A fény keletkezése
Szilárd testek sugárzása A szilárd test melegítés hatására fényt bocsát ki A sugárzás forrása a közelítőleg termikus egyensúlyban lévő kibocsátó test atomi részecskéinek véletlenszerű mozgása Egyensúly esetén a sugárzási tér makroszkopikus szempontból egyöntetűen viselkedik
Hőmérsékleti sugárzás a melegebb test spontán módon hűl, a hidegebb melegszik a sugárzás erőssége a test hőmérsékletével gyorsan nő a hőmérséklet növekedésével az izzó test színe változik a sugárzás erőssége ugyan azon hőmérsékletű testek esetén a felület színétől, érdességétől is függ
Az abszolút fekete test A feketetest a rá eső elektromágneses hullámokat a hullámhossztól függetlenül teljesen elnyeli E Stefan-Boltzmann törvény 4 T V 3 E, T Vf T Klasszikus Wien törvény
Rayleigh-Jeans
Mérési eredmények
Fizikai alapok 1 1 E Dx mx 1 E m x x Egydimenziós harmonikus oszcillátor Termodinamikai egyensúly Statisztikus mechanika f 1 kt Ekvipartíció,
Boltzmann statisztika a fáziscellák mérete tetszőlegesen kicsiny egy fáziscellába tetszőleges számú részecske állapota eshet a részecskék fáziscellák közötti különböző eloszlásai egyformán valószínűek a részecskék megkülönböztethetők, (két mikroszkopikus állapot, mely pusztán abban különbözök, hogy két részecskét felcserélünk különböző)
Az energia szerinti legvalószínűbb eloszlás N i i 1 exp N Z kt Állapotösszeg Z n i exp 1 i kt
Planck-eloszlás
Kocka alakú üregben kialakuló modusok xn a yn a zn a ; ; n n n x y z
A kialakuló modusok száma c n n n a n x y z n n e n e n e c a x x y y z z n n n x y z a nx ny nz c 1 4 3 a R 8 3 6 c 3
A d tartományba eső oszcillátorok száma 8 Z V 3 c 8V Z 3 c Az egy modusra jutó energia n n 0, 1;;3.... 3
Az oszcillátorok energiájának átlagértéke n n n 0 n kt kt ne n0e n n 0 n kt kt e A nevező n e n1 0 0 0 0 n kt kt kt kt 1 e 1 e e... e... 1 e n 0 kt
e 0 n kt A számláló 0 n kt 0 0 n e n e d n e e e n n 0 0, d Az átlag 1 kt d d n 0 n 0 n 0e e 0 n n 0 0 0 0 0 d n1 d 1 e 1 e 0 e kt 0 1 1 e 0
Az energia eloszlás E, T Z 8V Z 3 c 0 8V E, T 0 e kt 1 c 3
Az energiakvantum 3 E, T Vf T f 0 8 3 0 T c e kt 1 A Planck-féle sugárzási törvény h 8V E, T h 3 c kt e 1 h 34 6,66 068 96(33) 10 Js
Bohr féle atommodell
Bohr posztulátumok 1. A vizsgált atom, vagy ion egy pontszerű, pozitív töltésű magból, és egy pontszerű, negatív töltésű elektronból áll. Az elektront és a mag között elektrosztatikus kölcsönhatás ébred, ezen kívül más erő nem lép fel 3. Az elektron a tőle sokkal nagyobb tömegű, mozdulatlannak tekintett mag körül egyenletes körmozgást végez. 4. A rendszer csak akkor van egyensúlyi állapotban, ha az elektron magra vonatkoztatott impulzusnyomatéka a Planck-állandó -ed részének egészszámú többszöröse
e Fcp kz r m a acp F e cp cp e mer kz r 1 1 m e r kz r T 1 m r e V r e e kz r T 1 V 1 e Em T V kz r.
m r kze m r 4 e n kze m r r B kze me e e m e r n n kze m r e 1 kze Em T V me n E n m 1 kze 1 me n 1 kze 1 1 me ni nf Eif
h if 1 kze 1 1 me ni nf me 4 1 1 e 1 1 Z 3 if 8 h 0c ni n f R 1 me 4 e 1 1 1 ZR 3 8 h 0c if n i n f
A fényelektromosság
Megvilágítás hiányában a potenciométer semmilyen állása mellett sem folyik áram Tetszőleges intenzitás mellett, egy adott frekvenciánál (határfrekvenciánál) alacsonyabb frekvenciájú fény az anód semmilyen potenciálja esetében sem eredményez áramot. Az anód bármilyen kicsiny pozitív potenciálja mellett a katódot megvilágító fény határfrekvenciánál nagyobb frekvenciája esetén a megvilágítás megkezdésének pillanatától a galvanométer áramot jelez. A megvilágítás megszűntével az áram azonnal megszűnik. A megvilágítás intenzitásának növelése az áram erősségének arányos növekedését eredményezi. Változatlan frekvenciájú, már áramfolyást okozó fény esetén az anód egy adott negatív potenciálja az áramfolyás megszakadását eredményezi a megvilágítás intenzitásától függetlenül.
h W T k
Fényforrások
h W T k
Pontszerű fényforrás Megfigyelő Felületi normális Megvilágított felület, vagy kiterjedt fényforrás
Radiometria: sugárzott energia szempontjából Felületegységre jutó teljesítmény Besugárzás W/m Megvilágítás lux=lm/m Forrás teljesítmény Sugárzási teljesítmény W Irány szerint Fényáram lm Térszög-egységre eső teljesítmény Sugárerősség W/sr Fényerősség cd=lm/sr Kiterjedt forrás esetén Térszög- és felületegységre eső teljesítmény Fotometria: érzékelt energia szempontjából Felületegységre jutó teljesítmény Kisugárzott teljesítmény W/m Fénykibocsátás lux Sugársűrűség W/m /sr Fénysűrűség Cd/m
Sugárzott energia Sugárzási teljesítmény Besugárzás Sugárerősség Sugársűrűség Kisugárzott teljesítmény Spektrális sugársűrűség dq dt E d ds cos I d d L d d ds cos d M ds L Q dl d
A K. 0 d d e K V d A K konstans a fényenergia és a sugárzott energia mértékegysége közötti váltószám, értéke: 683,00 lm W.
A fekete görbék a világosban (fotopikus látás) míg a zöld görbe a sötétben (scotopikus látás) felvett láthatósági függvények. A vízszintes tengelyen a hullámhossz található nm-ben. A fototopikus látásra vonatkozó három görbe: folytonos fekete görbe adja a CIE 1931 szabvány szerinti eloszlást, a. fekete szaggatott a Judd-Vos féle 1978-as módosításátt, míg a pontozott fekete vonal a Sharpe, Stockman, Jagla és Jägle 005-ös módosított adatait tartalmazza. A függvények egységre normáltak, a fototopikus látás esetén a maximum helye az 555nm hullámhossznál van.
Fényenergia Fényáram Megvilágítás Fényerősség Fénysűrűség Fénykibocsátás Fényhatékonyság Fényhasznosítás Q v dq dt cos d E ds d I d cos d L d ds d M ds 100% P