Curs 12 Optica Ondulatorie
Transcript of Curs 12 Optica Ondulatorie
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
1/34
Biofizica
Curs 12
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
2/34
Fenomene ondulatorii
Fenomenele ondulatorii sunt fenomenele ce
insoesc propagarea undelor n diferite medii
i ale cror caracteristici depind de
proprietile undelor.
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
3/34
Polarizarea luminii
Polarizarea este o proprietate caracteristicundelor transversale, cum sunt i undeleelectromagnetice.
Vectorii cmpului electromagnetic, satisfacecuaiilor undelor,
soluiile pentru undele plane fiind:)(
0),(rkti
etr
)sin(),( 0 rkttr
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
4/34
Polarizarea luminii
Unde: este oricare din vectorii carereprezint perturbaia electromagnetic carese propag n mediu (E sau B),
este vectorul de und n mediul dielectric.
Dac amplitudinea vectorului pstreazorientarea constant pe o singura directie,unda electromagnetic este o und plan,liniar polarizat i total polarizat,
),( tr
k
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
5/34
Polarizarea luminii
Unda pentru care vectorii oscileaz dupdiferite direcii egal probabile i au aceaimrime se numete und nepolarizat saunatural.
Dac n timpul procesului de emisie intervineasupra sursei un factor oarecare care
determin o orientare privilegiat a planurilorde oscilaie unda devineparial polarizat.
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
6/34
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
7/34
Activitatea optic natural
Unele substane (cuarul, zaharoza, lactoza,diverse substane organice dizolvate nsolveni neutrii) au proprietatea de a roti
planul de polarizare a luminii liniar polarizatepe care le strbate. Aceste substane senumesc optic active. Activitatea optic estelegat de aezerea asimtric a moleculelor n
lichide.
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
8/34
Activitatea optic natural
Rotaia planului de polarizare se poate face ladreapta, n sensul rotirii acelor de ceasornic,privind de la receptor (substane dextrogire)
sau la stnga (substane levogire). Unghiul de rotaie este determinat cu
ajutorul polarimetrului, prin introducereasubstanei analizate ntre doi nicoli saupolaroizi ale cror coordonate unghiulare potfi determinate foarte precis.
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
9/34
n organism exista doar una din variante:
(aminoacizii sunt levogire(L ), glucidele sunt
dextrogire (D)
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
10/34
Activitatea optic natural
Unghiul cu care este rotit planul depolarizare a luminii este dat de o relaie:
0(T, ) esteputerea rotatorie specific,mrime care caracterizeaz materialul latemperatura T, pentru o lungime de und dat.
hT ),(0
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
11/34
Activitatea optic natural
Pentru soluii omogene de substane opticactive, relaia se va scrie:
C este concentraia soluiei,
0 este puterea rotatorie specific a soluiei,
care depinde de lungimea de und a luminiimonocromatice folosite, de temperatur i denatura substanei cercetate.
ChT ),('
0
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
12/34
Dispersia luminii
Pentru propagarea undelor electromagneticeprintr-un mediu omogen, izotrop, liniar,conservativ, izolator, fr polarizare
permanent, n absena sarcinilor i acurenilor electrici, cu permitivitatea electric i permeabilitatea magnetic , viteza de
faz veste dat de relaia (conform ecuaiilorMaxwell):
v
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
13/34
Dispersia luminii
indicele de refracie al mediului este definit caraportul dintre vitezele de faz n vid c i nsubstana dat v:
Unde r i r sunt permitivitatea i respectiv,permeabilitatea relativ a mediului fa de vid.
vcn 00 c
rrn
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
14/34
Dispersia luminii
Variaia indicelui de refracie al unui mediu(sau a vitezei de propagare a luminii ntr-unmediu) cu frecvena (sau cu lungimea de
und) luminii care l strbate se numetedispersie.
n urma acestui fenomen, la trecerea luminii
albe printr-o prism de sticl, lumina sedescompune n radiaiile componente carealctuiesc un spectru colorat.
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
15/34
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
16/34
Dispersia luminii
Dispersia mediului este definit prin mrimeacare arat ct de repede variaz indicele derefracie n cu lungimea de und:
d
dn )(
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
17/34
Dispersia luminii
n tehnic mrimea care caracterizez n generalo substan din punctul de dispersie sunt:
dispersia medie (nF nC) i
puterea de dispersie
unde indicii C, D i F corespund liniilor spectrale de
absorbie Fraunhofer din spectrul Soarelui, culungimile de und: C = 656 nm, D = 589 nm, F =486 nm.
1
D
CF
n
nn
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
18/34
Absorbia undelor.
Undele care se propag n medii disipative pierd o
parte din energia lor, care este transmis mediului
sub form de energie termic, iar intensitatea
undelor scade pe msur ce undele ptrund n
mediu.
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
19/34
Absorbia undelor
Pentru a stabili legea de variaie a intensitii undelor s
considerm o und plan de intensitate I0 care se propag
ntr-un mediu disipativ de grosime d. Dup ce parcurgedistana x, unda va avea intensitatea I(x). Variaia intensitii
undei dI(x) pe distana elementar dx, este proporional cu
I(x), cu grosimea stratului parcurs dx i depinde de
proprietile mediului disipativ:
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
20/34
dxxIxdI )()(
dxxI
xdI
)(
)(dII )/ln( 0
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
21/34
Absorbia undelor.
Atenuarea (micsorarea) intensitii undelor(legea de absorbie) prin medii dispersive esteexponenial:
unde d este grosimea stratului parcurs deund, este coeficientul de absorbie
(depinde de natura mediului absorbant, denatura undelor si de lungimea lor de unda) iI0 este intensitatea undei incidente.
d
eII
0
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
22/34
Principiul de superpoziiei n optica
liniar
Legea independenei fasciculelor de luminafirm cfasciculele de lumin intersectndu-se nu interacioneaz ntre ele.
una din proprietile minunate ale luminii const naceea c, ori de cte ori vine din direcii diferite sau
chiar opuse, razele ei i exercit aciunea lor trecnd
una prin cealalt fr a se perturba. Datorit acestuifapt mai muli observatori pot vedea simultan diverse
obiecte prin unul i acelai orificiu....
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
23/34
Principiul de superpoziiei n optica
liniar
cmpul creat ntr-un punct din spaiu de dousurse de lumin este egal cu suma vectorial acmpurilor i pe care acestea le genereaz n
mod independent n punctul dat, adic:
21 EEE
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
24/34
Interferenta undelor
Dac ntr-un mediu exist mai multe surse deoscilaii, atunci n acel mediu va avea locpropagarea mai multor procese ondulatorii.
Dac mediul este ideal (deci liniar) ntr-unpunct al acestui mediu efectul ondulatoriuglobal este consecina suprapunerii undelor n
acel punct (conform principiuluisuperpoziiei).
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
25/34
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
26/34
Interferenta undelor
Interferena este fenomenul produs lasuprapunerea undelor coerente, cu ntrireasau slabirea reciproc a oscilaiilor n fiecare
punct.
Undele coerente sunt undele de aceeai
frecven () a cror diferen de faz esteconstant n timp.
.const
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
27/34
Interferenta undelor
Considerm interferena a dou unde planecoerente a cror oscilaii se produc dupaceeai direcie ( ), au aceeai frecven (),cu amplitudini i faze diferite, care se ntlnesc
ntr-un punct din spaiu. Cele dou oscilaii
sunt de forma:
)cos(1
011 tEE )cos(2
022 tEE
k
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
28/34
Interferenta undelor
Amplitudinea rezultant depindede diferena de faz ( = 1 -2)a oscilaiilor iniiale i poate aveaorice valoare cuprins ntrelimitele date de:
)cos(021 tEEEE
0201
2
02
2
01
2
0 2 EEEEE
)cos(2210201
2
02
2
01
2
0 EEEEE
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
29/34
Interferenta undelor
dac = 1- 2 = (2n+1), cos()=-1,atunci
dac = 1- 2 = 2n, cos()= 1,
atunci
21minEEE
21max EEE
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
30/34
Interferenta undelor
Valorile diferenelor de drum pe cere le pot avean cazul obinerii unor valori maxime sau minimeale intensitiilor undelor (I E2) vor fi.
Intensitate minim:
Intensitate maxim:
unde este lungimea de und a luminii.
2)12()12(
nrnrk
222
nrnrk
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
31/34
http://paws.kettering.edu/~drussell/Demos/superposition/superposition.html
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
32/34
http://www.physicsclassroom.com/class/waves/u10l4b.cfm
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
33/34
Albastru maxime (ventre)
Galben minime (noduri)
-
8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie
34/34
Interferenta undelor
http://vsg.quasihome.com/interfer.htm