OPTYKA FALOWA

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.

Dyfrakcja przesłona ze szczeliną

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.

Interferencja przesłona z dwiema szczelinami

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

Doświadczenie Younga - wzór ekran dwie szczeliny 1 źródło światła 90o d dla prążka 1 d 90o

Ogólny wzór na n-ty prążek interferencyjny

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

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

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

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

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

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

C. Natężenie prądu, który pojawia się 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.

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

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

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

Wartość kwantu energii ε zależy od częstotliwości promieniowania i jest równa: gdzie h to stała Plancka ε

Charakterystyka fotonu: nie posiada masy spoczynkowej, czyli istnieje gdy się porusza, w próżni ma stałą prędkość c = 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.

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

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

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

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

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

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.

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

model ciastka z rodzynkami

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

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.

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

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

Model atomu wodoru wg Bohra. Postulaty Bohra: 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.

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

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

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

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

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.