Fizikalne osnove svetlobe

Σχετικά έγγραφα
Fizikalne osnove svetlobe in fotometrija

Diferencialna enačba, v kateri nastopata neznana funkcija in njen odvod v prvi potenci

Odvod. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 5. december Gregor Dolinar Matematika 1

Funkcijske vrste. Matematika 2. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 2. april Gregor Dolinar Matematika 2

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 14. november Gregor Dolinar Matematika 1

11. Valovanje Valovanje. = λν λ [m] - Valovna dolžina. hitrost valovanja na napeti vrvi. frekvence lastnega nihanja strune

Zaporedja. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 22. oktober Gregor Dolinar Matematika 1

PONOVITEV SNOVI ZA 4. TEST

Fotometrija mersko vrednotenje svetlobe

Osnove elektrotehnike uvod

Fotometrija mersko vrednotenje svetlobe

VALOVANJE UVOD POLARIZACIJA STOJEČE VALOVANJE ODBOJ, LOM IN UKLON INTERFERENCA

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 21. november Gregor Dolinar Matematika 1

Kvantni delec na potencialnem skoku

Fotometrija. Področja svetlobe. Mimogrede

Državni izpitni center SPOMLADANSKI IZPITNI ROK *M * FIZIKA NAVODILA ZA OCENJEVANJE. Petek, 10. junij 2016 SPLOŠNA MATURA

Delovna točka in napajalna vezja bipolarnih tranzistorjev

KODE ZA ODKRIVANJE IN ODPRAVLJANJE NAPAK

Odvod. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 10. december Gregor Dolinar Matematika 1

Tretja vaja iz matematike 1

SKUPNE PORAZDELITVE VEČ SLUČAJNIH SPREMENLJIVK

Booleova algebra. Izjave in Booleove spremenljivke

Integralni račun. Nedoločeni integral in integracijske metrode. 1. Izračunaj naslednje nedoločene integrale: (a) dx. (b) x 3 +3+x 2 dx, (c) (d)

Kotne in krožne funkcije

Energijska bilanca. E=E i +E p +E k +E lh. energija zaradi sproščanja latentne toplote. notranja energija potencialna energija. kinetična energija

8. Diskretni LTI sistemi

Energijska bilanca Zemlje. Osnove meteorologije november 2017

Numerično reševanje. diferencialnih enačb II

SLIKA 1: KRIVULJA BARVNE OBČUTLJIVOSTI OČESA (Rudolf Kladnik: Osnove fizike-2.del,..stran 126, slika 18.4)

IZPIT IZ ANALIZE II Maribor,

Poglavje 7. Poglavje 7. Poglavje 7. Regulacijski sistemi. Regulacijski sistemi. Slika 7. 1: Normirana blokovna shema regulacije EM

PITAGORA, ki je večino svojega življenja posvetil številom, je bil mnenja, da ves svet temelji na številih in razmerjih med njimi.

Zaporedja. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 15. oktober Gregor Dolinar Matematika 1

KVANTNA FIZIKA. Svetloba valovanje ali delci?

1. Trikotniki hitrosti

Državni izpitni center SPOMLADANSKI IZPITNI ROK *M * NAVODILA ZA OCENJEVANJE. Petek, 12. junij 2015 SPLOŠNA MATURA

UNIVERZA V LJUBLJANI FMF, oddelek za fiziko seminar Laser na proste elektrone

Gimnazija Krˇsko. vektorji - naloge

Univerza v Novi Gorici Fakulteta za znanosti o okolju Okolje (I. stopnja) Meteorologija 2013/2014. Energijska bilanca pregled

1. Definicijsko območje, zaloga vrednosti. 2. Naraščanje in padanje, ekstremi. 3. Ukrivljenost. 4. Trend na robu definicijskega območja

SATCITANANDA. F = e E sila na naboj. = ΔW e. Rudolf Kladnik: Fizika za srednješolce 3. Svet elektronov in atomov

p 1 ENTROPIJSKI ZAKON

Tabele termodinamskih lastnosti vode in vodne pare

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 12. november Gregor Dolinar Matematika 1

Slika 1: Hitrost razširjanja motnje v napeti vrvi

KAZALO 1 UVOD KAJ JE SVETLOBA Sonce kot izvor naravne svetlobe Kako zaznamo svetlobo? Kaj so barve in kako jih zaznamo?...

SPEKTRI ELEKTROMAGNETNEGA VALOVANJA

S53WW. Meritve anten. RIS 2005 Novo Mesto

50 odtenkov svetlobe

Kotni funkciji sinus in kosinus

izr. prof. dr. Ciril Arkar, asis. dr. Tomaž Šuklje, asis mag. Suzana Domjan

7 Lastnosti in merjenje svetlobe

Vaje: Slike. 1. Lomni količnik. Barbara Rovšek, Ana Gostinčar Blagotinšek, Toma d Kranjc. Naloga: Določite lomna količnika pleksi stekla in vode.

VEKTORJI. Operacije z vektorji

Transformator. Delovanje transformatorja I. Delovanje transformatorja II

1. Έντυπα αιτήσεων αποζημίωσης Αξίωση αποζημίωσης Έντυπο Πίνακας μεταφράσεων των όρων του εντύπου...

7 Lastnosti in merjenje svetlobe

Gimnazija Ptuj. Mikroskop. Referat. Predmet: Fizika. Mentor: Prof. Viktor Vidovič. Datum: Avtor: Matic Prevolšek

PROCESIRANJE SIGNALOV

POROČILO 3.VAJA DOLOČANJE REZULTANTE SIL

Polarizacija laserske svetlobe

Tokovi v naravoslovju za 6. razred

Vaje: Barve. 1. Fotoefekt. Barbara Rovšek, Ana Gostinčar Blagotinšek, Toma d Kranjc. Vse vaje izvajamo v zatemnjenem prostoru.

6 NIHANJE 105. (c) graf pospe²ka v odvisnosti od asa. Slika 32: Graf hitrosti, odmika in pospe²ka v odvisnosti od asa.

ZAPISKI PREDAVANJ IZ PREDMETA RAZSVETLJAVA. Andrej Orgulan

EMV in optika, zbirka nalog

Slika 1: Piezoelektrični vžigalnik za plin in visokonapetostni piezoelement (levo); piezozvočnik/piezomikrofon

Matematika 1. Gregor Dolinar. 2. januar Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. Gregor Dolinar Matematika 1

Svetlobni merilniki odbojnosti

Toplotni tokovi. 1. Energijski zakon Temperatura

IZVODI ZADACI (I deo)

2.1. MOLEKULARNA ABSORPCIJSKA SPEKTROMETRIJA

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

17. Električni dipol

MERITVE LABORATORIJSKE VAJE. Študij. leto: 2011/2012 UNIVERZA V MARIBORU. Skupina: 9

MATEMATIČNI IZRAZI V MAFIRA WIKIJU

Pisni izpit iz predmeta Fizika 2 (UNI)

Definicija. definiramo skalarni produkt. x i y i. in razdaljo. d(x, y) = x y = < x y, x y > = n (x i y i ) 2. i=1. i=1

Teoretične osnove za poučevanja naravoslovja za 6. in 7. razred devetletke

I.13. Koliki je napon između neke tačke A čiji je potencijal 5 V i referentne tačke u odnosu na koju se taj potencijal računa?

Effect of Fibre Fineness on Colour and Reflectance Value of Dyed Filament Polyester Fabrics after Abrasion Process Izvirni znanstveni članek

1 Michelsonov interferometer

Spektroskopija. S spektroskopijo preučujemo lastnosti snovi preko njihove interakcije z različnimi področji elektromagnetnega valovanja.

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

Govorilne in konzultacijske ure 2014/2015

SONČNE CELICE. Primož Hudi. Mentor: doc. dr. Zlatko Bradač. V seminarju sem predstavil sestavo ter delovanje sončnih celic.

NAVOR NA (TOKO)VODNIK V MAGNETNEM POLJU

Izpit iz predmeta Fizika 2 (UNI)

Michelsonov interferometer

Kontrolne karte uporabljamo za sprotno spremljanje kakovosti izdelka, ki ga izdelujemo v proizvodnem procesu.

matrike A = [a ij ] m,n αa 11 αa 12 αa 1n αa 21 αa 22 αa 2n αa m1 αa m2 αa mn se števanje po komponentah (matriki morata biti enakih dimenzij):

SEMINAR - 4. LETNIK. Veliki pok. Avtor: Daša Rozmus. Mentor: dr. Anže Slosar in prof. dr. Tomaž Zwitter. Ljubljana, Marec 2011

4. Z električnim poljem ne moremo vplivati na: a) α-delce b) β-delce c) γ-žarke d) protone e) elektrone

13. Jacobijeva metoda za računanje singularnega razcepa

Univerza v Ljubljani Fakulteta za matematiko in fiziko Oddelek za fiziko

ODGOVORI NA VPRAŠANJA ZA USTNI DEL IZPITA IZ PREDMETA FIZIKA

1 Michelsonov interferometer

EMV in optika, izbrane naloge

Če je električni tok konstanten (se ne spreminja s časom), poenostavimo enačbo (1) in dobimo enačbo (2):

Pripravil: Bruno Lubec, S51M ANTENE. Osnovni pojmi in vrste anten Predavanja za tečaj radioamaterjev, 20 ur

Transcript:

Fakulteta za elektrotehniko Univerze v Ljubljani Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Izbirni predmet - 10142 Svetlobna tehnika Fizikalne osnove svetlobe predavatelj prof. dr. Grega Bizjak, u.d.i.e. Svetloba Svetloba - skrivnostna in fascinantna spremljevalka človekove zgodovine Kako deluje vid? Svetloba in vid Dva pojma, ki sta danes neločljivo povezana. Vendar ni bilo vedno tako.

Stari Grki Stari Grki so veliko razmišljali o vidu in razvili nekaj zanimivih teorij. Tipalna teorija Evklid in Ptolomej ter njuni učenci verjamejo, da iz oči izhajajo posebni žarki, ki otipavajo predmete. Sevalna teorija Druga teorija, ki jo zagovarjata Aristotel in Galen uči, da predmeti v naši okolici sevajo delce in ko ti prispejo v naše oči te predmete vidimo.

Arabski svet Ob prelomu prvega tisočletja je največ znanja nakopičenega v Egiptu, ki je takrat že arabski. Vid je povezan s svetlobo Alhazen (Abu-'Ali Al-Hasan ibn Al-Hasan ibn Al-Haytham) arabsko: أبو علي الحسن بن الحسن بن الهيثم V knjigi o optiki (Kitab al- Manazir, De Aspectibus, 1021) poveže svetlobo in vidzaradi dejstva, da nas, če pogledamo v sonce, v očeh zaboli. Vid je od takrat neločljivo povezan s svetlobo. Zahodni svet 17. stoletja V 17. stoletju se ne sprašujejo več Kako vidimo? temveč že Kaj je svetloba?

Teorija delcev Sir Isaac Newton na podlagi Gassendijevega dela 1637 postavi teorijo delcev, po kateri je svetloba sestavljena iz toka delcev. Valovna teorija Christiaan Huygens oporeka Newtonu in 1690 objavi valovno teorijo, po kateri je svetloba valovanje. Pred njim je svetlobo kot valovanje opisal že Hooke 1660. Valovanje ali tok delcev Obe stranki v postopku najdeta obilo dokazov v prid svoje teorije in v škodo nasprotnikove teorije.

Če bi svetloba bila valovanje......bi se morala širiti tudi za oviro, tako kot valovi na vodi. Ker pa poznamo senco, temu ni tako. Danes vemo, da se svetloba uklanja (širi za oviro), vendar je ta uklon razmeroma majhen, zato ga Newton ni opazil. Če bi svetloba bila tok delcev... bi morala dva curka svetlobe, ki se križata, medsebojno delovati drug na drugega, tako kot dva curka vode. Radiometer meri energijo, ki jo s seboj nosijo delci svetlobe. Več je svetlobe, hitreje se vrti. Kdo ima prav? Kdo je imel prav, še danes ne vemo čisto natančno. Je pa res, da je imela teorija delcev predvsem zaradi slavnejšega očeta v 17. stoletju precej več privržencev kot teorija valovanja, ki je do leta 1800 skoraj niso omenjali.

Elektromagnetno valovanje Škotski matematik James Maxwell leta 1862 združi elektriko, magnetizem in svetlobo v eno: Elektromagnetno valovanje in s tem zabije žebelj v krsto teorije o delcih. Svetloba kot del EM valovanja Teorija elektromagnetnega valovanja pojasni skoraj vse lastnosti svetlobe. Svetloba kot del EM valovanja Nekaj poskusov pa vseeno kaže, da ni vse v redu. Eden od teh je fotoelektrični učinek (Heinrich Hertz). Težave pa so tudi s hitrostjo svetlobe.

Kvantna teorija svetlobe Po odkritju Heinricha Hertza, da svetloba lahko izbija elektrone, Max Planck postavi novo teorijo svetlobe: Kvantno teorijo. Končno! S pomočjo Planckove kvantne teorije Albert Einstein razloži še fotoelektrični efekt in tako konča zadevo. Einstein delec svetlobe poimenuje foton. Kvantna elektrodinamika Od Einsteina naprej govorimo o dualnosti delcev, kjer ima vsak delec tudi določene valovne lastnosti. V nadaljnjem razvoju je to razmišljanje privedlo do kvantne elektrodinamike.

Svetloba kot del EM spektra Če svetlobo obravnavamo kot del elektromagnetnega spektra, se nahaja med mikrovalovi in rentgenskimi žarki. Svetloba kot del EM spektra Vendar pa človeško oko zazna le del spektra svetlobe. Svetloba kot del EM spektra 1.000.000 nm 360-400 nm UV-A žarki 315 nm UV-B 280 nm UV-C 100 nm IB-C 3.000 nm IR-B 1.400 nm IR-A sevanje 760-830 nm Vidna svetloba

Svetloba kot del EM spektra Vidna svetloba zajema področje od približno 340 do približno 830 nm. Pojavi ob širjenju svetlobe Karkoli svetloba že je, dejstvo je, da lahko ob njenem širjenju po prostoru opazujemo zanimive pojave kot so: lom, zrcalni in totalni odboj, razklon, vpijanje, razprševanje, odsevanje, presevanje, interferenca, uklon in polarizacija. Hitrost svetlobe Hitrost svetlobe v vakuumu je 299.792.458 m/s ogledalo rotirajoče ogledalo vir svetlobe premik zaradi rotacije ogledala Foucaultova naprava za merjenje hitrosti svetlobe (1862): 298.000 km/s.

Hitrost svetlobe zrak 299.700 km/s voda 225.400 km/s steklo 197.200 km/s diamant 123.900 km/s V različnih medijih se svetloba širi različno hitro. Razmerje med hitrostjo svetlobe v vakuumu in mediju podaja lomni količnik. Lomni količnik n = c v c hitrost svetlobe v vakuumu v hitrost svetlobe v mediju Zrak 1,0003 Voda 1,33 Glicerin 1,47 Olje 1,515 Steklo 1,52 Kremen 1,66 Cirkonijev silikat 1,92 Diamant 2,42 Svinčev sulfid 3,91 Lom svetlobe Pri prehodu svetlobe med dvema optično različno gostima snovema se svetloba lomi.

n Lom svetlobe 1 sinθ1 = n2 sin θ 2 n lomni količnik n 1 <n 2 n 1 >n 2 Zrcalni odboj svetlobe Svetloba se odbija od zglajenih površin z večjo optično gostoto. vpadni in odbojni kot sta enaka Totalni odboj svetlobe Pri prehodu svetlobe iz optično gostejše v optično redkejšo snov se svetloba lomi, vendar le do določenega kota. Nato pa pride do totalnega odboja.

Totalni odboj Totalni odboj s pridom uporabljamo na več področjih. Totalni odboj Med drugim tudi pri razsvetljavi. ELDACON tehnologija (Siteco) Razklon svetlobe Ker ima svetloba različnih valovnih dolžin različne lomne količnike, pride do razklona svetlobe.

Vpijanje svetlobe Med prehajanjem svetlobe skozi snov, se del energije svetlobe izgubi. Snov svetlobo vpije. Ta energija se se lahko pretvori v: toploto sevanje z drugo valovno dolžino električno energijo kemično energijo Vpijanje svetlobe Pri prehodu skozi homogeno snov jakost svetlobe eksponencialno pada. α l I = I0 e I 0 začetna jakost α vpojni faktor (f(λ)) l dolžina poti Možno je, da ima α negativno vrednost. V tem primeru se svetloba ojači (laser), vendar je potrebno dovesti energijo. Razprševanje svetlobe Pri prehodu skozi snov se svetloba lahko razprši. Pri tem lahko dodatno pride še do razklona. Do razprševanja pride v nehomogenih snoveh zaradi številnih odbojev in lomov svetlobe. Primer: vodne kaplice v megli.

Razpršeno presevanje svetlobe Do razprševanja svetlobe pride pri prehodu svetlobe skozi nehomogeno snov. Skozi tako snov ne moremo videti slike predmeta. Razpršeno presevanje svetlobe voda laser čista voda voda in 1/150 mleka voda in 1/30 mleka voda in 1/600 mleka voda in 1/60 mleka čisto mleko Razpršeno presevanje svetlobe

Razpršeno odsevanje svetlobe Če je površina predmeta, od katerega svetloba odseva, nehomogena, pride do razpršenega odsevanja. Na taki površini ne dobimo zrcalne slike predmeta. Interferenca svetlobe Pri dveh koherentnih valovanjih svetlobe pride do interference: seštevanja in odštevanja valov oziroma ojačitve in oslabitve svetlobe. Interferenca svetlobe Konstruktivna interferenca - seštevanje Destruktivna interferenca - odštevanje

Uklon svetlobe Svetloba se, podobno kot valovanje, uklanja ob robu ovire. Polarizacija svetlobe Svetloba se lahko ob prehodu skozi snov ali pri odboju od snovi polarizira. Polarizirana svetloba niha samo v eni smeri. Polarizacija svetlobe Od ceste odbita svetloba je polarizirana v horizontalni (s cesto vzporedni) smeri, zato ne pride skozi polarizacijska stekla sončnih očal (bleščanje je tako zmanjšano).

Merjenje svetlobe Fiziki, ki ponavadi želijo vse izmeriti, so za merjenje svetlobe (in drugih elektromagnetnih valovanj) postavili RADIOMETRIJO. Energija in moč, ki jo oddaja vir Φ e sevalni tok (W) Vir s sevanjem oddaja energijo in moč. Govorimo o sevalnem toku ali fluksu (radiant flux), ki predstavlja energijo, ki jo vir izseva v enoti časa. Jakost sevanja Če vir ne seva energije v vse smeri enakomerno, lahko govorimo o jakosti sevanja (radiant intensity). Jakost sevanja je definirana s pomočjo sevalnega toka v enoti prostorskega kota. φ e I e jakost sevanja (W/sr) I e = ω

Prostorski kot A ω = 2 r Prostorski kot je definiran kot razmerje med površino krogelnega izseka in polmerom krogle. Enota je steradian (sr). Podobno je definiran tudi ravninski kot: kot razmerje med krožnim lokom in polmerom kroga. Enota je radian (rd). Obsevanost Obsevanost (irradiance) je merilo za količino sevalnega toka, ki pada na neko ploskev oziroma ploskovno gostoto sevalnega toka. E e φe = A E e obsevanost (W/m 2 ) Sevalnost S sevalnostjo (radiance) označimo jakost sevanja določene ploskve pod določenim kotom. L e Ie = A cosθ L e sevalnost (W/sr m 2 )

Za konec Svetloba se obnaša včasih kot valovanje včasih pa kot tok delcev. Svetloba je elektromagnetno valovanje z lastnostmi valovanja in toka delcev. Vidna svetloba zajema valovne dolžine od približno 340 nm do približno 830 nm (odvisno od posameznika). S fizikalnim merjenjem svetlobe se ukvarja radiometrija. in še: Vprašanja?