OPTIKA Fénykibocsátás mechanizmusa Dr. Seres István
Bohr modell Niels Bohr (19) Rutherford felfedezte az atommagot, és igazolta, hogy negatív töltésű elektronok keringenek körülötte. Niels Bohr Bohr ezt azzal egészítette ki, hogy az elektronok csak bizonyos pályákon keringhetnek. Igazolta, hogy a külső pályákon több elektron lehet mind a belsőkön, és hogy a külső pályák határozzák meg a kémiai tulajdonságokat. 19-ben Nobel díjat kapott az atom struktúrájának meghatározásában végzett munkájáért. Seres István http://fft.szie.hu
Bohr modell Elektron energiaszintek az atomban: E (n ) H atomra (Z=1): E 0.18 10 18 J E n 0 13.6 ev H atom Seres István 3 http://fft.szie.hu
Bohr modell (1 ev 1,6 10 J) Mennyi energiát kell egy elektronnal közölni, hogy az E 1 energiaszintről az E 3 energiaszintre ugorhasson? (Ugyanennyi energiát ad le, amikor visszatér alapállapotba) E E 3 E 1-19 E 0 1 3 1 1 13.6 1 3 1 1 1.1 ev Seres István 4 http://fft.szie.hu
Bohr modell Mikor bocsát ki elektromágneses hullámot (pl. fényt) az atom? Ha az elektronja gerjesztett állapotból visszatér alapállapotba. Gerjesztési módok: Termikus gerjesztés (izzószál) Ütközési gerjesztés (fénycső, kompakt fénycső) Seres István 5 http://fft.szie.hu
Planck Egy foton energiája Planck állandó (6.63 x 10-34 J s) Planck-féle kvantumfeltétel: = hf Frekvencia (Hz) Seres István 6 http://fft.szie.hu
Bohr modell és Planck feltétel együtt Energiaszintek közötti különbség megegyezik a kibocsátott energiával: 1 1 E E 0 n m Innét a kibocsátott frekvencia: f E h 0 n 1 1 m hf Seres István 7 http://fft.szie.hu
Fehér fény Fényforrás Rés Prizma Folytonos színkép (izzó fémek, pl. izzólámpa) Ernyő Vörös Ibolya Seres István 8 http://fft.szie.hu
Atom által kibocsátott spektrum (pl. izzó gáz) Vonalas színkép (izzó gázok) Atomi fényforrás Rés Prizma Ernyő Seres István 9 http://fft.szie.hu
Hidrogén spektruma a Bohr modell alapján 434.0 nm A Hidrogén spektruma 410.1 nm 486.1 nm 656.3 nm Seres István 10 http://fft.szie.hu
Energia Hidrogén spektruma a Bohr modell alapján A látható fény tartományába eső színképvonalakat Balmer sorozatnak nevezzük. Ultraibolya Lyman Látható Balmer Infravörös Paschen 6 5 4 3 1 n Seres István 11 http://fft.szie.hu
Hidrogén spektruma a Bohr modell alapján Seres István 1 http://fft.szie.hu
Emissziós színképek Hélium Oxigén Xenon Seres István 13 http://fft.szie.hu
Xenon emissziós színképe Seres István 14 http://fft.szie.hu
Színkép elemzés Folytonos színkép Emissziós színkép (hidrogén gáz) Abszorpciós színkép (hidrogén gáz) Seres István 15 http://fft.szie.hu
Színkép elemzés A Nap színképe Seres István 16 http://fft.szie.hu
Színkép elemzés A Nap színképe Seres István 17 http://fft.szie.hu
Színkép elemzés Üstökös színképe Seres István 18 http://fft.szie.hu
Színkép elemzés Doppler effektus Seres István 19 http://fft.szie.hu
Színkép elemzés Doppler effektus Seres István 0 http://fft.szie.hu
Elmélet: abszolút fekete test Definíció: minden ráeső sugárzást elnyel. modellje: üreg Seres István 1 http://fft.szie.hu
Elmélet: Planck-féle sugárzási törvény J T hőmérsékletű testegységnyi felületéről időegység alatt kisugárzott energia :, T hc 5 e hc kt 1 1 Seres István http://fft.szie.hu
Elmélet: Planck-féle sugárzási törvény J hc Ha e kt veszi fel:, T 1, akkor a törvény az alábbi alakot d C 1 /Az eltérés < 1%, ha T < 3000 m K/ 5 e C T d Seres István 3 http://fft.szie.hu
Elmélet: Planck-féle sugárzási törvény J, T d C 1 5 e C Hol van (mekkora esetén) a függvény maximuma? /Ahol a deriváltja nulla/ d (J d, T ) d (C 1 d T 5 d e C T ) 0 Seres István 4 http://fft.szie.hu
Elmélet: Wien-féle eltolódási törvény Hol van (mekkora esetén) a függvény maximuma? /Ahol a deriváltja nulla/ d (J d, T ) d (C C 1 1 d 5 6 e e C T C ) T C 1 5 5 C T 6 e C T 0 5 e C T C T 0 T C,898 10 3 mk Seres István 5 http://fft.szie.hu
Elmélet: Wien-féle eltolódási törvény T 5C,8978 10 3 mk Melegített vas színe változik Kék színű csillagok melegebbek Seres István 6 http://fft.szie.hu
Besugárzási intenzitás (W/m m) Fényforrások Természetes fény Nap spektruma: (T ~ 5800 K) max max T,898 10 3 mk 5 10-7 m = 500 nm Hullámhossz ( m) A légkörön kívül A felszínen Seres István 7 http://fft.szie.hu
Fényforrások Izzószálas égő Fekete test sugárzása: Wien-féle eltolódási törvény max T,898 10 3 mk http://www.egglescliffe.org.uk/physics/astronomy/blackbody/image1b.gif Seres István 8 http://fft.szie.hu
Fényforrások Fénycső, kompakt fénycső Fénycsövek színe fényporozás nélkül Ütközési gerjesztés a nagy feszültégre gyorsított gázionok segítségével beépített transzformátor Fénycső: 50 Hz villog!!! Kompakt fénycső 30 000 Hz egyenletes fény Neon Hélium Xenon Kripton Argon Seres István 9 http://fft.szie.hu
Fényforrások LED pn átmenet nyitóirányú kapcsolása A rekombinálódó elektronok a felesleges energiájukat fotonok formájában adják le. http://www.hazi-mozi.hu/cikkshow.php?aid=3&cid=678 Seres István 30 http://fft.szie.hu
Fényforrások LED LED lámpák színskála lefedettsége. http://www.hazi-mozi.hu/cikkshow.php?aid=3&cid=678 Seres István 31 http://fft.szie.hu
Fényforrások Lézer Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Seres István 3 http://fft.szie.hu
Fényforrások Lézer Spontán és indukált emisszió Normál populáció, Inverz populáció tükörrezonátor http://www.mozaik.info.hu/mozaweb/feny/fy_lezer.htm Seres István 33 http://fft.szie.hu
Fényforrások He-Ne Lézer Normál populáció, Inverz populáció tükörrezonátor Seres István 34 http://fft.szie.hu
Fényforrások félvezető lézer Seres István 35 http://fft.szie.hu
Fényforrások Lézerfény tulajdonságai Monokromatikus (1 színképvonal) Koherens párhuzamos nyaláb Nagy energiasűrűség Seres István 36 http://fft.szie.hu
Lézerfény hatásai Hőhatás, ionizáció, fluoreszcencia, fotokémiai reakciók elsősorban a hőhatás elvén működnek: Például a CO lézer: vízben szinte tökéletesen elnyelődő 10.6 m es infravörös a kék vagy zöld színű argonlézer csak a pigmentált részen nyelődik el. a szem részein minden károsító hatás nélkül keresztülhalad, ugyanakkor az erősen pigmentált retina elnyeli. Seres István 37 http://fft.szie.hu
Holográfia Seres István 38 http://fft.szie.hu
Folytatás a következő héten! Seres István 39 http://fft.szie.hu