seminarski fizika

УНИВЕРЗИТЕТ У ИСТОЧНОМ САРАЈЕВУ

САОБРАЋАЈНИ ФАКУЛТЕТ

ДОБОЈ

Seminarski iz Fizike

Profesor: Student:

Prof. Zoran Ćurguz Asmir Kopić

144/10

Teme

Fizicka optika:• Interferencija

• Difrakcija

• Polarizacija

Kvantna optika:• Fotoelektricni efekat

• Komptonov efekat

InterferencijaInterferencija je tipična valna pojava karakteristična za

svako valno gibanje. Najlakše je opažamo na vodi promatrajući valove koji nastaju iz dva bliska izvora: primjećujemo kako se valovi u određenim mjestima pojačavaju a u drugim poništavaju. Kažemo da nastaje konstruktivna i destruktivna interferencija.

Da bi došlo do interferencije svjetlosti, valovi moraju biti koherentni. Naime, svjetlosne valove emitiraju pojedini atomi ili molekule u tvari

Svjetlosni val nastaje kada pobuđeni atom emitira višak energije u obliku svjetlosti

Taj proces traje vrlo kratko (oko 10¯⁸ sekundi), stoga izvor svjetlosti emitira veliki broj pojedinačnih valova.

Takva svjetlost nema pravilne razlike u fazi između valova od kojih se sastoji te kažemo da je takva svjetlost nekoherentna .

Analogno, ako je razlika u fazi između valova svjetlosti konstantna, kažemo da je svjetlost koherentna, a izvore takve svjetlosti nazivamo koherentnim izvorima. Primjeri takvih izvora su laseri.

Youngov eksperimentSunčeva svjetlost obasjava jednu usku pukotinu. Iz

pukotine izlaze svjetlosni valovi koji upadaju na dvije uske i bliske pukotine ( i ). Iz tih pukotina izlaze dva koherentna vala. U tačci P na zastoru valovi jednog i drugog izvora (tj. valovi od jedne i druge pukotine) zbrajaju se i daju interferentnu sliku. Valovi su na pukotini bili u fazi. Međutim, došavši do točke P jedan je prevalio dulji put od drugoga, te valovi više nisu u fazi. Ovisno o razlici u fazi koju će valovi imati u određenoj tačci zastora, nastati će svjetla pruga (za konstruktivnu interferenciju) ili tamna pruga (za destruktivnu interferenciju).

Interferencija svjetlosti nastaje ako se nekim sredstvom sire dva ili vise vala svjetlosti.

Difrakcija

U homogenoj sredini svjetlost se prostire pravolinijski, međutim kada svjetlost na svom putu pada na male (uske) otvore, pukotine, ili oštre prepreke, čije su dimenzije reda veličine talasne dužine svjetlosti, tada svjetlosni snop iza tih otvora i prepreka odstupa od svog pravolinijskog prostiranja, tj. Nastaje savijanje ili difrakcija svjetlosnih talasa.

Na slici je prikazana difrakcija na uskom otvoru. Sve tacke difrakcionog izvora postaju izvori sekundarnih talasa, koji se uslijed difrakcije na uskom otvoru sire u svim pravcima pod raznim uglovima. U tački P i njoj simetričnoj tački P’ fokusiraju se svi skrenuti zraci pod uglom α u odnosu na upadni pravac. Dali će u tački P biti difrakcioni maksimum ili minimum zavisi od putne razlike skrenutih zraka.

Difrakcija svjetlosti na pukotini

Posmatramo dva zraka talasnog fronta koja prolaze kroz pukotinu, jedan tačno ispod gornje ivice pukotine, a drugi tačno ispod njene centralne linije.Fazna razlika između susjednih talasa koji stižu tačku P žižne ravni sabirnog sočiva potiče od dopunske dužine gornjeg zraka

δ=(D/2)*sinα

Polarizacija

Polarizovana svjetlost nastaje refleksijom tj. lomom svjetlosti.

Kada ugao izmedu reflektirane i lomljene zrake iznosi 90 stepeni tada je reflektirana zraka linearno polarizirana. Ugao upada (alfa) se zove Brewsterov ugao. I tada vrijedi da je:

n – indeks loma

Fotoelektrični efekat

Fotoelektrični efekat je prvobitno otkriven od Rudolfa Hertza. Hertz je istraživao električno pražnjenje između dvije elektrode. Pri eksperimentu je otkrio da intenzitet elektrona, struja, raste ako se elektrode osvjetle ultravioletnim svjetlom. Sistem sa anodom i katodom se postavi u vakumsku cijev. Oslobođeni elektroni se privlače od anode. Struja kroz cijev (foto struja) zavisi od napona Vs između anode i katode.

Da bi elektron napustio površinu metala potrebna mu je minimalna energija za napuštanje, W. Energija jednoga fotona je hν, gdje je h Planckova konstanta a ν je frekvencija fotona. Da bi elektron napustio površinu metala potrebna mu je znači energija veća od minimalne energije W (hν > W). Maksimalna kinetička energija koju foton dobije nakon što napusti površinu metala je:

Ako se doda dovoljno negativan napon, Vs, struja kroz cijev prestaje. Napon je nezavisan od intenziteta svjetla ali raste sa frekvencijom svjetla. Konstanta k je ista za sve materijale ali je frekvencija ν0 različita za različite materijale.

Ako je frekvencija svjetla manja od ν0 ne dolazi do nastanka fotoelektričnog efekta.

Komptonov efekat

je rasejanje fotona sa atomom pri čemu foton gubi deo energije, tj., menja talasnu dužinu. Efekat je značajan jer je potvrdio korpuskularnu (čestičnu) prirodu svetlosti. Za otkriće i objašnjenje efekta Kompton je dobio Nobelovu nagradu za fiziku 1927. godine. Ovaj efekat je bio važan za razvoj moderne fizike jer je pokazao da svetlost ne može u potpunosti da se opiše kao talasna pojava. Klasična teorija rasejanja elektromagnetnih talasa sa naelektrisane čestice ne može da objasni promenu talasne dužine rasejanog zraka. Za objašnjenje Komptonovog rasejanja neophodno je uzeti u obzir čestičnu prirodu svetlosti. Komptonov eksperiment je najzad uverio fizičare da se svetlo ponaša i kao mlaz čestica čija je energija proporcionalna frekvenciji.

Jednačina za Komptonov efekat je:

Gde je:

λ1 -talasna dužina fotona pre sudara,

λ2 -talasna dužina fotona posle rasejanja,

me -masa elektrona,

h/(mec) -Komptonova talasna dužina,

θ -ugao skretanja fotona,

h -Plankova konstanta,

c -brzina svjetlosti.

Komptonova talasna dužina iznosi 2,43×10-12 metara.

Komptonovo rasejanje je od prvorazrednog značaja u radiologiji jer je to najverovatniji mehanizam međudelovanja visokoenergijskih H-zraka i atoma u tkivu i koristi se u radijacionoj terapiji.