Fysik TFYA86. Föreläsning 9/11

Relevanta dokument
Kapitel 33 The nature and propagation of light. Elektromagnetiska vågor Begreppen vågfront och stråle Reflektion och brytning (refraktion)

The nature and propagation of light

Diffraktion och interferens Kapitel 35-36

Fysik TFYA68 (9FY321) Föreläsning 6/15

Fysik TFYA86. Föreläsning 8/11

Fysik TFYA68. Föreläsning 5/14

Vågrörelselära och optik

v = v = c = 2 = E m E2 cµ 0 rms = 1 2 cε 0E 2 rms (33-26) I =

Hur elektromagnetiska vågor uppstår. Elektromagnetiska vågor (Kap. 32) Det elektromagnetiska spektrumet

Fysik (TFYA14) Fö 5 1. Fö 5

Vågrörelselära och optik

Tenta Elektrisk mätteknik och vågfysik (FFY616)

3. Ljus. 3.1 Det elektromagnetiska spektret

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t s(x,t) =s 0 sin 2π T x. v = fλ =3 5 m/s = 15 m/s

Elektromagnetiska fält och Maxwells ekavtioner. Mats Persson

Hur funkar 3D bio? Laborationsrapporter Se efter om ni har fått tillbaka dem och om de är godkända!

Vågrörelselära och optik

Vågrörelselära och optik

Denna våg är. A. Longitudinell. B. Transversell. C. Något annat

Diffraktion och interferens

Vågrörelselära och optik

Fysik. Laboration 3. Ljusets vågnatur

Gauss Linsformel (härledning)

Övningsuppgifter/repetition inom elektromagnetism + ljus (OBS: ej fullständig)

Fysik TFYA68. Föreläsning 2/14

Föreläsning 14 och 15: Diffraktion och interferens i gitter, vanliga linser, diffraktiv optik och holografi

Kapitel: 32 Elektromagnetiska vågor Maxwells ekvationer Hur accelererande laddningar kan ge EM-vågor

Planering Fysik för n och BME, ht-15, lp 1 Kurslitteratur: Göran Jönsson: Fysik i vätskor och gaser, Teach Support 2010 (eller senare). Obs!

Institutionen för Fysik Polarisation

Hur funkar 3D bio? Laborationsrapporter. Räknestuga. Förra veckan kapitel 16 och 17 Böjning och interferens

Vad är egentligen tid?

Diffraktion och interferens

Tentamen i Vågor och Optik 5hp F, Q, kandfys, gylärfys-programm, den 11. juni 2010

Institutionen för Fysik Polarisation

Mekaniska vågor. Emma Björk

Föreläsning 7: Antireflexbehandling

1. Betrakta en plan harmonisk elektromagnetisk våg i vakuum där det elektriska fältet E uttrycks på följande sätt (i SI-enheter):

Mer om EM vågors polarisation. Vad händer om man lägger ihop två vågor med horisontell och vertikal polarisation?

Föreläsning 7: Antireflexbehandling

OBS!

Vad är ljud? Ljud skapas av vibrationer

Interferens (Kap. 35) Interferens (Kap. 35) Interferens mellan vågor från två punktformiga källor. Skillnad mellan interferens och diffraktion

Förklara dessa begrepp: Ackommodera Avbildning, Brytning Brytningslagen Brytningsindex Brytningsvinkel Brännvidd Diffus och regelbunden reflektion

Handledning laboration 1

Föreläsning 3: Radiometri och fotometri

Föreläsning 14 och 15: Diffraktion och interferens i gitter, vanliga linser, diffraktiv optik och holografi

Lösningar till repetitionsuppgifter

Presentationsmaterial Ljus som vågrörelse - Fysik B. Interferens i dubbelspalt gitter tunna skikt

Vågor. En våg är en störning som utbreder sig En våg överför energi från en plats till en annan. Det sker ingen masstransport

Information om ämnet Militärteknik med diagnostiskt självtest av förkunskaper till blivande studerande på Stabsutbildningen (SU)

Grundläggande Akustik

Geometrisk optik reflektion och brytning. Optiska system F9 Optiska instrument. Elektromagnetiska vågor. Det elektromagnetiska spektrumet FAF260

Michelson-interferometern och diffraktionsmönster

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 högskolepoäng, FK4009 Tisdagen den 17 juni 2008 kl 9-15

Kapitel 35, interferens

Repetitionsuppgifter i vågrörelselära

If you think you understand quantum theory, you don t understand quantum theory. Quantum mechanics makes absolutely no sense.

Lösningar till Tentamen i Fysik för M, del 2 Klassisk Fysik (TFYY50) Lördagen den 24 April 2004, kl

Optiska ytor Vad händer med ljusstrålarna när de träffar en gränsyta mellan två olika material?

1. Elektromagnetisk strålning

Ljudhastighet (vätska & gas) RT v M Intensitet från en punktkälla P I medel 2 4 r Ljudintensitetsnivå I 12 2 LI 10lg med Io 1,0 10 W/m Io Dopplereffek

De tre svarsalternativen (från vänster till höger) är poäng. Oriktigt svar ger -0.2 poäng. Vet ej är neutralt och ger 0 poäng.

Polarisation laboration Vågor och optik

1. a) I en fortskridande våg, vad är det som rör sig från sändare till mottagare? Svara med ett ord. (1p)

Kikaren. Synvinkel. Kepler och Galileikikare. Vinkelförstoring. Keplerkikaren. Keplerkikaren FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1

1 Figuren nedan visar en transversell våg som rör sig åt höger. I figuren är en del i vågens medium markerat med en blå ring prick.

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 7 poäng, FyL2 Tisdagen den 19 juni 2007 kl 9-15

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

EXPERIMENTELLT PROBLEM 2 DUBBELBRYTNING HOS GLIMMER

Optik. Innehåll: I - Elektromagnetiska vågor radio och ljus. II - Reflexion och brytning. III - Ljusvågor. MNXA11 / Lund University

Diffraktion... Diffraktion (Kap. 36) Diffraktion... Enkel spalt. Parallellt monokromatiskt ljus gör att skuggan av rakbladet uppvisar en bandstruktur.

Tentamen i Vågor och Optik 5hp F, Q, kandfys, gylärfys-programm, den 15. mars 2010

OBS! Svaren på förståelsedelen skall ges på tesen som skall lämnas in.

Tillämpad vågrörelselära FAF260. Svängningar genererar vågor - Om en svängande partikel är kopplad till andra partiklar uppkommer vågor

1 AKUSTIK Håkan Wennlöf, I = P A m 2 P effekt, A arean effekten är spridd över (ofta en sfär, ljud utbreds sfärsiskt).

Vågrörelselära och optik

Svaren på förståelsedelen skall ges direkt på tesen som ska lämnas in

Övningsuppgifter. 1. Ljusets natur. Våglära och optik FAFF D Varför är kortvågigt ljus ofta mer skadligt än långvågigt ljus?

Fysik TFYA68. Föreläsare/kursansvarig: Weine Olovsson

TENTAMEN I TILLÄMPAD VÅGLÄRA FÖR M

Fysik TFYA68 (9FY321)

Laboration 1 Fysik

OBS!

OBS!

OBS! Svaren på förståelsedelen skall ges direkt på tesen som skall lämnas in.

OBS!

Ljusets polarisation

OBS!

Polarisation en introduktion (för gymnasiet)

Fysik TFYA86. Föreläsare/kursansvarig: Weine Olovsson

Övning 4 Polarisation

3. Mekaniska vågor i 2 (eller 3) dimensioner

Elektromagnetiska vågor (Ljus)

OBS!

Polarisation Laboration 2 för 2010v

Kapitel 36, diffraktion

OBS!

ett uttryck för en våg som beskrivs av Jonesvektorn: 2

OBS!

OBS!

Transkript:

Fysik TFYA86 Föreläsning 9/11 1

Elektromagnetiska vågor (ljus) University Physics: Kapitel 32, 33, 35, 36 (delar, översiktligt!) Översikt och breddning! FÖ: 9 (ljus) examineras främst genom ljuslabben 2

Ljus monokromatiskt ljus, specifik våglängd: c = f ljushastigheten = våglängden frekvensen 3

Tidigare: Maxwells ekvationer I denna kurs används integralformen av MW ekv. I Gauss sats: S ~E d ~ S = Q in 0 I Gauss sats (magn.): S ~B d ~ S =0 I I Faradays lag: C ~E d ~ l = Amperes lag: C ~H d ~ l = Z Z S S @ ~ B @t d~ S = 0 (elektrostatiken) ~ J d ~ S + Z S @ ~ D @t d~ S James Clerk Maxwell (1831-1879) Sammanfattning av tidigare kunskap Ett viktigt tillägg! 4 = 0 (magnetostatiken)

Elektromagnetisk störning/våg 1865 Maxwells 4 ekvationer (samt tillägg) + ljus som EM-våg accelererande laddning EM-våg Faradays lag: Tidsvarierande ~B som källa till ~E Amperes lag: ~E ~ Tidsvarierande som källa till B ej oberoende av varandra! Ansätt elektromagnetisk störning, i form av tidsvarierande fält: ~B(t) ~ E(t) elektromagnetisk våg 5

Elektromagnetisk störning/våg (1) Statisk laddning (elektrostatik) ~E vi har hittills sett (2) Laddning i rörelse, ström (magnetostatik) ~B (3) Laddning under acceleration ~B(t) ~ E(t) elektromagnetisk våg 1887 Heinrich Hertz visar att EM vågor rör sig med ljusets hastighet f frekvens [Hz = s -1 ] 6

Maxwells ekvationer i vakuum Gauss sats (vakuum): I S ~E d ~ S =0 * inga laddningar Q =0 Gauss sats (magn.): I S ~B d ~ S =0 Faradays lag (vakuum): I C ~E d ~ l = Z S @ ~ B @t d~ S * * ~E = ~ D r 0 r =1 ~B = µ r µ 0 ~ H µ r =1 Amperes lag (vakuum): I C ~B d ~ l = 0 µ 0 Z S @ ~ E @t d~ S * ingen strömtäthet ~ J = ~0 7

Fortskridande plan våg Kan välja sinus- eller cosinusfunktion: förflyttning i fixt koordinatsystem x y(x) =A cos 2 x 0 x 0 = x vt våglängd k = 2 vågtalet! = 2 v =2 f v =! k vinkelfrekvensen fashastigheten y(x, t) =A cos(kx!t) Generellt kan man skriva: y(~r,t)=a cos( ~ k ~r ~r = xˆx + yŷ + zẑ!t) vågvektorn ~ k = kˆk 8

Fortskridande plan elektromagnetisk våg Uppfylls Maxwells ekvationer? plan elektromagnetisk våg i vakuum se UP 32.2! E = cb B = 0 µ 0 ce Kan ej ha longitudinella vågor! Fälten är i fas! EM-vågens hastighet i vakuum visar sig vara ljusets hastighet: c = 1 p 0 µ 0 2, 998 10 8 m/s 9

Fortskridande plan elektromagnetisk våg Utgå från exempelvis: y(x, t) =A cos(kx!t) ~E(x, t) =E max cos(kx!t) ŷ ~B(x, t) =B max cos(kx!t) ẑ B max = 1 c E max Fashastigheten: v =! k = (vakuum) = 1 p 0 µ 0 = c 10

ŷ Elektromagnetisk våg våglängd Exempel: linjärt polariserad i ŷ definieras av E-fältets riktning ẑ OBS: förväxla ej polarisation av EM-våg med elektrisk polarisation ~ P utbredningsriktning ˆx 11

Ljus och polarisation Exempel: linjärt polariserat ljus ~E 12

Ljus och polarisation cirkulärt polariserat ljus ~E linjärt polariserat ljus ~E naturligt ljus = opolariserat superposition av många vågor (olika faser, våglängd) 13

Sammanfattning: EM-vågors egenskaper Vågen är transversell, dvs ortogonal mot utbredningsriktningen ~E? B ~ fälten är ortogonala mot varandra fälten är i fas med varandra E = cb Utbredning i vakuum med ljushastigheten c 2, 998 10 8 m/s Behöver inget medium (jmf med vågor i mekaniken, t ex ljud, vatten) 14

Elektromagnetiska vågor inuti material Dielektrikum (icke-ledande material) för de flesta dielektrikum µ r 1 E = vb (ej ferromagnetiska isolatorer) B = µve v = 1 p = 0 r µ 0 µ r p c r µ r p c r = 0 r µ = µ 0 µ r Brytningsindex: ljushastigheten i material är lägre än ljushastigheten i vakuum! ljushastigheten i vakuum n =1 vakuum ( luft) n = c v ljushastigheten i material n>1 material 15

Ljus Isotrop (likformig) spridning På långt avstånd från ljuskällan: sfär plan våg vågfront vågfront Vi kommer oftast att anta: Koherenta ljuskällor (i fas) Monokromatiskt ljus (samma våglängd ) Interferens några vågor (~2 källor) Diffraktion många vågor 16

Reflektion och refraktion Refraktion (vågbrytning mellan medium): Reflektion r = a infallande våg a r reflekterad våg bruten våg Brytningsindex b Refraktion n = c v ljushastigheten i vakuum n =1 vakuum ( luft) ljushastigheten i material n>1 material 17

Snells brytningslag (1) (2) (3) a r a r a =0 n a n a n b n b r =0 b b =0 n b >n a b n b <n a Snells brytningslag: våglängd = 0 n ursprunglig våglängd brytningsindex n a sin a = n b sin b f Frekvensen är konstant! 18

Brewstervinkeln Brewstervinkeln eller polarisationsvinkeln Total polarisation av reflekterat ljus n a a r 90 n b b p = a = r tan p = n b n a Brewstervinkeln eller polarisationsvinkeln 19

Huygens princip Christiaan Huygens 1678 r = vt Sekundär spridning Varje punkt i en vågfront kan ses som en källa för en ny våg UP 33.7 Kan användas bl a för att komma fram till Snells brytningslag 20

Interferens och diffraktion Interferens några vågor (~2 källor) Diffraktion många vågor Fresnel diffraktion Fraunhofer diffraktion ljusstrålar parallella Konstruktiv interferens Destruktiv interferens r 2 r 1 = m r 2 r 1 =(m + 1 2 ) m =0, ±1, ±2,... 21

Dubbelspalt Interferensband UP 35.2 Thomas Youngs experiment (1800): d sin = m ljus d avståndet mellan spalterna d sin =(m + 1 2 ) mörk m =0, ±1, ±2,... Intensiteten starkast för m =0 alternativ för S1: laser d större mindre kortare mellan banden längre mellan banden 22

Enkelspalt Villkor för mörka band: UP 36.2 sin = m a m = ±1, ±2,... Små vinklar: a = m a 23

Gitter (diffraktions)gitter UP 36.5 Intensitets maximum: d sin = m m =0, ±1, ±2,... Oftast tusentals spalter, exempelvis 1000 spalter/mm d ~ 1/1000 mm = 1000 nm d avståndet mellan spalterna 24