Dr. Seres István
: A fény elektromágneses hullám S S E H Seres István 2 http://fft.szie.hu
Elektromágneses spektrum Elnevezés Hullámhossz Frekvencia Váltóáram > 3000 km < 100 Hz Hangfrekvenciás váltóáram < 3000 km > 100 Hz Hosszúhullámok < 30 km > 10 khz Hosszúhullám (LW) < 10 km > 30 khz c = f Középhullám (MW) < 650 m > 650 khz Rövidhullám (KW) < 180 m > 1,7 MHz Ultrarövid hullám (URH) < 10 m > 30 MHz Mikrohullám 300 µm - 30 cm 1 GHz - 1 THz Infravörös sugárzás (IR) < 1,0 mm > 300 GHz Fény 380-780 nm > 384 THz Ultraibolya sugárzás (UV) < 380 nm > 789 THz röntgensugárzás < 1 nm > 300 PHz Gamma-sugárzás < 10 pm > 30 EHz Seres István 3 http://fft.szie.hu www.szgti.bmf.hu/opto/2_em_spektr.htm
Látható fény tartomány Vörös 640-780 nm 384-468 THz Narancs 600-640 nm 468-500 THz Sárga 570-600 nm 500-526 THz Zöld 490-570 nm 526-612 THz Kék 430-490 nm 612-697 THz Ibolya 380-430 nm 697-789 THz Seres István 4 http://fft.szie.hu
Hullámjelenségek: a fény sebessége polarizáció kettőstörés diszperzió interferencia elhajlás Seres István 5 http://fft.szie.hu
A fény terjedési sebessége Römer (1675) Hold két eltűnése közötti időtartamokat mérte: ABC íven (fél év alatt) kb. 1000 s volt az együttes késés (CDA íven ugyanennyi együttes sietés ) Probléma: a Föld-Nap távolságot pontosan kell ismerni Seres István 6 http://fft.szie.hu
A fény terjedési sebessége Fizeau (1849) Gyorsan forgó fogaskerekeken a fény bizonyos fordulatszám esetén nem jut át, mivel a véges terjedési idő alatt a fogaskerék foga elfordul. Probléma: a fordulatszám stabil értéken tartása és pontos mérése http://www.tiszaparti-szolnok.sulinet.hu/sulinetverseny/12b2001/uses/feny/fenysebesseg_meresi_modszerei.htm Seres István 7 http://fft.szie.hu
Polarizáció: Csak transzverzális hullám esetén tapasztalható Lineárisan polarizált hullámban a rezgési sík csak egy adott síkkal párhuzamos lehet Seres István 8 http://fft.szie.hu
Polarizáció: A fény: transzverzális (polarizálható) elektromágneses hullám Polárszűrők párhuzamos és keresztezett állásban Seres István 9 http://fft.szie.hu
Polarizáció: A felületről visszavert fény sokszor polarizált Brewster szög sin sin sin cos tg n Seres István 10 http://fft.szie.hu
Polarizáció: A felületről visszavert fény sokszor polarizált Ugyanarról a kirakatról polárszűrő nélkül és polárszűrővel készített kép http://www.mozaik.info.hu/mozaweb/feny/p241.htm Seres István 11 http://fft.szie.hu
Polarizáció: A felületről visszavert fény sokszor polarizált Ugyanarról a témáról polárszűrő nélkül és polárszűrővel készített kép http://www.polarization.com/water/water.html Seres István 12 http://fft.szie.hu
Polarizáció: felhasználása technika Polárszűrős szemüveg, mikroszkópia fényképezés, LCD kijelzők, polarizációs iránytű, stb. természet szórt sugárzás tájékozódás (méhek) táplálék keresés (octopus ) Seres István 13 http://fft.szie.hu
Polarizáció: LCD képernyő, LCD kijelző Seres István 14 http://fft.szie.hu
: A fény elektromágneses hullám: Diszperzió: Különböző hullámhosszúságú összetevők szóródása) prizma (spektrométer) kromatikus aberráció szívárvány stb. Seres István 15 http://fft.szie.hu
: A fény elektromágneses hullám: Diszperzió rés prizma fényforrás Ernyő Seres István 16 http://fft.szie.hu
: Diszperzió oka: a törésmutató hullámhosszfüggő Néhány átlátszó anyag törésmutatója ibolya kék zöld sárga narancs vörös 410 nm 470 nm 550 nm 580 nm 610 nm 660 nm koronaüveg 1,538 1,531 1,526 1,552 1,522 1,52 könnyû flintüveg 1,604 1,596 1,591 1,588 1,587 1,585 kvarc 1,557 1,551 1,547 1,544 1,543 1,542 gyémánt 2,458 2,444 2,426 2,417 2,415 2,41 jég 1,317 1,3136 1,3110 1,3087 1,3080 1,306 Seres István 17 http://fft.szie.hu
: Diszperzió: kromatikus aberráció Seres István 18 http://fft.szie.hu
: Diszperzió: szívárvány http://www.atoptics.co.uk/rainbows/primcone.htm Seres István 19 http://fft.szie.hu
: Diszperzió: szívárvány http://www.kep-tar.hu/download.php?img=192389 Seres István 20 http://fft.szie.hu
: A fény elektromágneses hullám: interferencia Olajfolt nedves úton Szappanhártya CD írott oldala Seres István 21 http://fft.szie.hu
: interferencia Szappanhártya http://complex.elte.hu/~cserti/okt/o_spr-4.pdf Seres István 22 http://fft.szie.hu
: interferencia olajfolt Az első és hátsó felületről visszavert sugarak közötti útkülönbség összemérhető a hullámhosszal Seres István 23 http://fft.szie.hu
: interferencia Különböző törésmutatójú dielektrikumokból készített, néhány hullámhossznyi (pontosan meghatározott) vastagságú rétegekből változatos tulajdonságú, pl. nagyon nagy vagy nagyon kis reflexiójú rendszerek alakíthatók. http://complex.elte.hu/~cserti/okt/o_spr-4.pdf Seres István 24 http://fft.szie.hu
: Antireflexiós réteg Ritkábból sűrűbb közegbe haladva a visszavert hullám 180 fokos fázisugrást szenved! Sűrűbb közegből ritkább közegbe haladva a visszavert hullám nem szenved fázisugrást! Seres István 25 http://fft.szie.hu
: Antireflexiós réteg Kioltás (antireflexió) A visszavert sugárban, ha A rétegvastagság = 4 Seres István 26 http://fft.szie.hu
Színrendszerek: Additív színrendszer Seres István 27 http://fft.szie.hu
Színrendszerek: RGB (vagy 24 Bit Color): Egy képpont a piros, a kék és a zöld 256-256-256 féle árnyalatából áll össze, összesen 16 millió színárnyalattal, 24 biten tárolja az információt. Ez additív színrendszer, tehát a három alapszín egyforma keverése fehér, hiányuk fekete színt eredményez. Ezeket a színeket használja minden elektronikus kivetítőeszköz (monitor, kivetítő). Seres István 28 http://fft.szie.hu
Színrendszerek: RGB (vagy 24 Bit Color): Seres István 29 http://fft.szie.hu
Színrendszerek: Szubsztraktív színrendszer Seres István 30 http://fft.szie.hu
Színrendszerek: CMYK (vagy 32 Bit Color): Egy képpont a türkiz (Cyan), a bíbor (Magenta) a sárga (Yellow) (másodlagos alapszínek) és a fekete (black) 256*4 féle árnyalatából áll össze. 32 biten (4 byte) tárolja az információt. 4,3 milliárd árnyalata lehet egy képpontnak. Seres István 31 http://fft.szie.hu
Színrendszerek: Seres István 32 http://fft.szie.hu
Komplementer színek: A színkörön vele szemben levő szín Seres István 33 http://fft.szie.hu
Polarizáció, színkeverés: LCD képernyő Seres István 34 http://fft.szie.hu
Látás, az emberi szem: http://www.mozaik.info.hu/mozaweb/feny/p431.htm Szaruhártya ~ 42 dioptria, szemlencse ~ 24 dioptria Seres István 35 http://fft.szie.hu
Látás, az emberi szem: k állandó t változik D= 1/f változik a szemlencse alakjának változtatásával pupilla: fényerősség szabályozás Seres István 36 http://fft.szie.hu
Látás, az emberi szem: Seres István 37 http://fft.szie.hu
Látás, az emberi szem: Látóideghártya (retina): Gömbszelet alakban elhelyezkedő szerv, mely a szemgolyó falának legbelső rétegét képezi. Tartalmazza azokat az érzékelősejteket (csapok és pálcikák), melyek képesek a fényingert elektromos ingerületté átalakítani. http://www.mozaik.info.hu/mozaweb/feny/p431.htm Seres István 38 http://fft.szie.hu
Látás, az emberi szem: Csapok: http://www.mozaik.info.hu/mozaweb/feny/p431.htm Olyan fényérzékelő receptor-sejtek, melyek a világosban látásért felelősek. Az emberi retina 6-7 millió csapot tartalmaz. Az éleslátásért és a színlátásért felelősek. Ez utóbbitól származik elnevezésük is: a vörös, a zöld és a kék csapok a nevüknek megfelelő hullámhosszúságú ún. elsődleges fényt érzékelik leginkább. Seres István 39 http://fft.szie.hu
Látás, az emberi szem: Pálcikák: http://www.mozaik.info.hu/mozaweb/feny/p431.htm Olyan fényérzékelő receptor-sejtek, melyek a sötétben látásért felelősek. Az emberi retina 125 millió pálcikát tartalmaz. Alacsonyabb ingerküszöbbel rendelkeznek, mint a csapok, így sötétben csak ezek működnek, de nem érzékelik a különbséget a színek között, és nem képesek a tárgyak részleteinek és körvonalainak éles megkülönböztetésére. Seres István 40 http://fft.szie.hu
Látás, az emberi szem: http://www.mozaik.info.hu/mozaweb/feny/p431.htm Seres István 41 http://fft.szie.hu
Látás, az emberi szem: vakfolt Seres István 42 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 43 http://fft.szie.hu
Atom által kibocsátott spektrum (pl. izzó gáz) Vonalas színkép Rés Prizma Atomi fényforrás Ernyő Seres István 44 http://fft.szie.hu
Emissziós színképek Hélium Oxigén Xenon Seres István 45 http://fft.szie.hu
Elmélet: abszolút fekete test Definíció: minden ráeső sugárzást elnyel. modellje: üreg Seres István 46 http://fft.szie.hu
Elmélet: Wien-féle eltolódási törvény T 5C 2 2,8978 10 3 mk Melegített vas színe változik Kék színű csillagok melegebbek Seres István 47 http://fft.szie.hu
Besugárzási intenzitás (W/m 2 m) Fényforrások Természetes fény Nap spektruma: (T ~ 5800 K) A légkörön kívül max T 2,898 10 3 mk A felszínen max 5 10-7 m = 500 nm Hullámhossz ( m) Seres István 48 http://fft.szie.hu
Fényforrások Izzószálas égő Fekete test sugárzása: Wien-féle eltolódási törvény max T 2,898 10 3 mk http://www.egglescliffe.org.uk/physics/astronomy/blackbody/image21b.gif Seres István 49 http://fft.szie.hu
Fényforrások Fénycső, kompakt fénycső Ütközési gerjesztés a nagy feszültégre gyorsított gázionok segítségével beépített transzformátor Fénycső: 50 Hz villog!!! Kompakt fénycső 30 000 Hz egyenletes fény Fénycsövek színe fényporozás nélkül Neon Hélium Xenon Kripton Argon Seres István 50 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 51 http://fft.szie.hu
Fényforrások Lézer Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Seres István 52 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 53 http://fft.szie.hu
Fényforrások He-Ne Lézer Normál populáció, Inverz populáció tükörrezonátor Seres István 54 http://fft.szie.hu
Fényforrások félvezető lézer Seres István 55 http://fft.szie.hu
Fényforrások Lézerfény tulajdonságai Monokromatikus (1 színképvonal) Koherens párhuzamos nyaláb Nagy energiasűrűség Seres István 56 http://fft.szie.hu
Lézerfény hatásai Hőhatás, ionizáció, fluoreszcencia, fotokémiai reakciók elsősorban a hőhatás elvén működnek: Például a CO 2 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 57 http://fft.szie.hu