optika za studente tehnološkog fakulteta (pdf)

26
Sadržaj Optika 311 Optika 312 Elektromagnetno polje i elektromagnetni talasi 314 Elektromagnetni talasi i elektromagnetni spektar 318 Geometrijska optika Zakoni odbijanja i prelamanja svetlosti 320 Ogledala 321 Sferna ogledala 323 Zakoni prelamanja svetlosti 326 Totalna refleksija 330 Primena zakona prelamanja 331 Sočiva 333 Nedostaci sočiva 339 Optički instrumenti 340 Fotometrija Izvori svetlosti 342 Fotometrijske veličine i jedinice 343 Talasna optika Talasna svojstva svetlosti. Interferencija svetlosti. 346 Difrakcija svetlosti 352 Difrakcija svetlosti na jednoj pukotini 354 Difrakcija svetlosti na optičkoj rešetki 355 Difrakcija X-zraka 357 Bragov zakon 358 Polarizacija svetlosti 360 312 OPTIKA Korpuskularna (Njutnova - XVII vek) teorija svetlosti - uspela da objasni pravolinijsko prostiranje svetlosti, refleksiju i prelamanje. Talasna (Hajgensova - XVII vek ) teorija svetlosti - longitudinalni talas koji se prostire kroz etar (hipotetička supstanca koja prožima ceo prazan prostor). Hajgensov princip - svaka tačka prostora pogođena talasom postaje i sama izvor sekundarnih talasa koji se prostiru u svim pravcima. Jang i Frenel (XIX vek) – dokaz talasne prirode svetlosti i razrada principa interferencije i difrakcije svetlosti na bazi teorije o talasnoj prirodi svetlosti. Pojava polarizacije potvrđuje talasnu prirodu. Elektromagnetni karakter svetlosti - Maksvel i Herc (druga polovina XIX veka).

Upload: duongcong

Post on 08-Dec-2016

263 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

SadržajOptika

311

Optika 312Elektromagnetno polje i elektromagnetni talasi 314Elektromagnetni talasi i elektromagnetni spektar 318Geometrijska optikaZakoni odbijanja i prelamanja svetlosti 320Ogledala 321Sferna ogledala 323Zakoni prelamanja svetlosti 326Totalna refleksija 330Primena zakona prelamanja 331Sočiva 333Nedostaci sočiva 339Optički instrumenti 340

FotometrijaIzvori svetlosti 342Fotometrijske veličine i jedinice 343Talasna optikaTalasna svojstva svetlosti. Interferencija svetlosti. 346Difrakcija svetlosti 352Difrakcija svetlosti na jednoj pukotini 354Difrakcija svetlosti na optičkoj rešetki 355Difrakcija X-zraka 357Bragov zakon 358Polarizacija svetlosti 360

312

OPTIKAKorpuskularna (Njutnova - XVII vek) teorija svetlosti - uspela da objasnipravolinijsko prostiranje svetlosti, refleksiju i prelamanje.

Talasna (Hajgensova - XVII vek ) teorija svetlosti - longitudinalni talaskoji se prostire kroz etar (hipotetička supstanca koja prožima ceo prazanprostor).

Hajgensov princip - svaka tačka prostora pogođena talasom postaje i samaizvor sekundarnih talasa koji se prostiru u svim pravcima.

Jang i Frenel (XIX vek) – dokaz talasne prirode svetlosti i razrada principainterferencije i difrakcije svetlosti na bazi teorije o talasnoj prirodisvetlosti.

Pojava polarizacije potvrđuje talasnu prirodu.

Elektromagnetni karakter svetlosti - Maksvel i Herc (druga polovina XIXveka).

Page 2: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

313

OPTIKA

Problem fotoelektričnog efekta i raspodele energije zračenja crnog telarešen uvođenjem hipoteze o kvantnoj prirodi energije svetlosnog zračenja(Plank - 1900.).

Svaki izvor svetlosti emituje energiju u određenim energetskim iznosima- kvantima (fotonima).

Otkriće Komptonovog rasejanja fotona na elektronima (pri kome fotonimenjaju talasnu dužinu), kao i fotoefekat potvrđuju čestičnu prirodusvetlosti.

De Brolj (1924.) - dualističko shvatanje prirode svetlosti proširuje naelementarne čestice (protone i elektrone) - kako talasi imaju i čestičnasvojstva, tako i čestice imaju i talasna svojstva (difrakcija elektrona).

314

Vremenska promena električnog polja u tački P u okolinielektričnog provodnika u kome se periodično menjasmer struje.Električno polje se u okolini provodnika ne uspostavljau svim tačkama trenutno, niti istovremeno, već se saizvesnom brzinom udaljava od njega.

Vremenska promena magnetnogpolja u tački P u okolini električ-nog provodnika se poklapa sa pe-riodičnim promenama struje.

I magnetno polje se prostire uokolni prostor slično električnom.

Elektromagnetno polje i elektromagnetni talasi

Jedan od mogućih načina stvaranja elektromagnetnihtalasa: dva pravolinijska provodnika spojena na izvornaizmeničnog napona.

Page 3: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

315

Elektromagnetno polje i elektromagnetni talasiVektori jačine električnog i magnetnog polja osciluju u međusobnonormalnim ravnima i normalno na pravac njihovog širenja (prostiranja).

I električno i magnetno polje koje stvara električni provodnik (tzv. električnidipol) veoma brzo slabi (opada intenzitet) sa udaljavanjem od njega i zatopostoji samo u njegovoj blizini. To je tzv. blisko polje.

Međutim, drugi efekat je odgovoran za formiranje talasa električnog imagnetnog polja na velikim rastojanjima od provodnika i u dielektričnoj(neprovodnoj) sredini, pa čak i u vakuumu - radijaciono polje.

316

Elektromagnetno polje i elektromagnetni talasiPromena magnetnog polja u okolini provodnika sa promenljivom strujomproizvodi (indukuje) promenljivo električno polje (Majkl Faradej - zakonindukcije). Promenljivo električno polje proizvodi promenljivo magnetnopolje (Džejms Maksvel).

Radijaciono polje nastaje usled toga što promene magnetnog polja uokolini provodnika stvaraju električno polje koje se periodično menja, aove promene stvaraju magnetno polje.

Uzajamne oscilacije električnog i magnetnog polja se prostiru na velikarastojanja u obliku transverzalnog talasa.

Page 4: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

317

Elektromagnetno polje i elektromagnetni talasiLinije sila električnog polja u okolini antene. Radijaciono polje se prostirebrzinom c u svim pravcima od antene.

Prikaz intenziteta elektromagnetnihtalasa u okolini električnog provod-nika (tzv. električnog dipola).

318

Elektromagnetni talasi i elektromagnetni spektarOsim u okolini provodnika kroz koji protiče promenljiva struja,elektromagnetni talasi se formiraju u svim slučajevima kadapostoji ubrzano (ili usporeno) kretanje nosilaca naelektrisanja.Osnovne fizičke veličine koje opisuju elektromagnetne talase su brzinaprostiranja c (ili v), frekvencija ν i talasna dužina λ:

Elektromagnetni talasi se mogu prostirati i kroz vakuum i kroz materijalnesredine. Brzina prostiranja elektromagnetnih talasa u vakuumu iznosi:

λν=c

m/s103m/s458792299 8⋅≈=c

Ovom brzinom se prostiru, osim talasa, i sva ostala električna i magnetnadejstva u prostoru.

Brzina prostiranja elektromagnetnih talasa u materijalnim sredinama sesmanjuje u odnosu na brzinu u vakuumu, a istovremeno se smanjuje italasna dužina.

Page 5: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

319

Elektromagnetni talasi i elektromagnetni spektarSpektar frekvencija i talasnih dužina elektromagnetnih talasa je izuzetnoširok i obuhvata frekvencije od 104−1024 Hz (radio talasi, mikrotalasi, infra-crveni, vidljiva svetlost 380−780 nm, ultraljubičasti talasi, X-zraci, γ-zraci).

320

Geometrijska optika.Zakoni odbijanja i prelamanja svetlosti

Zakoni odbijanja svetlosti (ogledalska refleksija):

1. Upadni zrak, normala i odbijeni zrak leže u istojravni.

2. Ugao upadnog zraka θi i ugao odbijenog zraka θr(u odnosu na normalu) međusobno su jednaki:

ri θ=θ

U osnovne oblike odbijanja svetlosti spadaju ogledalska i difuzna refleksija.

Page 6: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

321

OgledalaOgledala su optička tela uglačanih površina saciljem da se na njima vrši refleksija svetlosti.

Ravna ogledalaLikovi koji nastaju u preseku imaginarnih zraka(tj. produžetaka reflektovanih) su imaginarni.

Predmet i njegov lik stoje simetrično u odnosu naravan ogledala (na istom su rastojanju od ogledala)i iste su visine.

322

Ogledala

2Rf =

Sferna ogledala

Sferna ogledala su uglačani delovi sfernih površina.

Konkavno (izdubljeno) ogledalo↓

Konveksno (ispupčeno) ogledalo ↓

Page 7: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

323

Sferna ogledalaKonstrukcija likova kod izdubljenih sfernih ogledala - likovi su realni:

ili imaginarni:

324

Sferna ogledalaKonstrukcija likova kod ispupčenih sfernih ogledala - likovi su imaginarni

Page 8: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

325

Sferna ogledala

Jednačina ogledala - povezuje žižnu daljinu f i rastojanja predmeta p i likal od temena ogledala.

l

111+=

pf

Jednačina konkavnog (izdubljenog) ogledala:

Jednačina konveksnog (ispupčenog) ogledala:(znaci “−” ukazuju na imaginarnost žiže i lika). l

111−=−

pf

Uvećanje je odnos veličina lika i predmeta:pP

Lu l==

326

Zakoni prelamanja svetlostiPri prelasku svetlosti iz jedne u drugu materijalnusredinu dolazi do promene pravca prostiranja, tj.do prelamanja (refrakcije).

Zakoni prelamanja (refrakcije) svetlosti:1. Upadni zrak, normala i prelomljeni zrak leže u

istoj ravni.

2. Odnos sinusa ugla upadnog zraka θ1 i sinusa uglaprelomljenog θ2 zraka je konstantna veličina -relativni indeks prelamanja druge sredine uodnosu na prvu (karakteriše sredine na čijojgranici se svetlost prelama).

2

11,2 sin

sinθθ

=n θ1, θ2 su upadni i prelomni ugao u odnosu na normalu na graničnu površinu.

Page 9: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

327

Zakoni prelamanja svetlosti

Relativni indeks prelamanja je odnos brzina svetlosti u I u odnosu na II sredinu:

2

1

2

11,2 sin

sinvv

θθ

==n

Apsolutni indeks prelamanja je odnos brzina svetlosti u vakuumu c i udatoj sredini v:

vcn =

328

Zakoni prelamanja svetlosti

Talasna dužina svetlosti pri prostiranju kroz providnu sredinu indeksaprelamanja n se smanjuje u poređenju sa λ u vakuumu, a frekvencijatalasa (broj oscilacija električnog i magnetnog polja u sekundi) ostaje isti.

212122

11 vvvv

λ>λ⇒>⎭⎬⎫

νλ=νλ=

22112

1

1

2

2

1

2

1

//

vv nn

nn

ncnc

λ=λ⇒λλ

===

n1

=λPrimer: Ako je prva sredina vakuum (vazduh) sa n1=1 (i v1=c) i u kojoj je talasnadužina svetlosti λ1, a druga sredina ima apsolutni indeks n2=n, tada je talasna dužinasvetlosti λ2 u drugoj sredini n-puta manja:

2

112 n

n λ=λ

Page 10: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

329

Zakoni prelamanja svetlosti

2211 sinsin θ=θ nn

Snelov zakon prelamanja

Optički gušća sredina ima veći indeks prelamanja (svetlost se sporijeprostire kroz nju).

1,21

2

2

1

2

1

2

222

1

111

vv

sinsin

vsin

vsin

nnn

nhtc

ht

h

nhtc

ht

h≡==

θθ

⎪⎪

⎪⎪

Δ=

Δ=

λ=θ

Δ=

Δ=

λ=θ

330

Totalna refleksijaPri prelasku iz optički gušće u optički ređu sredinu, za upadne uglovesvetlosti veće od nekog graničnog θc, dolazi do potpunog odbijanjasvetlosti na granici dve sredine - totalna refleksija.

)(sin 211

2 nnnn

c >=θ

)(90sinsin 2121 nnnn c >°=θ

Granični ugao totalne refleksije θc zavisi od prirode dve sredine na čijoj granici se ona dešava.

Page 11: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

331

Primena zakona prelamanja

Totalna refleksija se koristi u opticiza promenu pravca svetlosnih zraka

Prelamanje na prizmi - providnooptičko telo ograničeno sa dveravne nagnute površine ↓

Karakteristike: n (indeks prelamanja materijala prizme), γ (ugao prizme) i δ (ugao ukupnog skretanja, devijacije)

332

Primena zakona prelamanja - disperzija svetlostiDisperzija - pojava zavisnosti optičkih karakteristika(indeksa prelamanja, skretanja zraka, …) od talasnedužine svetlosti. Posledica je razlaganje svetlosti nakomponente.

)(λ= fn

Page 12: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

333

SočivaSočiva su providna optička tela ograničena dvema sfernim površinama ilijednom sfernom i jednom ravnom površinom.Prema načinu prelamanja podeljena su na sabirna (konvergentna) i rasipna(divergentna) sočiva.

334

SočivaKonstrukcija likova kod sočiva - karakteristični zraci (3)

Page 13: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

335

SočivaKonstrukcija likova kod sabirnih sočiva - likovi su realni ili imaginarni

336

SočivaKonstrukcija likova kod rasipnih sočiva - likovi su imaginarni (dobijaju seu preseku produžetaka prelomljenih zraka).

Page 14: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

337

SočivaJačina sočiva:

Za složena sočiva, jačinesočiva se sabiraju.

[D]1f

Jednačina sočiva - povezuje žižnu daljinu f i rastojanja predmeta p i lika lod centra sočiva.

l

111+=

pfJednačina sabirnog sočiva:

Jednačina rasipnog sočiva:(znak “−” je oznaka za imaginarne lik i žižu)

l

111−=−

pf

Uvećanje je odnos veličina lika i predmeta:pP

Lu l==

338

SočivaOptička jednačina sočiva - pokazuje od čega zavisi žižna daljina (n - indeksprelamanja materijala sočiva, r1 i r2 - poluprečnici krivina zakrivljenihpovršina sočiva).

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−=

21

11)1(1rr

nf

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

211

2 1111rrn

nf

Za slučaj da je sočivo indeksa prelamanja n2 u nekoj providnoj srediniindeksa prelamanja n1, optička jednačina sočiva ima oblik:

Složena sočiva su kombinacije sočiva različitih oblika i indeksa prelamanjakoje su namenjene otklanjanju nedostataka sočiva.

∑=

=n

i iff 1

11

Page 15: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

339

Nedostaci sočiva1. Sferna aberacija - svetlosni zraci se na ivicama

sočiva male žižne daljine različito prelamaju -otklanja se ili postavljanjem blende (zaklona)na put zraka ili kombinacijom sočiva.

2. Hromatska aberacija - posledica disperzije -svetlosni zraci različitih talasnih dužina serazličito prelamaju - otklanja se kombinacijomsočiva različitih indeksa prelamanja.

Postoje i drugi nedostaci sočiva koji se eliminišu kombinovanjem više sočiva ili njihovim oblikovanjem:KomaAstigmatizamDistorzija

340

Optički instrumenti

Lupa - sabirno sočivo manje žižne daljine- služi za gledanje bliskih predmeta podvećim vidnim uglom.

Daje uspravan, imaginaran i uvećan lik -uvećanje 2-10 puta.

1+≈fdu

d - daljina jasnog vida

f - žižna daljina sočiva lupe

Page 16: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

341

Optički instrumentiMikroskop - sačinjavaju gadve grupe sočiva koje imajuulogu sabirnih sočiva (objek-tiv i okular). Služi za posma-tranje sitnih objekata, koji sunevidljivi golim okom.

Uvećanje zavisi od žižnihdaljina objektiva i okulara idužine tubusa t. Imaginaranlik se formira na daljinijasnog vida d.

21 ffdtu =

d - daljina jasnog vida (≈25 cm)t - dužina tubusa (na slici L) -

- rastojanje između objektiva i okularaf1 i f2 - žižne daljina sočiva objektiva i okulara

342

Fotometrija. Izvori svetlostiTela koja emituju svetlost su svetlosni izvori.Primarni emituju svetlost na račun sopstvene energije− toplotni - zagrejana tela (Sunce, sijalica sa vlaknom, plamen, …),− luminescentni - ekscitovani atomi i molekuli (ZnO, ZnS , CdS, GaP, …),− stimulisani - spoljašnja stimulacija izvora zračenja (laser).

Sekundarni izvori, u stvari, ne emituju sopstvenu već svetlost drugih izvorana račun odbijanja.

Page 17: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

343

Fotometrijske veličine i jedinice.Fotometrija je deo optike koji se odnosi na merenje energije elektromag-netnih talasa koju emituju svetlosni izvori.

U zavisnosti od detektora svetlosti, jedinice fotometrijskih veličina se delena objektivne (energetske) - detektori su fotoosetljivi uređaji ili supstance, isubjektivne (vizuelne) - detektor je ljudsko oko, različito osetljivo premarazličitim talasnim dužinama i u različitim spoljašnjim uslovima.

Izotropni tačkasti svetlosni izvori - zanemarljivih su dimenzija iravnomerno emituju svetlosnu energiju u svim pravcima.

1. Svetlosni fluks Φ je energija dW koju svetlosniizvor izrači u jedinici vremena kroz nekupovršinu dS ili neki prostorni ugao dΩ (snagaizračene energije):

tWd

d=Φ

nm) 555 (za lm683W1 =λ=

W] [lm;

344

Fotometrijske veličine i jedinice.

2. Izračena količina energije dQ u intervalu vremena dt je: dQ=Φdt

3. Jačina svetlosti I je osobina svetlosnog izvora - izračeni svetlosni fluks dΦ po jedinici prostornog ugla dΩ:

Ukupan svetlosni fluks: Φuk=4πI

4. Osvetljenost E je veličina koja izražava stepen osvetljenosti površine dSna koju pada svetlosni fluks dΦpad, odnosno to je upadni fluks pojediničnoj površini:

ΩΦ

=ddI

SE

dd padΦ

=

2244

rI

rIE =

ππ

=

Osvetljenost svake tačke sfere poluprečnika r u čijem centru je izotropnitačkasti svetlosni izvor:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ =

srW ;

srlmcd

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ = 22 m

W;mlmlx

Page 18: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

345

5. Emisiona sposobnost (emitancija) R je veličinafluksa svetlosti koju emituje jedinična površinasvetlosnog izvora:

Lambertov zakon definiše osvetljenost površineudaljene za r od tačkastog (ili veoma udaljenog)izvora svetlosti, pri čemu normala na površinuzaklapa ugao α sa pravcem svetlosti:

α= cos2rIE

SR

dd emΦ

=

Emitovanje vrše primarni (sopstvena energija) isekundarni izvori (refleksija ili transparencija).

ERER τ== r

Fotometrijske veličine i jedinice.

teloprovidno idealno -1,0r telocrno idealno -0,0rtelobeloidealno-0,1r

=τ==τ==τ=

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

22 mW;

mlm

346

Talasna optika. Talasna svojstva svetlosti.Interferencija svetlosti.

Analogno mehaničkim talasima, ikod elektromagnetnih talasa dolazido slaganja, interferencije što imaza posledicu pojačanje ili slablje-nje njihovog intenziteta.

Za ostvarivanje interferencije, ne-ophodno je da postoje koherentnitalasi - kod njih je razlika u fazioscilovanja konstantna, tj. ne me-nja se tokom vremena (monohro-matska svetlost koja potiče odistog izvora).

Laseri su izvori koherentne svetlosti, afluorescentne ili sijalice sa usijanimvlaknom nekoherentne svetlosti.

Page 19: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

347

Interferencija svetlosti.Tomas Jang (1801.) je izveo eksperiment sainterferencijom monohromatske svetlosti kojaprolazi kroz dva bliska proreza - dokaz talasneprirode svetlosti.Prorezi, sa jedne strane obasjani svetlošću iz jednogizvora, predstavljaju dva izvora koherentne svetlosti. Nazaklonu se formira slika od naizmeničnih svetlih i tamnihpruga.

Frenelova (1821.) interferencija

Tačkasti svetlosni izvor postavljen ispred dvaogledala koja stoje pod malim uglom - dva lika ovogizvora u ogledalima deluju kao dva koherentnaizvora.Na zaklonu se dobija interferentna slika - niz interferent-nih maksimuma i minimuma.

348

Interferencija svetlosti.

Jangov eksperiment interferencijesvetlosti na dva uska proreza.

Page 20: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

349

Interferencija svetlosti.Rezultati interferencije

350

Interferencija svetlosti

a) pređeni putevi monohromatskih zraka odproreza do zaklona su jednaki - svetla pruga;

b) razlika u pređenim putevima zraka je jednakatalasnoj dužini (λ) - svetla pruga;

c) razlika u pređenim putevima zraka je jednakapolovini talasne dužine (λ/2) - tamna pruga.

interferenciona slika

Page 21: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

351

Interferencija svetlostiPod pretpostavkom da je zaklon dovoljno daleko u poređenju sameđusobnim rastojanjem proreza, mogu se definisati uslovi za pojavusvetlih i tamnih pruga na određenom mestu na zaklonu.

⎪⎩

⎪⎨

+

=θ=Δ≡δK

K

l,2,1,0

2)12(

,2,1,0sin

kk

kkd

svetla pruga(konstruktivna interferencija)

tamna pruga(destruktivna interferencija)

352

Difrakcija svetlostiDifrakcija svetlosti je pojava “savijanja”, skretanjasvetlosti sa pravolinijskog puta na malim otvorima(pukotinama) - reda talasne dužine - ili oštrim ivicama,bez promene materijalne sredine kroz koju prolazi.

Svetle i tamne pruge na zaklonu (mogu biti iobojene, ako je svetlost polihromatska) posledicasu interferencije koja se dešava nakon prolaskasvetlosti kroz pukotinu.Ako su na putu od izvora do zaklona svetlosni zraciparalelni, reč je o difrakciji Fraunhoferovog tipa.

Ako su zraci konvergentni ili divergentni (dolaze podnekim uglom), reč je o difrakciji Frenelovog tipa.

difrakcija zvučnih (mehaničkih) talasa

Page 22: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

353

Difrakcija svetlostiDifrakcija na oštroj ivici

Difrakcija na maloj pukotini

354

Difrakcija svetlosti na jednoj pukotiniHajgensov princip: Svaka tačka pukotine pogođe-na talasom postaje i sama izvor sekundarnih talasa.Ovi talasi su koherentni i kao rezultat interferencije, nazaklonu se javlja niz svetlih i tamnih pruga.

K

K

,2,12

)12(sin

,2,1sin

+=θ

=λ=θ

kkw

kkw difrakcioni minimum(tamna pruga)

difrakcioni maksimum(svetla pruga)

Primer za difrakcioni minimum:

Page 23: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

355

Difrakcija svetlosti na optičkoj rešetkiNiz paralelnih pukotina na malom i jednakom međusobnom rastojanjupredstavlja difrakcionu (optičku) rešetku.

Svaka pukotina (prorez, mesto propuštanja svetlosti) difrakcionerešetke ponaša se kao novi izvor koherentne svetlosti, koja se uprostoru iza rešetke prostire u svim pravcima i interferira – stvarakarakterističnu sliku na zaklonu, sastavljenu od niza osvetljenih izatamnjenih mesta (difrakcioni maksimumi i minimumi).

356

Difrakcija svetlosti na optičkoj rešetkiUslovi za dobijanje difrakcionih maksimuma i minimuma na zaklonu:

K

K

,2,1,02

)12(sin

,2,1,0sin

+=θ

=λ=θ

kkd

kkd difrakcioni maksimum(svetla pruga)

difrakcioni minimum(tamna pruga)

d – konstanta difrakcione rešetke

Primer za difrakcioni maksimum:

Page 24: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

357

Difrakcija X-zrakaAko se X-zraci (elektromagnetni talasi male talasne dužine, reda 0.1 nm)propuste kroz kristalnu materiju (ima uređenu unutrašnju strukturu), dolazido njihove difrakcije, odnosno interferencije propuštenih zraka koji padajuna zaklon.Pravilan raspored difrakcionih maksimuma je posledica uređenostistrukture kristala i karakterističan je za svaki kristalni materijal, štoomogućava njeno izučavanje i identifikaciju (kvalitativna analizamaterijala).

Kristalna struktura NaCl

358

Difrakcija X-zraka – Bragov zakon.Bragov zakon (sin i otac W.L. Bragg i W.H. Bragg *) - definiše uslove zanastanak difrakcionih maksimuma X-zraka (monohromatski, talasne dužine λ)na kristalnoj strukturi (čvrsta tela sa pravilnim unutrašnjim rasporedomatoma).X-zraci koji padaju na kristalnu (uređenu) strukturu reflektuju se (difraktuju)sa različitih nizova paralelnih atomskih ravni, pri čemu je rastojanje izmeđuravni jednog niza di različito od rastojanja za drugi niz ravni dj.

Skup takvih rastojanja (d1, d2, …) jekarakterističan za dati materijal na kojise X-zraci usmeravaju – može se iskori-stiti za identifikaciju, tj. kvalitativnuanalizu složenog ili smeše materijala.

* Viljem Lorens Brag i njegov otac Viljem Henri Brag supodelili Nobelovi nagradu za fiziku 1915. godine zaotkriće difrakcije X-zraka na kristalima.

Page 25: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

359

Difrakcija X-zraka – Bragov zakonV.L. i V.H Brag su sveli pojavu difrakcije monohromatskih X-zraka nakristalima na refleksiju od paralelnih atomskih ravni.

d – je međuravansko rastojanje između atomskih ravni u kristalima

θ − upadni ugao X-zraka u odnosu na atomsku ravan

K,2,1sin2 =λ=θ kkd

Kada se utvrdi pod kojim upadnim uglovima (θ1, θ2,…) se dobijaju difrakcionimaksimumi monohromatskih X-zraka, može se odrediti skup rastojanja (d1, d2,…) između atomskih ravni u kristalima, koji su specifični za svaki kristalnimaterijal → kvalitativna analiza.

360

Polarizacija svetlostiPolarizacija je dokaz transverzalne prirodeelektromagnetnih talasa.Polarizovana svetlost je okarakterisana oscilaci-jama vektora električnog polja (svetlosni vektor)u samo jednoj ravni.Ravan normalna na ravan oscilovanja svetlosnogvektora je ravan polarizacije.Polarizacija svetlosti se dobija u procesima:odbijanja (prelamanja), dvojnog prelamanja,selektivne apsorpcije rasejanjem, …

Page 26: Optika za studente Tehnološkog fakulteta (PDF)

361

Polarizacija svetlostiPolarizacija pri odbijanju (prelama-nju) svetlosti na granici dve sredinerazličitih indeksa prelamanja.

Polarizacija pri dvojnom prelama-nju svetlosti na nekim kristalnimsupstancama (kalcit, kvarc, …)

Svetlost se razdvaja naredovan i neredovan zrakrazličitih brzina prostiranja(indeksa prelamanja) i obasu potpuno polarizovana.

362

Polarizacija svetlostiOptički sistem koji polarizuje svetlost je polarizator, a koji analizirasvetlost analizator.

Malusov zakon: Intenzitet propuštene polarizovane svetlosti krozanalizator zavisi od ugla između osa polarizatora i analizatora:

θ= 20 cosII