A fény terjedése és kölcsönhatásai I.

Hasonló dokumentumok
A fény terjedése és kölcsönhatásai

Optika fejezet felosztása

GEOMETRIAI OPTIKA I.

2. OPTIKA. A tér egy pontján akárhány fénysugár áthaladhat egymás zavarása nélkül.

OPTIKA. Ma sok mindenre fény derül! /Geometriai optika alapjai/ Dr. Seres István

Orvosi Biofizika A fény biofizikája

A fény visszaverődése

OPTIKA-FÉNYTAN. A fény elektromágneses hullám, amely homogén közegben egyenes vonalban terjed, terjedési sebessége a közeg anyagi minőségére jellemző.

OPTIKA-FÉNYTAN. A fény elektromágneses hullám, amely homogén közegben egyenes vonalban terjed, terjedési sebessége a közeg anyagi minőségére jellemző.

A fény útjába kerülő akadályok és rések mérete. Sokkal nagyobb. összemérhető. A fény hullámhoszánál. A fény hullámhoszával

Röntgendiffrakció. Orbán József PTE, ÁOK, Biofizikai Intézet november

A látás és látásjavítás fizikai alapjai. Optikai eszközök az orvoslásban.

Az elektromágneses sugárzás kölcsönhatása az anyaggal

Optika gyakorlat 2. Geometriai optika: planparalel lemez, prizma, hullámvezető

Történeti áttekintés

Digitális tananyag a fizika tanításához

OPTIKA. Vékony lencsék, gömbtükrök. Dr. Seres István

Fény, mint elektromágneses hullám, geometriai optika

A geometriai optika. Fizika május 25. Rezgések és hullámok. Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A geometriai optika május 25.

Optika gyakorlat 6. Interferencia. I = u 2 = u 1 + u I 2 cos( Φ)

Optika. sin. A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a visszavert, illetve a megtört fénysugár egy síkban van.

Optika az orvoslásban

Optikai alapmérések. Mivel több mérésről van szó, egyesével írom le és értékelem ki őket. 1. Törésmutató meghatározása a törési törvény alapján

OPTIKA. Hullámoptika Diszperzió, interferencia. Dr. Seres István

OPTIKA. Vékony lencsék képalkotása. Dr. Seres István

Elektromágneses hullámok - Interferencia

2. Miért hunyorognak a csillagok? Melyik az egyetlen helyes válasz? a. A Föld légkörének változó törésmutatója miatt Hideg-meleg levegő

Geometriai és hullámoptika. Utolsó módosítás: május 10..

OPTIKA. Gömbtükrök képalkotása, leképezési hibák. Dr. Seres István

FÉNYTAN A FÉNY TULAJDONSÁGAI 1. Sorold fel milyen hatásait ismered a napfénynek! 2. Hogyan tisztelték és minek nevezték az ókori egyiptomiak a Napot?

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Optika gyakorlat 5. Gyakorló feladatok

OPTIKA. Geometriai optika. Snellius Descartes-törvény szeptember 19. FIZIKA TÁVOKTATÁS

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

A teljes elektromágneses színkép áttekintése

5.1. ábra. Ábra a 36A-2 feladathoz

XVIII. A FÉNY INTERFERENCIÁJA

d) A gömbtükör csak domború tükröző felület lehet.

A fény mint elektromágneses hullám és mint fényrészecske

Lencse típusok Sík domború 2x Homorúan domború Síkhomorú 2x homorú domb. Homorú

c v A sebesség vákumbanihoz képesti csökkenését egy viszonyszámmal, a törémutatóval fejezzük ki. c v

TÁVKÖZLÉSI ISMERETEK FÉNYVEZETŐS GYAKORLAT. Szakirodalomból szerkesztette: Varga József

Biomolekuláris szerkezet

6Előadás 6. Fénytörés közeghatáron

3. OPTIKA I. A tér egy pontján akárhány fénysugár áthaladhat egymás zavarása nélkül.

11. Egy Y alakú gumikötél egyik ága 20 cm, másik ága 50 cm. A két ág végeit azonos, f = 4 Hz

- abszolút törésmutató - relatív törésmutató (más közegre vonatkoztatott törésmutató)

Röntgen sugárzás. Wilhelm Röntgen. Röntgen feleségének keze

Optika Gröller BMF Kandó MTI

Sugárzások. Sugárzás mindenütt. Sugárzás. Sugárzások fajtái. Nem-ionizáló sugárzás. Ionizáló sugárzás. Kellermayer Miklós

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Elektromágneses hullámok - Hullámoptika


Hullámmozgás. Mechanikai hullámok A hang és jellemzői A fény hullámtermészete

Megoldás: feladat adataival végeredménynek 0,46 cm-t kapunk.

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

Modern mikroszkópiai módszerek

Spektrográf elvi felépítése. B: maszk. A: távcső. Ø maszk. Rés Itt lencse, de általában komplex tükörrendszer

24. Fénytörés. Alapfeladatok

OPTIKA. Hullámoptika Diszperzió, interferencia. Dr. Seres István

Optika gyakorlat 1. Fermat-elv, fénytörés, reflexió sík és görbült határfelületen

Rövid ismertető. Modern mikroszkópiai módszerek. A mikroszkóp. A mikroszkóp. Az optikai mikroszkópia áttekintése

A hullámok terjedése során a közegrészecskék egyensúlyi helyzetük körül rezegnek, azaz átlagos elmozdulásuk zérus.

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

Az optika tudományterületei

Geometriai optika. Alapfogalmak. Alaptörvények

Ugrásszerűen változó törésmutató, optikai szálak

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

Tartalom. Tartalom. Anyagok Fényforrás modellek. Hajder Levente Fényvisszaverési modellek. Színmodellek. 2017/2018. II.

Hullámok tesztek. 3. Melyik állítás nem igaz a mechanikai hullámok körében?

Készítette: Bagosi Róbert Krisztián Szak: Informatika tanár Tagozat: Levelező Évfolyam: 3 EHA: BARMAAT.SZE H-s azonosító: h478916

A hullámoptika alapjai

Optika. Horváth András SZE, Fizika és Kémia Tsz szeptember 29.

12/5/2012. Biomolekuláris szerkezet. Diffrakció, röntgenkrisztallográfia, fény- és elektronmikroszkópia. Tömegspektrometria, CD.

Rezgés, Hullámok. Rezgés, oszcilláció. Harmonikus rezgő mozgás jellemzői

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Geometriai Optika (sugároptika)

Cserti József ELTE TTK. Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék

Ψ - 1/v 2 2 Ψ/ t 2 = 0

f r homorú tükör gyűjtőlencse O F C F f

Kidolgozott minta feladatok optikából

MateFIZIKA: Szélsőértékelvek a fizikában

ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév KISÉRLETI FIZIKA Optika 8. (X. 5)

A mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Newton-gyűrűkkel Folyadék törésmutatójának mérése Abbe-féle refraktométerrel

P vízhullámok) interferenciáját. A két hullám hullámfüggvénye:

OPTIKA. Vékony lencsék. Dr. Seres István

egyetemi tanár, SZTE Optikai Tanszék

Hullámok, hanghullámok

Rezgések és hullámok

Abszorpciós spektroszkópia

7. OPTIKA II. Fizikai optika

Optika gyakorlat 1. Fermat-elv, fénytörés, reexió sík és görbült határfelületen. Fermat-elv

ELEKTROMÁGNESES REZGÉSEK. a 11. B-nek

9. Fényhullámhossz és diszperzió mérése jegyzőkönyv

Geometriai optika (Vázlat)

A szem optikája. I. Célkitűzés: II. Elméleti összefoglalás: A. Optikai lencsék

8. OPTIKA 1. Geometriai optika

Kristályok optikai tulajdonságai. Debrecen, december 06.

Látás. Látás. A környezet érzékelése a látható fény segítségével. A szem a fényérzékelés speciális, páros szerve (érzékszerv).

OPTIKA. Vozáry Eszter November

Átírás:

A fény terjedése és kölcsönhatásai I. A fény terjedése és kölcsönhatásai I. Kellermayer Miklós Geometriai optika, hullámoptika Fényvisszaverődés, fénytörés, refraktometria Teljes belső visszaverődés, endoszkópia Fényelhajlás optikai rácson Optikai leezés, lencsetörvény A fénymikroszkóp Geometriai optika Ha a fény a hullámhossznál sokkal nagyobb résen halad át, a hullámfront (fázis) terjedése egy egyenessé ( sugár ) egyszerűsíthető. sugár Geometriai és hullámoptika Sugárdiagram Optikai nyaláb ( fénysugár ): absztrakció, matematikai egyenes. A nyilak az energiaterjedés irányát jelölik. : az optikai elemek (pl. lencsék) középpontján áthaladó egyenes. Reverzibilitás elve: az energiaterjedés (nyilak) iránya megfordítható. A fény terjedési sebessége vákuumban: c=2,99792458 x 10 8 ms -1 Optikailag sűrűbb közegben a fény terjedési sebessége csökken (c 1). Ez kifejezhető az abszolút törésmutatóval (): Hullámoptika Ha a fény a hullámhossznál kisebb vagy azzal összemérhető résen halad át, a hullámtermészetet figyelembe kell venni. A fény mint hullám fontos paraméterei: Periódusidő (T) Frekvencia (f=1/t) Terjedési sebesség (v, c) Hullámhossz (λ): egy T alatt megtett távolság: = c c 1 λ = ct = c f Fényvisszaverődés: Reflexió Beeső nyaláb α α Reflektáló felület Visszavert nyaláb α = beesési szög; α = visszaverődési szög. Beeső és visszavert nyalábok azonos síkban vannak. Beesési és visszaverődési szögek azonosak (α=α ).

Fénytörés A fénytörés magyarázata: a legrövidebb idő Fermat-féle elve Beeső nyaláb A Fermat-elv a természetben máshol is működik! > α β Megtört nyaláb > Legrövidebb teljes út Legrövidebb út a lassú közegben Sima felület: gyors előrehaladás α = beesési szög; β = törési szög. Beeső és megtört nyalábok azonos síkban vannak. Snellius-Descartes törvény: sinα sinβ = c 1 c 2 = A fény azt az utat járja be, amelyet a leggyorsabban (i.e., legrövidebb idő alatt) tud megtenni. Érdes felület: Lassú előrehaladás (ezt a hangyák nagyobb sűrűsége is jelzi) Táplálék iránya Hangyák (Wasmannia auropunctata) útválasztása különböző ellenállású közegek találkozásánál Diszperzió A fénytörés analitikai alkalmazása: Refraktometria A törésmutató hullámhosszfüggő! A fénytörés határesete > α = 90 súrlófény β h = határszög Refraktometria Híg oldatok törésmutatója () koncentrációfüggő (c): = n 0 + k c = oldószer törésmutatója, k = konstans Mivel sin(90 ) = 1, ezért a Snellius-Descartes-törvény alapján: Kisebb hullámhossz - nagyobb törésmutató A prizma hullámhossz (fizikai szín) szerinti komponensekre bontja a fehér fényt = sin β h tehát ismeretében β h megmérésével kiszámíthatjuk a beesési közeg törésmutatóját (). Alkalmazás feltételei: A minta folyadék A minta átlátszó A minta törésmutatója kisebb mint a mérőprizmáé

Teljes belső visszaverődés Teljes belső visszaverődés alkalmazása: optikai fényvezetés > α = 90 súrlófény β h = határszög (kritikus szög) A befogott kúpban: a teljes horizont e Határszög alatt haladó szélső nyaláb Határszög alatt haladó szélső nyaláb Teljes belső visszaverődés Optikai szál (rost) Nagy törésmutatójú mag Kis törésmutatójú köpeny Egyetlen optikai szál Snell-kör Tükröződés α = β β > β h Rost köteg Lencse Rávetülő Átvitt Fényvisszaverődés az optikailag sűrűbb közegben Ha az optikai szálak geometriája megtartott, akkor a köteg a et hűen továbbítja. Optikai szálak orvosi alkalmazása: Endoscopia Hullámoptika: fényelhajlás optikai rácson Arthroscopia: ízületek diagnosztikus vizsgálata és terápiás beavatkozásai (arthroscopos sebészet) Bronchoscopia: trachea és bronchusok (légutak) vizsgálata Colonoscopia: vastagbél (colon) vizsgálata Colposcopia: hüvely és méhnyak (cervix) vizsgálata Cystoscopia: húgyhólyag, húgyvezeték vizsgálata (húgyvezetéken keresztül) ERCP (endoscopiás retrográd cholangiopancreatographia): kontrasztanyag bejuttatása az epeutakba és a hasnyálmirigy kivezetőnyílásába (ductus pancreaticus). EGD (Esophago-gastroduodenoscopia): felső gastrointestinalis tractus vizsgálata (gastroscopia). Laparoscopia: abdominalis szervek (gyomor, máj, belső női nemi szervek vizsgálata) a hasfalon keresztül. Laryngoscopia: gége (larynx) vizsgálata garaton keresztül. Proctoscopia: also gastrointestinalis tractus (rectum, sigma) vizsgálata. Thoracoscopia: mellhártya (pleura), mediastinum, pericardium vizsgálata a mellkasfalon keresztül. Célok: Diagnosztika: lokális inspekció, biopszia, kontrasztanyag beadás Terápia: sebészet, kauterizáció (vérzéscsillapítás), idegentest eltávolítás Arthroscopos térdműtét Interferencia jön létre: alapja a szuperpozíció elve Kialakuló interferencia mintázat a pontszerű rések közötti távolságtól (d) függ interferencia Hullámok fázisban (φ=0): erősítés kis d Ha φ=π : kioltás nagy d Hullámhosszal összemérhető nagyságú rés (=d távolságra levő pontszerű rések, ahol d~λ) 2D optikai rács elhajlási (diffrakciós) interferencia e interferencia (erősítés helyei) között kioltás

Az elhajlási interferencia mintázat szerkezeti információt hordoz Hullámfront (m=2) Elsőrendű mellékmaximum (m=1) Főmaximum (m=0) Információ a rácsszerkezetről (rácsállandó, d) Ha a sugárzás hullámhossza az atomi mérettel összevethető, feltárható a molekulaszerkezet! Hullámelhajlás alkalmazása λ (m=-2) Elsőrendű mellékmaximum (m=-1) DNS szerkezet megfejtése röntgenkrisztallográfiával Erősítő interferencia feltétele: 2d sinθ = nλ Konstruktív interferencia (erősítés) Destruktív interferencia (kioltás) hélix dőlésszöge bázisok közötti távolság hélix menetemelkedése J.D. Watson és F. Crick, 1953 Optikai leezés Görbült felületű törőközeggel leezést végezhetünk (egy tárgypontról a tér egy másik pontján et alkothatunk) f = fókusztávolság Képalkotás az összetett fénymikroszkópban Valós : kivetíthető Virtuális : járulékos lencsével leezhető Nagyítás > 1, ha a tárgy 2f-en belül Nagyított, fordított állású virtuális Leezés feltétele: egy járulékos lencse (szemlencse) optikai útba helyezése Nagyítás N = K T = k t Lencsetörvény D = 1 f = 1 t + 1 k D=törőesség (dioptria, m -1 ) Törőfelület törőessége D = n n' r n-n =törőközegek törésmutató-különbsége r=törőfelület görbületi sugara

A fénymikroszkóp feloldóességét a hullámoptika korlátozza Mellék: szerkezeti információ Diffrakciólimitált alkotás: feltétele legalább az első mellékmaximum összegyűjtése (optikai rács, O) Főmaximum: fényelnyelési tulajdonság (exponenciális sugárgyengítés) (optikai rács, O) Fókuszsík (F) Kép (I) Rayleigh feltétel Kép Diffrakció miatt: pontszerű tárgy e elhajlási korong (Airy disk) átfedés Legkisebb feloldott távolság (Abbé-let): d = 0.61λ n sinα λ = hullámhossz n = közeg törésmutatója α = optikai tengely és legszélső nyaláb által bezárt szög