Fényelnyelés (Abszorbció) I o = I R + I T + I S + I A (R- reflexió; T- transzmisszió; S - szórás; A - abszorbció)

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Fényelnyelés (Abszorbció) I o = I R + I T + I S + I A (R- reflexió; T- transzmisszió; S - szórás; A - abszorbció)"

Mihály Orbán
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév z I o I t I r I a d KISÉRLETI FIZIKA Optika 11. (X. 18) I s Fényelnyelés (Abszorbció) I o = I R + I T + I S + I A (R- reflexió; T- transzmisszió; S - szórás; A - abszorbció) 1 R + T+ S + A =1 (R = I R /I o ;...) di' = -α I ' dz I'(z) = I o e -αz ; α kor.üv =10-5 1/cm ; Hulámhossz szelektív (szín): α CuSO4 =10.9 1/cm /λ= 700nm, piros/ az oldat kék; δ = 1/α : közepes behatolási mélység; κ = α/2 = n" 2π/λ o (k = K-iκ =n' k o - i n" k o ) Az abszorbció és a diszperzió összefügg! Az abszorbció és a reflexió is összefügg. (ahol az anyag elnyel, ott erısen visszaver)! I a = I o e -αd

2 Fresnel formulák fémekre alkalmazva (n- komplex) Merıleges beesésnél /vastag rétegre T=0 /: R = (n'-1) 2 + n" 2. (n'+1) 2 + n" 2 A = 4n' (n'+1) 2 + n" 2 Merıleges beesésnél /vékony rétegre már T 0 /: Aranyfüst (Ř=Ť=1/2, A=0) (R(λ) ) színe reflexióban sárga (R S >T S ), transzmisszióban kék (R K <T K ) Kramers-Kronig relációk ( n'(ω), n"(ω) ) kapcsolat. Fényszórás (Scattering) Rayleigh szórás: Korrelált (koherens) emisszió: -emisszós méret << λ gerj. ; ω <<ω o I S ~ 1/λ 4 (I s ~E s 2 ~ a x 2 ~ (ω 2 ) 2 ) Az ég kék. A nap naplementekor piros. Mie szórás (inkoherens): -emisszós méret: ~> λ gerj. I s -λ független /fehér felhı/ Polarizáció a szórt intenzitás irányfüggése (90 o -os megfigyelı). A navigáló vikingek napköve (polarizátora). 2

3 Fotometria S= E x H ; I * = S da J = di * /dω /Ω - látószög [sterradián] / N = dj/ds n /S n -fényforrás felülete norm komp./ H n = J/r 2 /r - fényforrástól mért távolság/ Radiometrikus I * : Sugárzási áram /sug. telj. Φ e / [ Watt] J: Sugárzás erısség /intenzitás I e / [W/sterad] N : Sugárzás sőrőség [ W/sterad /m 2 ] H : besugárzás /E e / [ W/m 2 ] I e = I λ dλ Fotometrikus F: Fényáram /fény telj. Φ v / [lumen] I : Fényerısség / fény int. I v / [lm/sterad = cand.] B : Fénysőrőség [cd/m 2 ] E : megvilágítás [lm/m 2 ] I λ Izzó T= 3000K (η=9%) Szem relatív érzékenysége I λ pálcika csap /világos látó/ uv K P infra λ λ [nm] 3

4 Feketetest sugárzás Kirchoff törvény hısugárzásra: E(λ,T) / A(λ,T) = E' / A' = E AF (λ,t) (Hıtan II. fıtétel) A=1 (abszulut feketetest) (R+T+A=1) Stefan - Boltzman törvény: N AF = σ T 4 σ -Stefan-Boltzman állandó: [W/srad /m 2 /K 4 ] detektor I λ T m prizma T k (λ/dλ) T h absz. fekete test infra λ (üreg) Wien féle eltolódási törvény : λ max T = 2884 µm K (Wien állandó) 4

5 Planck (1900) E(λ,T)= c ' λ -5 /(e c"/λt -1) E(ν,T) dν = Z(ν) ē(ν,t) dν = dn ē(ν,t) Z(ν)= 8π ν 2 / c 3 ē(ν,t)= h ν/ (e hν/kt -1) (c', c" nem független) csak egy új állandó van h-panck állandó: Js (A Stefan - Boltzman és a Wien féle állandó összefügg) Fitt: 1) Rayleigh -Jeans törvény (ekvipartició): ē(ν,t) = kt (h ν << kt: távoli infra ) /UV katasztrófa/ 2) Wien (Doppler) törvény (Maxwell-Boltzman levágás) ē(ν,t)= h ν e -hν/kt (h ν >> kt: UV, röntgen ) Planck: az oszcillátor energiája nem lehet tetszıleges, csak diszkrét értékeket vehet fel (0, hν, 2hν, 3hν,...) Einstein (1916): nem csak az oszcillátor energiája kvantált, hanem a fény energiája is kvantált! (Fentebb ν tetszıleges) Vonalas színkép, ott a ν nem ekvidistáns. 5

6 Einstein (-Bose) Atomi nívók E m m abszorbció spontán indukált emisszió emisszió E n n Abszorbció: P n m =N n B nm I(ν) Emisszió: P m n =N m (B mn I(ν)+A mn ) N m =N n e -hν/kt egyensúlyban: P m n = P n m (E m - E n = hν ) E n E m E m E n I(ν) =A mn /( B mn e hν/kt - B nm ) (B nm =B mn ) I(ν) = I o 1/( e hν/kt - 1) Laser 6

7 Fotoeffektus: Lénárd Fülöp(1902), Einstein(1905) rács Katód Anód hν = W ki + ½mv 2 Poynting vektor? 1cd 1m-re H W/m 2 ; A Na 0.1 δ Na 0.1µm P Abs W/m 3 V Na atom m 3 P Na atom = P Abs V Na atom W E= hν J t 10 6 s; t mért <10-6 s Joffe kisérlet /Millikan kisérlet + Fotoeffektus/ Stochasztikus energiafelvétel Rupp kisérlet /Einstein-Rupp kisérlet + fotodetektor/ Foton energia nem szeletelhetı /modulációval/ Jánossy L. kisérlet /Michelson interferométer + fotodetektor/ Foton energia nem szeletelhetı /amplitudó osztással/ (1 foton) 7

8 Compton effektus (röntgen fényszórás) Fényszóráskor (is) az energia és impulzus-megmaradás egyszerre teljesül. A fénynek p= hν /c impulzusa van. /Bay Zoltán: s belül érvényesek a megmaradási tételek/ Carrera kisérlet (cirkulárisan polarizált fényelnyelése, mikrohullám) Abszorbciókor az impulzusmomentum megmaradás teljesül. A fénynek J= n (h/2π)=nh impulzus-momentuma van. /E/J= 2πν =ω / Einstein tősugárzás elmélet (stochasztikára - korpuszkula) Selényi nagyszögő interferencia kisérlet Kismérető (λ/10) fényforrás /fluoreszcein/ 180 o - os interferenciája (kontra tősugárzás) Dirac, Fermi, Feynman 8

9 1.) σ - Stefan - Boltzman állandó: [W/srad /m 2 /K 4 ] N AF = σ T 4 E(ν, T) dν = U(T)= S B V T 4 (Fogarassy 9.16) { 2 I * / A Ω } dadω = ( I * / A)(4π) = ( I * / A n ) (4π) da= N AF /π(4π) = S = (cw)= c U(T)/ V= c S B T 4 = 4 σ T 4 (w= U/V) σ = (c/4) S B σ = 2π 5 k 4 15h 3 c 2 2) Wien állandó: E(ν,T)= ( 8 π/c 3 ) h ν 3 /(e hν/kt -1) E(λ,T)= 8π h /(c λ 5 )/(e hc/(λkt) -1) E(ν,T) dν = - E(λ,T)d λ /dν = - c dλ/λ 2 / ( E(ν,T) / ν ) ν max = 0 ( E(λ,T) / λ ) λ max = 0 3ν 2 (e hν/kt -1) - ν 3 (h/kt) e hν/kt =0-5λ -6 (e hc/λkt -1) + λ -7 (hc/kt) e hc/kt =0 (! x w = hν max /kt ) (! y w = hc/(λ max kt ) ) 3 (e xw -1) = x w e xw x w = (e yw -1) = y w e yw y w = = hν max /kt 4.96 = hc/ (kλ max T) 9

10 Relativitás elmélet x' = x+ vt t' = t+ v/c 2 x ω' = ω + kv k' = k +ωv/c 2 x = x'- vt' t = t'- v/c 2 x' ω = ω' - k'v k = k' -ω'v/c 2 E x ' = E x E y ' = (E + v x B) y E z ' = (E + v x B) z B x ' = B x B y ' = (B - v/c x E) y B z ' = (B - v/c x E) z! E=1/4πε o (q/r 2 ) K-ban álló töltés tere (B = 0); K'-ben -v -vel mozog B' (1/ 4πε o c 2 ) q v x r/r 3 = (µ o / 4π) (q v) x r/r 3 A mágneses tér az elektromos tér relativisztikus korrekciója. 10

Hasonló dokumentumok

Feketetest sugárzás. E = Q + W + W sug. E = Q + W + I * dt. ELTE II. Fizikus, 2005/2006 I. félév KISÉRLETI FIZIKA Hıtan (XI.

Feketetest sugárzás. E = Q + W + W sug. E = Q + W + I * dt. ELTE II. Fizikus, 2005/2006 I. félév KISÉRLETI FIZIKA Hıtan (XI. ELTE II. Fizikus, 2005/2006 I. félév KISÉRLETI FIZIKA Hıtan 0-. (XI. 29-30) Feketetest sugárzás A sugárzás egy újfajta energia transzport (W sug. ), ahol I * = S da, ρ t w j w, t w A kontinuitási egyenletbıl: