Wykłady z fizyki

Studia niestacjonarne IIStudia niestacjonarne II

GGGGGG

dr hab. Ewa Popkodr hab. Ewa Popko

www.if.pwr.wroc.pl/~popkowww.if.pwr.wroc.pl/~popko

Światło – dwa w jednym?

wykład I wykład I

Światło – co to jest?

WłaściwościWłaściwości Odbicie, załamanieOdbicie, załamanie

Właściwości typowe dla fal i cząstekWłaściwości typowe dla fal i cząstek InterferencInterferencja, dyfrakcia, pja, dyfrakcia, polarolaryzacjayzacja

Właściwości typowe dla falWłaściwości typowe dla fal

Zasada Huygens’a

Wszystkie punkty do których dociera czoło fali, stają się wtórnymi źródłami fali, rozchodzącej się we wszystkich kierunkach z prędkością taką samą jak fala pierwotna.

Interferencja

Interferencja

b) interferencja konstruktywna:

c) interferencja destruktywna:

.....2,1,0m

mλrr 12

)λ21

(mrr 12

Dyfrakcja

Dyfrakcja

Dyfrakcja na żyletce

Dyfrakcja –przeszkoda kołowa

Dyfrakcja

Ekxperyment Younga

Właściwości materii

Składa się z cząstekSkłada się z cząstek AtomAtomyy, Mole, Molekułykuły etc. etc.

CząstkiCząstki posiadają pędposiadają pęd (mas (masaa))…… Dobrze określony tor…Dobrze określony tor… Nie wykazuje dyfrakcji i interferencjiNie wykazuje dyfrakcji i interferencji

1 1 cząstkacząstka + 1 + 1 cząstkacząstka = 2 = 2 cząstkicząstki

Fizyka klasyczna

KoniecKoniec XIX wieku:XIX wieku: Zasady termodynamiki są ustanowioneZasady termodynamiki są ustanowione Światło jest faląŚwiatło jest falą

Eksperyment Eksperyment YoungYoungaa Doświadczenia Doświadczenia FaradayFaradayaaRównania Równania MaxwellMaxwellaa

Jt

EB

t

BE

B

E

000

0

1

0

Światło – fala elektromagnetyczna

Tymczasem – problem z pogrzebaczem? Każde ciało emituje promieniowanieKażde ciało emituje promieniowanie

Długość fali tego promieniowania maleje ze wzrostem temperatury ciałaDługość fali tego promieniowania maleje ze wzrostem temperatury ciała Ciało doskonale czarne (CDC) jest doskonałym absorbentemCiało doskonale czarne (CDC) jest doskonałym absorbentem

Nie odbija promieniowania pochodzącego z otoczeniaNie odbija promieniowania pochodzącego z otoczenia Jedyne promieniowanie emitowane przez to ciało pochodzi od tego ciałaJedyne promieniowanie emitowane przez to ciało pochodzi od tego ciała Promieniowanie pochodzące z CDC pozostaje w równowadze Promieniowanie pochodzące z CDC pozostaje w równowadze

termodynamicznej z tym ciałemtermodynamicznej z tym ciałem Promieniowanie CDC ma dwie cechy:Promieniowanie CDC ma dwie cechy:

Długość fali odpowiadająca maksimum zdolności emisyjnej maleje ze Długość fali odpowiadająca maksimum zdolności emisyjnej maleje ze wzrostem jego temperaturywzrostem jego temperatury

Moc promieniowania rośnie ze wzrostem temperaturyMoc promieniowania rośnie ze wzrostem temperatury

Model CDC

T1

T2

T3

321 TTT

Promieniowanie CDC

KmT 3max 1090.2

Prawo Wiena

Prawo Stefana – Boltzmana.

Moc promieniowania CDC (pole pod wykresem) rośnie ze wzrostem temperatury CDC

Promieniowanie CDCProblemy z interpretacją

Przewidywania fizyki klasycznej: w Przewidywania fizyki klasycznej: w zakresie fal krótkich, intensywnosć zakresie fal krótkich, intensywnosć promieniowania powinna rosnąć do promieniowania powinna rosnąć do nieskończoności !! Czyli nieskończoności !! Czyli pogrzebacz nie powinien zmieniać pogrzebacz nie powinien zmieniać barwy ze zmianą temperatury.barwy ze zmianą temperatury.

Tzw. „Katastrofa w ultrafiolecie”Tzw. „Katastrofa w ultrafiolecie”0 1 2 3 4

Przewidywania fizyki klasycznej(prawo Rayleigh-Jeans)

Widmo CDC

Inte

nsity

(ar

b. u

nits

)

Wavelength (m)

Promieniowanie CDC – rozwiązanie Plancka

W r.W r.1900 Planck 1900 Planck zaproponował wzór, który zaproponował wzór, który pasował do eksperymentu:pasował do eksperymentu:

hh – stała, którą wyznaczył z dopasowania do danych – stała, którą wyznaczył z dopasowania do danych eksperymentalnych; obecnie znana jako stałaeksperymentalnych; obecnie znana jako stała Planck Planckaa

- stała Boltzmana- stała Boltzmana

1

2/5

2

Tkhc Be

hcI

Bk

Narodziny teorii kwantów Założenia Założenia MaxMaxaa Planck Planckaa

Energia promieniowania jest związana z częstością Energia promieniowania jest związana z częstością promieniowania promieniowania ff wzorem: wzorem:

nn jest liczbą naturalną, zwaną liczbą kwantowąjest liczbą naturalną, zwaną liczbą kwantową

Molekuły wnęki CDC mogą absorbować i emitować energię w Molekuły wnęki CDC mogą absorbować i emitować energię w postaci dyskretnych pakietów energii, nazwanych potem postaci dyskretnych pakietów energii, nazwanych potem

„ „ fotonami”:fotonami”:

nhfE

E hf

Konsekwencje założeń Plancka

poziomy energetyczne molekuł muszą być dyskretne (skwantowane)

dozwolone są jedynie przejścia ze zmianą energii równą wielokrotności hf

promieniowanie elektromagnetyczne jest dyskretne (skwantowane)

43210

energy4hf3hf2hf1hf0

energia n

Podsumowanie Właściwości falWłaściwości fal Właściwości cząstekWłaściwości cząstek KlasycznieKlasycznie, , opis falowy lepiej opisuje światłoopis falowy lepiej opisuje światło Promieniowanie CDCPromieniowanie CDC

Prawo Prawo WienWienaa

Molekuły ścian CDC mają skwantowane energieMolekuły ścian CDC mają skwantowane energie Prawo Prawo PlanckPlancka promieniowania CDCa promieniowania CDC

Energia fotonuEnergia fotonu

KmT 3max 10898.2

hfE

1

2/5

2

Tkhc Be

hcI