OPTYKA FALOWA

1. OPTYKA FALOWA

2. Temat: Dyfrakcja i interferencja światła. • Zjawisko dyfrakcji - inaczej ugięcia - polega na zmianie kierunku rozchodzenia się fali w wyniku natknięcia się na przeszkodę o rozmiarach porównywalnych z jej długością.

3. przesłona ze szczeliną • Dyfrakcja

4. Zjawisko interferencji fal polega na nakładaniu się fal o jednakowej częstotliwości, w wyniku czego w ośrodku powstaje fala będąca sumą fal interferujących. W każdej chwili wychylenie punktu przestrzeni jest sumą wychyleń docierających do niego zaburzeń falowych.

5. przesłona z dwiema szczelinami • Interferencja

6. ekran 2 przesłony 1 0 laser 1 Thomas Young 1773-1829 1802 odkrył interferencję światła i zapoczątkował falową teorię światła http://pl.wikipedia.org/wiki/Thomas_Young 2 • Doświadczenie Younga

7. 1 90o d 0 dla prążka 1 d 90o ekran dwie szczeliny • Doświadczenie Younga - wzór źródło światła

8. Ogólny wzór na n-ty prążek interferencyjny

9. Siatka dyfrakcyjna to zbiór szczelin: • prostoliniowych, • równoległych, • równoodległych. • Stała siatki - ilość szczelin przypadająca na 1mm.

10. Zad. • Światło przechodzi przez siatkę dyfrakcyjną o stałej 200. Wiedząc, że czwarty prążek interferencyjny występuje pod kątek 18o oblicz długość fali. sin 18o = 0,31

11. c - prędkość światła - długość fali - częstotliwość 760nm 380nm IR światło UV Temat: Zjawisko fotoelektryczne • Widmo światła

12. ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE polega na tym, że w wyniku oświetlania określonym promieniowaniem elektromagnetycznym z powierzchni metalu wybijane są elektrony.

13. efekt nie zachodzi efekt fotoelektryczny - częstotliwość graniczna A. Dla każdego metalu istnieje pewna częstotliwość graniczna, poniżej której zjawisko fotoelektryczne nie zachodzi.

14. Ek B. Energia kinetyczna emitowanych elektronów zależy od częstotliwości (długości) fali, a nie zależy od jej natężenia (natężenia oświetlenia, promieniowania).

15. C. Natężenie prądu, który pojawia się w obwodzie, jest proporcjonalne do natężenia promieniowania (światła) padającego na katodę. Im większe jest natężenie promieniowania (światła), tym większe jest natężenie prądu.

16. K A e e e e e mA V • Schemat układu do badania zjawiska fotoelektrycznego. światło

17. - energia kinetyczna - praca pola elektrycznego, gdzie to potencjał (napięcie) między elektrodami - aby zatrzymać efekt fotoelektryczny: to praca pola elektrycznego musi być równa maksymalnej energii kinetycznej • Potencjał hamujący (napięcie hamowania)

18. - podstawiając do wzoru otrzymamy: - gdzie nazywamy potencjałem hamującym i oznaczamy - zatem • Potencjał hamujący (napięcie hamowania)

19. Max Planck 1858-1947 1889 odkrył stałą fizyczną następnie nazwaną jego nazwiskiem http://pl.wikipedia.org/wiki/Max_Planck Temat: Zjawisko fotoelektryczne. Foton. • Planck przyjął, że światło emitowane jest w postaci porcji energii - kwantów energii, nazwanych fotonami.

20. ε • Wartość kwantu energii εzależy od częstotliwości promieniowania i jest równa: gdzie h to stała Plancka

21. Charakterystyka fotonu: • nie posiada masy spoczynkowej, czyli istnieje gdy się porusza, • w próżni ma stałą prędkośćc = 300000km/s , w ośrodku prędkość fotonu zależy od współczynnika załamania, • gdy przechodzi przez ośrodek częstotliwość nie zmienia się, zmienia się długość fali z nim stowarzyszonej.

22. Albert Einstein 1879-1955 Nagroda Nobla 1921 za interpretację zjawiska fotoelektrycznego http://pl.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein • Einstein zinterpretował zjawisko fotoelektryczne jako zderzenie dwóch cząstek: fotonu i elektronu.

23. Co zapisujemy symbolicznie: ε= W+ Ek • Energia fotonu εjest spożytkowana na: - wybicie elektronu z sieci krystalicznej metalu, pracę wyjścia W, - nadanie prędkości, dostarczenie energii kinetycznej Ek .

24. Robert Millikan 1868-1953 Nagroda Nobla 1923 za wyznaczenie ładunku elementarnego i prace nad zjawiska fotoelektrycznego http://pl.wikipedia.org/wiki/Robert_Millikan ε= W+ Ek • Wzór Millikana-Einsteina powstaje po podstawieniu energii kwantu i energii kinetycznej do wzoru:

25. otrzymujemy inną postać wzoru Millikana-Einsteina: • Pamiętając, że praca wyjścia oraz energia kinetyczna

26. Zad. 1 • Obliczyć graniczną długość fali νg zjawiska fotoelektrycznego dla srebra, dla którego praca wyjścia W = 4,7 eV.

27. Zad. 2 • Obliczyć pracę wyjścia W elektronów wybijanych z powierzchni cezu, dla których graniczna długość fali zjawiska fotoelektrycznego wynosi λg = 660 nm. Wynik podać w dżulach i elektronowoltach.

28. Joseph Thomson 1856-1940 Nagroda Nobla 1906 za prace nad przewodnictwem prądu elektrycznego w gazach http://pl.wikipedia.org/wiki/Joseph_John_Thomson Temat:Model budowy atomu wodoru. • Model atomu Thomsona • 1898 odkrycie elektronu

29. model ciastka z rodzynkami

30. ekran cząstki α źródło promieniowania folia złota Ernst Rutherford 1871-1936 http://pl.wikipedia.org/wiki/Ernest_Rutherford • Doświadczenie Rutherforda

31. Przewidywania teoretyczne (cząstki alfa przelatują przez folię): • istnieją jedynie niewielkie odchylenia od pierwotnego ruchu cząstek. • Interpretacja doświadczenia (cząstki napotykając folię są odchylane pod różnymi kątami a nawet zawracane): • ładunek dodatni jest skupiony w małym jądrze atomowym, • elektrony krążą w dużej odległości od jądra.

32. wodór niewidoczne prążki fioletowe hel neon pary rtęci • Widma atomowe różnych gazów.

33. 7 6 n = 3 4 5 658nm 486nm 434nm 410nm 397nm Johann Jakob Balmer 1825-1898 http://pl.wikipedia.org/wiki/Johann_Jakob_Balmer • Wzór Balmera opisujący widmo wodoru: gdzie jest stałą Rydberga.

34. 1. Elektron w atomie wodoru porusza się po kołowej orbicie dookoła jądra pod wpływem siły coulombowskiej i zgodnie z prawami Newtona. 2. Elektron może poruszać się po takiej orbicie dla której moment pędu jest równy wielokrotności stałej Plancka. • Model atomu wodoru wg Bohra. Postulaty Bohra:

35. Niels Bohr 1885-1962 http://pl.wikipedia.org/wiki/Niels_Bohr 3. Elektron poruszający się po orbicie stacjonarnej nie wypromieniowuje energii elektromagnetycznej. 4. Atom przechodząc ze stanu En do stanu Ek wypromieniowuje kwant energii

36. Stan wzbudzony elektronu - stan, w którym energia elektronu jest wyższa, znajduje się on na wyższej orbicie. • Stan podstawowy elektronu - stan, w którym energia elektronu jest najniższa.

37. E [eV] n 4 -0,85 3 -1,51 seria Paschena 2 -3,4 seria Balmera seria Lymana 1 -13,6 • Energie elektronu na kolejnych orbitach oraz serie widmowe.

38. Zad. 1 Oblicz energię kwantu pochłanianego przez elektron przeskakujący z orbity pierwszej na trzecią. Wyraź ją w elektronowoltach i dżulach.

39. Zad. 2 Oblicz energię kwantu emitowanego przy przejściu elektronu z orbity trzeciej na drugą i wyraź ją w dżulach. Podaj częstotliwość oraz długość fali emitowanej podczas tego przejścia elektronu. Jeśli to możliwe podaj barwę światła.