kuvausyhtälö (ns. ohuen linssin approksimaatio):

Valo, valonsäde, väri

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNIIKKA FYSIIKAN LABORATORIO V

Diffraktio. Luku 36. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun

6 GEOMETRISTA OPTIIKKAA

Essee Laserista. Laatija - Pasi Vähämartti. Vuosikurssi - IST4SE

Transkriptio:

Valon luonne ja eteneminen Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, ei tarvitse väliainetta edetäkseen 1

Valonlähteitä Perimmiltään valon lähteenä toimii kiihtyvässä liikkeessä olevat sähkövaraukset Kaikki kappaleet tuottavat lämpösäteilyä molekyylien lämpöliikkeestä johtuen Jos kappaleen lämpötila on riittävän korkea, se emittoi näkyvää valoa (esim. hehkulamppu) Kaasupurkaukseen ja fluoresenssiin perustuva loisteputki Laser tuottaa hyvin kapean ja intensiivisen valosäteen, joka on lähes monokromaattinen 2

Optiikka tutkii valon käyttäytymistä. 3

Valo aaltoja vai hiukkasia? - Ennen 1600 lukua ajateltiin, että valo koostuu pienistä hiukkasista (corpuscles). - 1600-luvun puolivälissä alkoi löytyä todisteita valon aaltoluonteesta. - Maxwell esitti, että valo on sähkömagneettisia aaltoja. Einsteinin mukaan valo koostuu kvanteista. Onko valo siis: Aaltoja vai hiukkasia? Aaltoteoria: Jatkuva energiajakauma -ei selitä valosähköistä ilmiötä Valon nopeus kiinnitetty: c=299792458 m/s Hiukkasteoria: Yksittäiset fotonit -ei selitä valon taipumista ja interferenssiä (mutta säteilyn taajuus tarvitaan energian laskemiseksi) 4

Aaltorintamat Valon säteet: Video: www.youtube.com/watch?v=scldbeywh6e 5

Mieti: Jotkut kiteet eivät ole isotrooppisia: valo etenee kiteen läpi johonkin suuntaan nopeammin kuin toisiin. Jos kiteessä valo etenee x-ja z-suuntaan samalla nopeudella, mutta nopeammin y-suunnassa, mikä on origossa olevan pistemäisen lähteen tuottamien aaltorintamien muoto? (i) Pallomainen, kuten viereisessä kuvassa (ii) Ellipsimäinen, litistynyt y-akselin suunnassa (iii) Ellipsimäinen, venynyt y-akselin suunnassa 6

Valon heijastuminen ja taittuminen 7

Peilimäinen heijastus tasaisesta pinnasta. Diffuusi heijastuminen karkeasta pinnasta. 8

Heijastumis- ja taittumislaki Taitekerroin n = c v Aina n>1 (ilmalle n=1.0003 1) 9

Taittumislaki (a) Kun säde saapuu rajapintaan optisesti harvemmasta aineesta, se taittuu normaalia kohti. (b) Kun säde saapuu rajapintaan optisesti tiheämmästä aineesta, se taittuu normaalista poispäin. (c) Kun tulokulma on nolla, säde ei taitu. 10

Miksi viivoitin taittuu? 11

Taitekertoimia: 12

Esimerkki: Viereisen kuvan lasimaljassa on vettä. Kuvan mukaisesti vedessä etenevä valon säde osuu maljan pohjaan tulokulmalla 60. Laske heijastumis- ja taittumiskulma. Esimerkki: HeNe-laserin punaisen valon aallonpituus ilmassa on 633 nm ja silmän lasiaisnesteessä 474 nm. Laske lasiaisnesteen taitekerroin ja laservalon nopeus ja taajuus siinä. 13

Esimerkki: Kaksi tasopeiliä on asetettu toisiaan vastaan kohtisuoraan viereisen kuvan mukaisesti. Toiseen peiliin osuva säde heijastuttuaan osuu myös toiseen peiliin. Laske kahdesti heijastuneen säteen suunta alkuperäiseen säteeseen nähden. 14

Kokonaisheijastuminen Kokonaisheijastuksen rajakulma: sin θ crit = n b n a 15

Kiikari Porro prisma 16

Esimerkki: Sukellusveneen periskoopissa käytetään kahta 45-45-90-prismaa kokonaisheijastavina komponentteina. Prismat ovat lasia, jonka taitekerroin on 1.52. (a) Hahmottele kuva periskoopin toimintaperiaatteesta. (b) Periskooppiin tulee pieni vuoto ja alempi prisma peittyy veteen. Miksi periskooppi ei enää toimi? 17

Optinen kuitu Kuidun taitekerroin on suurempi kuin ympäristön -> valo etenee häviöttä kuidussa kokonaisheijastumisen vuoksi Soveltuu sisäelinten (esim. vatsan) tähystykseen Mahdollistaa nopean tiedonsiirron, koska optiset taajuudet ovat radiotaajuuksia suurempia, optiset kuidut voivat olla kuparilankoja ohuempia ja eristeinä ne ovat immuuneja sähköisille häiriöille Käytetään paljon pitkän matkan puhelin-, televisio-ja internetkommunikaatiossa 18

Dispersio n=n(λ) Video: www.youtube.com/watch?v=kgqv975eta0 19

Sateenkaari: 20

Polarisaatio Lineaarinen polarisaatio Polaroid-levy selektiivinen absorptio: Päästää läpi 80% polarisaatioakselin suuntaisesta valosta. Muovilevy, jossa hiilivetymolekyylejä, jotka saadaan jodilla sähköä johtavaksi. Polarisaattori 21

Läpi menneen valon intensiteetti on tasan puolet luonnollisen valon intensiteetistä. Analysaattorin läpi menee lineaarisesti polarisoituneesta säteilystä osa Ecos φ. Intensiteetti on verrannollinen amplitudin neliöön: I = I max cos 2 φ Malusin laki Polarisaattori Analysaattori 22

Esimerkki: Edellisen kuvan systeemiin saapuvan luonnollisen valon intensiteetti on I 0. Laske systeemin läpäisseen valon intensiteetti, kun polarisaattorin ja analysaattorin transmissioakselit muodostavat kulman 30. 23

Polarisoituminen heijastuksessa Heijastunut valo täysin polarisoitunutta, kun heijastunut ja taittunut säde muodostavat 90 asteen kulman. Brewsterin laki: tan θ p = n b n a 24

Esimerkki: Auringonvalo heijastuu uima-altaan veden pinnasta. (a) Millä tulokulman arvolla heijastunut valo on täysin polarisoitunutta. (b) Laske veteen taittuneen valon taitekulma. (c) Yöllä uima-altaaseen sytytetään valo veden alle. Valo heijastuu pinnasta. Laske polarisaatiokulma ja ilmaan taittuneen säteen taitekulma tässä tapauksessa. 25

Ympyrämuotoinen polarisaatio Mekaanisessa aallossa väliaineen osaset kiertää ympyrää. Sm-aallossa sähkökentän värähtelysuunta muuttuu. Oikeakätinen ympyräpolarisaatio: kohti tulevaa aaltoa katsottaessa se näyttää kiertävän myötäpäivään. Elliptinen polarisaatio Video: www.youtube.com/watch?v=q0qru4nprb0 26

Valon sironta Mistä johtuu taivaan sininen väri? Entä auringonlaskun punaisuus? 27

Valon siroaminen ilmakehässä: Auringon valo absorboituu ja emittoituu uudelleen ilmakehän hiukkasista. sininen punainen = 700 nm 400 nm 4 9.4 28

Huygens in periaate 29

Kangastus syntyy, kun maanpinnan lähellä oleva kuuma ilmakerros, jossa valon nopeus on hieman suurempi, taivuttaa vinosti kohti maan pintaa etenevät aaltorintamat. 30