Podsumowanie W1 Hipotezy nt. natury światła

Slides:



Advertisements
Podobne prezentacje
Obrazy cyfrowe - otrzymywanie i analiza
Advertisements

FALE DŹWIĘKOWE.
Podstawy Fizyki - Optyka
Podsumowanie W1 Hipotezy nt. natury światła
Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 13 1/17 Podsumowanie W12 Dwójłomność Dwójłomność x y z nxnx nyny nznz - propagacja w ośrodku dwójłomnym promień
Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 12 1/12 Podsumowanie W11 Optyka fourierowska Optyka fourierowska 1. przez odbicie 1. Polaryzacja przez odbicie.
Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 14 1/22 Podsumowanie W13 Źródła światła Promieniowanie przyspieszanych ładunków Promieniowanie synchrotronowe.
niech się stanie światłość.
Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 10 1/18 Podsumowanie W9 interferencja wielowiązkowa: niesinusoidalne prążki przykład interferencji wielowiązkowej.
Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 10 1/18 Podsumowanie W9 interferencja wielowiązkowa: niesinusoidalne prążki przykład interferencji wielowiązkowej.
Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 61/20 Podsumowanie W5 Wzory Fresnela dla n 1 >n 2 i 1 > gr : r 1 0 /2 i R R B gr R, || = rr * całkowite odbicie.
Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 11 1/18 Podsumowanie W10 Dyfrakcja Fraunhofera (kryteria – fale płaskie, duże odległości – obraz w ) - na szczelinie.
Podsumowanie W2 Widmo fal elektromagnetycznych
Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 13 1/23 D. naturalna Podsumowanie W12 Dwójłomność Dwójłomność x y z nxnx nyny nznz - propagacja w ośrodku dwójłomnym.
Uzupełnienia nt. optyki geometrycznej
Demo.
Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 14 1/22 Podsumowanie W13 Źródła światła Promieniowanie przyspieszanych ładunków Promieniowanie synchrotronowe.
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)
Wstęp do optyki współczesnej
FALE Równanie falowe w jednym wymiarze Fale harmoniczne proste
RÓWNANIA MAXWELLA. FALA PŁASKA
Rozpraszanie światła.
Wykład III ELEKTROMAGNETYZM
Fale t t + Dt.
Czym jest i czym nie jest fala?
ŚWIATŁO.
Czym jest i czym nie jest fala?
Wykład XII fizyka współczesna
Wykład VIIIa ELEKTROMAGNETYZM
Wykład III Fale materii Zasada nieoznaczoności Heisenberga
Wykład Równanie telegrafistów 20.4 Zjawisko naskórkowości.
Podsumowanie W7 nowoczesne elementy opt. (soczewki gradientowe, cieczowe, optyka adaptacyjna...) Interferencja: założenia – monochromatyczność, stałość.
Indukcja elektromagnetyczna
FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Kwantowa natura promieniowania
FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Fale elektromagnetyczne
, Prawo Gaussa …i magnetycznego dla pola elektrycznego…
Podstawy fotoniki wykład 2 „Fala świetlna”
Fale (przenoszenie energii bez przenoszenia masy)
Demonstracje z elektromagnetyzmu (linie pola, prawo Faradaya, reguła Lentza itp..) Faraday's Magnetic.
Interferencja fal elektromagnetycznych
Fotony.
Zjawiska Optyczne.
Fizyka Elektryczność i Magnetyzm
Technika bezprzewodowa
Metody optyczne w biologii i medycynie
Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja Odtwarzanie treści multimedialnych Andrzej Majkowski informatyka +
Faraday's Magnetic Field Induction Experiment
W okół każdego przewodnika, przez który płynie prąd elektryczny, powstaje pole magnetyczne. Zmiana tego pola może spowodować przepływ prądu indukcyjnego,
Kwantowa natura promieniowania
WYKŁAD 7 ZESPOLONY WSPÓŁCZYNNIK ZAŁAMANIA
WYKŁAD 6 uzupełnienie PĘD i MOMENT PĘDU FALI ELEKTROMAGNETYCZNEJ
WYKŁAD 8 FALE ELEKTROMAGNETYCZNE W OŚRODKU JEDNORODNYM I ANIZOTROPOWYM
WYKŁAD 6 ODDZIAŁYWANIE ŚWIATŁA Z MATERIĄ. PLAN WYKŁADU  Pola elektryczne i magnetyczne w próżni i ośrodkach materialnych - równania Maxwella  Energia.
Fale de broglie’a Zjawisko comptona dyfrakcja elektronów
Podsumowanie W1 Hipotezy nt. natury światła
EFEKT FOTOELEKTRYCZNY
Optyka falowa – podsumowanie
Podstawowe prawa optyki
Podsumowanie W1 własności fal EM – polaryzacja – superpozycja liniowych, kołowych oddz. atomu z polem EM (klasyczny model Lorentza): E x  P =Nd 0 - 
Optyczne metody badań materiałów
Optyczne metody badań materiałów
Nieliniowość trzeciego rzędu
Metody i efekty magnetooptyki
Podstawy Fizyki - Optyka
Podsumowanie W3 Wzory Fresnela: polaryzacja , TE polaryzacja , TM r
Podsumowanie W11 Obserwacja przejść rezonansowych wymuszonych przez pole EM jest możliwa tylko, gdy istnieje różnica populacji. Tymczasem w zakresie.
Optyczne metody badań materiałów
Podstawy Fizyki - Optyka
Podsumowanie W1 Hipotezy nt. natury światła
Streszczenie W10: dośw. Sterna-Gerlacha (wiązka atomowa – kwantyzacja
Zapis prezentacji:

Podsumowanie W1 http://www.if.uj.edu.pl/pl/ZF/wykladyWG/optyka_2005_wyk.htm Hipotezy nt. natury światła Interferencja z licznikami fotonów Dualizm: światło zachowuje się jak fala lub strumień cząstek (fotonów) w różnych warunkach doświadczalnych jest równocześnie i cząstką i falą Podstawowe doświadczenia nad interferencją światła doświadczenie Younga, interferometr Macha-Zendera Nietrywialne (kwantowo-mechaniczne) aspekty interferencji - nierozróżnialność trajektorii (stanów pośrednich) - gumka kwantowa E1 E2 Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Widmo fal elektromagnetycznych prom. Röntgena pasmo optyczne nm m mm m km  3x1017 3x1011 3x105  [Hz] długie fale milimetrowe TV/UKF krótkie fale radiowe średnie mikrofale Pasmo optyczne p a s m o w i d z i a l n e (VIS) 380 nm 700 nm 3 m 200 nm 1 nm 30 m 1mm nadfiolet (UV) bliska średnia daleka p o d c z e r w i e ń (IR) energie fotonów optycznych E = h = (6,6x10-34Js) x (4-8)x1014Hz = 2,6 – 5,2 x 10-19J = 1,6 – 3,2 eV  różnice poziomów energetycznych w atomach Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Równania Maxwella A A we współrzędnych kartezjańskich: prawo Faradaya prawo Ampera prawo Gaussa bez nazwy gęstość ładunku przenikalność elektryczna ośrodka gęstość prądu A A równanie ciągłości siła Lorentza Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Ośrodek dielektryczny, bezźródłowy zmienne E E zmienne H H w próżni, z r. Max.  równanie falowe (ćwiczenia): dla dow. fali z ampl. A: prędkość rozchodzenia się f. EM: współczynnik załamania ośrodka w próżni, Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Fala elektromagnetyczna (EM) propagacja zaburzeń elektromagnetycznych w przestrzeni Dipol Hertza: H E fala płaska, harmoniczna – najprostsza forma fal (EM) wektor falowy monochromatyczna fala biegnąca w kierunku k, periodyczna w czasie i przestrzeni Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Detekcja fal – kiedy mówimy o optyce? detekcja liniowa anteny  pomiar pola elektrycznego detekcja nieliniowa odbiorniki energii oko, reakcje chemiczne (emulsje fotograficzne), efekt fotoelektryczny (fotodiody, fotopowielacze) liczniki fotonów, etc.  pomiar natężenia fali EM Gdy , wtedy w natężeniu pojawiają się człony interferencyjne detekcja nieliniowa – wrażliwa na zjawiska interferencyjne  Granica optyka  fale radiowe (mm)? gdy możemy „nadążyć” za zmianami E(t) – fale radiowe gdy nie nadążamy i rejestrujemy tylko obwiednię I  |E|2 – optyka Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Przykłady nanostruktur działających jak anteny fal EM anteny dla fal o 300 m (   1 THz): [ D.F. Santavicca et al. submitted to IEEE Trans. Appl. Supercond. ] dipol ze złotych nano-prętów wzmacnia pole fali 830 nm: [ E. Cubukcu et al. Appl. Phys. Lett. 89, 093120 (2006) ] Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

możliwość polaryzowania z r. Maxwella dla fal płaskich oraz  możliwość polaryzowania fal EM !!! fale poprzeczne 1) pole elektryczne pole magnetyczne 2) zgodność faz E(t) i B(t) (dla f. biegnących!) 3) stosunek amplitud (w próżni |k|=/c) |E| = c |B| inne ważne rozwiązania r. Max. – fale sferyczne i cylindryczne wszystkie formy fal można przedstawić jako superpozycje f. płaskich z różnymi wektorami falowymi (częstościami i kierunkami propagacji) Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Fale EM przenoszą energię gęstość strumienia energii = gęstość energii x prędkość jej transportu wektor Poyntinga: wartość chwilowa uśredniając po natężenie światła [W/m2]  S  (na pow. Ziemi) =1400 W/m2  laserem osiągalne  S   1020 W/m2  E 109 V/m  pola wewnątrz atomów http://math.nyu.edu/ćrorres/Archimedes/Mirrors/Tzetzes.html Archimedes: Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Fale EM przenoszą pęd E k H siła Lorentza elektron siła Lorentza przyspieszenie elektronu przez pole E  v0 vB = praca wykonana przez E na przyspieszenie ładunku w 1 sek kwanty: Strumień N fotonów niesie pęd W/c Energia N fotonów: W= N ħ = N h Pęd pojedynczego fotonu p = ħ/c= ħ k Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

ciśnienie światła nie ! ale dośw. P.N. Liebiediewa (1901) – konsekwencja istnienia siły powstającej po absorpcji fotonu i przekazie pędu ciśnienie promieniowania  na pow. Ziemi: P= S/c P=(1400 W/m2)/(3x108 m/s)= 5x10-6 Pa << Patm= 105 Pa konsekwencje ciśnienia światła: ale dośw. P.N. Liebiediewa (1901) (dobra próżnia i precyzyjna aparatura) siły radiometryczne nie ! radiometr Crooksa wiatr słoneczny ogony komet Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Laserowe spowalnianie atomów Podstawy chłodzenia i pułapkowania atomów światłem laserowym – Nobel 1997  S.Chu, C.Cohen-Tannoudji, W.Phillips atomy sodu: M=23,  = 590 nm v = 600 m/s (@ 400 K) CHŁODZENIE ATOMÓW FOTONAMI: po zabsorb. 1 fotonu: vR = ħk/M = 3 cm/s wiązka lasera wiązka atomów 20 000 fotonów do zatrzymania @ I = 6 mW/cm2 czas zatrzymania: 1 ms droga hamowania: 0,5 m przyspieszenie: 106 m/s2 1 atom p =  ħ kabs -  ħ kem = N ħ kL – 0 Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Fale EM przenoszą kręt superpozycja () fal EM liniowo spolaryzowanych może być falą z wirującymi (a nie oscylującymi) wektorami E, B ( polaryzacja kołowa) takie fale mogą wprawić ładunki w ruch obrotowy - niosą kręt q kręt nadany ładunkowi: moment siły zachow. energii: szybkość wymiany energii (moc):  każdy foton niesie kręt + ħ lub - ħ (skrętność – helicity) fotony: fala liniowo spolaryzowana (superpozycja fal o przeciwnych kołowych polar.) – nie ma określonego mom. pędu Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Superpozycja fal EM 1) 2 fale płaskie o tym samym kier. i częstotliwości, ten sam k, ta sama polaryz. biegnąca fala płaska zasada superpozycji 2) 2 fale płaskie o tym samym kier. i różnych częstotliwościach, ta sama polaryz. fala płaska niemonochromatyczna, prędkość c, częstość śr. amplituda zmodulowana (dudnienia) z częstością Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Prędkość fazowa prędkość fazowa Prędkość grupowa prędkość fazowa Relacja dyspersji prędkość z jaką rozchodzą się powierzchnie stałej fazy Prędkość grupowa składowa nośna składowa sygnałowa prędkość fazowa prędkość grupowa Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Superpozycja fal EM 3) 2 fale płaskie, te same częstotliwości, różne kierunki, ta sama polaryz. f. stojąca to nie jest fala biegnąca !  przesunięcie fazowe E(z,t) wzgl. B(z,t) f. biegnąca Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2

Superpozycja fal EM 4) 2 fale płaskie, te same częstotliwości, te same kierunki, różna polaryzacja polaryzacja liniowa lub polaryzacja kołowa polaryzacja eliptyczna Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07 wykład 2