2n BATXILLERAT: LA LLUM. ÒPTICA GEOMÈTRICA

  • View
    1.068

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Tema de 2n de batxillerat sobre tots els fenòmens relacionats amb la llum i la introducció a l'optica geomètrica.

Text of 2n BATXILLERAT: LA LLUM. ÒPTICA GEOMÈTRICA

  • 1. LA LLUM

2. HISTRIA SOBRE LEVOLUCI DEL CONCEPTE DE LLUM NATURALESA DE LA LLUM Lexplicaci de la llum ha donat lloc a unes de les controvrsies ms apasionades de la histria de la ciencia. Les primeres teories mereixedores datenci van sorgir a lhora al segle XVII. 3. TEORIA CORPUSCULAR DE NEWTON (1704) Els focus lluminosos emeten minscules partcules que es propaguen en lnia recta en totes les direccions i que, en xocar amb els nostres ulls, produeixen la sensaci lluminosa. Els corpuscles sn diferents per a cada color, poden travessar els medis transparents i sn reflectits per medis opacs. 4. Explicava: - Propagaci rectilnia de la llum - Reflexi Per no podia explicar: - La refracci: per qu uns corpuscles penetren en la matria i altres no? - Va proposar que la llum viatja a ms velocitat en els lquids i en els vidres per s fals. 5. TEORIA ONDULATRIA DE HUYGGENS (1690) La llum consisteix en la propagaci duna pertorbaci ondulatria del medi. Pensava que eran ones longitudinals similars a les ones sonores. 6. Explicava: - La reflexi - La refracci - La doble refracci Inconvenients: - Els cientfics de lpoca van acceptar la teoria de Newton que tenia millor reputaci com a cientfic. - Fins llavors no shavien observat fenmens relacionats amb la difracci perqu sn difcils dobservar ja que la llum t una longitud dona molt petita. 7. TEORIA ONDULATRIA DE FRESNEL (1815) La llum est constituda per ones transversals. Ho va proposar desprs dobservar diversos avenos: - Interferncies lluminoses: T. Young (1801). - Descobriment de la polaritzaci de la llum (1808). 8. - Difracci: Fresnel (1815) J. Focault (1850) va comprovar que la velocitat de la llum en laigua s menor que a laire. Tots aquests experiments invalidaven la teoria corpuscular de Newton desprs de 150 anys dacceptaci!! 9. TEORIA ELECTROMAGNTICA DE MAXWELL (1864) La llum no s una ona mecnica sin una ona electromagntica de alta freqncia. 10. Les ones lluminoses consisteixen en la propagaci, sense necessitat de cap suport material, de camps elctrics i magntics variables en el temps que sautoindueixen i que vibren perpendiculars entre ells i perpendicular a la direcci de propagaci. Maxwell va proposar aquesta teoria des de lestudi matemtic dels fenmens electromagntics. 11. La comprovaci experimental: Va arribar del cientfic H. Hertz (1887) que va poder generar ones electromagntiques. 12. TEORIA CORPUSCULAR DEINSTEIN La va proposar Einstein (1905) per poder explicar lEFECTE FOTOELCTRIC descobert per Hertz i que la teoria ondulatria no podia explicar. - Aquest fenomen consisteix en la emissi delectrons duna certa energia, en incidir una llum duna determinada freqncia sobre una placa metllica. 13. La llum est formada per un feix de petits corpuscles o quntums denergia, tamb anomenats fotons. En aquests fotons hi ha concentrada lenergia de lona en lloc destar distribuda de manera contnua. Lenergia de cada fot: 14. NATURALESA DUAL DE LA LLUM La llum t doble naturalesa, corpuscular i ondulatria. Es propaga mitjanant ones electromagntiques transversals. En certs fenmens es comporta com a ona i en certs fenmens com a partcula. Aquest comportament el t la matria. 15. ONES ELECTROMAGNTIQUES Maxwell va predir lexistncia dones electromagntiques. Va trobar en les matemtiques que aquestes es propagven a la velocitat de la llum. Va pensar que no era una simple casualitat i aix va proposar la seva teoria. 16. Els camps elctrics i magntics, que sautoindueixen i generen les ones, varien sinusodalment amb el temps i la posici. Aix, es poden aplicar les equacions de les ones harmniques. El valor de la velocitat de propagaci al buit s: 17. ESPECTRE ELECTROMAGNTIC 18. PROPAGACI RECTILNIA DE LA LLUM Els fronts dona es propaguen en lnia recta. La direcci de propagaci s perpendicular a la de vibraci del camp elctric i la del camp magntic. CLICK 19. REFLEXI DE LA LLUM LLEIS DSNEL PER LA REFLEXI 1a: El raig incident, la normal a la superfcie en el punt dincidncia i el raig reflectit estan situats en el mateix pla. 2a: Langle dincidncia i i langle de reflexi r sn iguals. i = r 20. REFRACI DE LA LLUM LLEIS DE SNEL DE LA REFRACCI 1a: El raig incident, la normal a la superfcie en el punt dincidncia i el raig reflectit estan situats en el mateix pla. 2a: La ra entre els sinus de langle dincidncia i refractat s constant i igual a la ra de les velocitats de propagaci i igual a lindex de refracci relatiu. 21. Definim lndex de refracci absolut: 22. Si la v2 > v1 n2 < n1 el raig refractat sapropa a la normal. - Lobjecte es veu ms lluny. Si la v2 < v1 n2 > n1 el raig refractat sallunya de la normal. - Lobjecte es veu ms a prop. 23. NDEX DE REFRACCI DE DIFERENTS MATERIALS 24. X 25. CURIOSITAT Metamaterial tridimensional amb ndex de refracci negatiu creat per capes alternes de plata i fluorur de magnesi, de varies desenes de nanometres despesor. 26. IMPORTANT CONSIDERAR: La velocitat de la llum s ms gran en el buit que en els medis materials. La longitud dona roman constant quan es propaga en el buit, en canvi quan es propaga en els medis materials canvia. La freqncia roman constant tant quan es propaga en el buit com en els medis materials (els colors no canvien). 27. LONGITUD DONA I NDEX DE REFRACCI Podem relacionar lndex de refracci amb la longitud dona de la llum en els diferents medis materials. n = 0f/ f n = 0/ Sempre n > 1, per tant la longitud dona en qualsevol medi sempre ser menor que en el buit. 28. Miratges i vaixels fantasmes!! 29. APLICACIONS REFRACTMETRE: Dispositiu que sutilitza per veure la terbolesa o composici qualitativa dun lquid. Ex: en la fabricaci de vi i cervesa. 30. ANGLE LMIT I REFLEXI TOTAL Langle lmit s langle dincidncia que li correspon un angle de refracci de 90 31. APLICACI MS IMPORTANT DE LA REFLEXI TOTAL LA FIBRA PTICA Grcies a la reflexi total de la llum dins aquest material es pot transportar informaci per tot el mn. Amb aquesta fibra es transporta la informaci dinternet. 32. DISPERSI En incidir la llum blanca sobre una superfcie refringente, cada radiaci simple es desviar amb un angle diferent. 33. La desviaci de cada radiaci simple depn de la seva longitud dona: - f + - desviaci 34. FORMACI DE LARC DE SANT MART Produt per la dispersi de la llum en les gotes daigua de la pluja. Per veurel s necessari tenir el Sol a lesquena. 35. ARC DE SANT MART PRIMARI I SECUNDARI 36. ESPECTROSCOPIS Sn dispositius capaces de separar un feix de llum en els seus components monocromtics, s a dir, lESPECTRE. Hi ha: ESPECTRES CONTINUS ESPECTRES DISCONTINUS: - DEMISSI: - DABSORCI: 37. ESPECTROSCPIA s un mtode danlisi fsicoqumic que examina i interpreta els espectres de les radiacions obtingudes per un espectroscopi. 38. COMPOSICI DELS ASTRES DE LUNIVERS La llum emesa pels estels ens informa de la seva composici i de letapa de la seva vida en la qu es troben. La resta dastres per la llum que reflecteixen. 39. FOCS ARTIFICIALS Deuen el seu colorament als espectres demissi de diverses sals a altes temperatures: - Les sales destronci i liti el vermell - Les de sodi el groc - Les de coure el blau - Les de bari el verd - La pols de magnesi o alumini sutilizan per fer-los ms brillants. 40. INTERFERNCIES Per observar la interferncia dones lluminoses es requereix que els focus emeten llums: - Monocromtiques duna sola - Coherents amb diferncia de fase constant. 41. Aix pot produr-se: - Interferncia constructiva: si les ones estan en fase les amplituds es sumen com la intensitat es proporcional al quadrat de lamplitud Sobserva una intensificaci de les ones - Interferncia destructiva si les ones estan en oposici de fase les amplituds es resten com la intensitat es proporcional al quadrat de lamplitud Sobserva una debilitaci o anullaci de les ones 42. EXPERIMENT DE YOUNG DE LA DOBLE ESCLETXA T. Young (1801) Va servir per demostrar que els electrons es comportaven com ones i podien estar en dos llocs alhora. 43. LMINA DE VIDRE DE CARES PLANES I PARALLELES CLICK 44. DIFRACCI Es produeix si les ones sn interceptades per un obstacle de dimensions igual o inferior a la longitud dona. Si feim passar una llum monocromtica per una escletxa petita. 45. POLARITZACI Caracterstica noms de les ones transversals. Un feix llumins est polaritzat linealment si les oscillacions del camp elctric tenen lloc sempre en la mateixa direcci. 46. POLARITZACI PER REFLEXI Si un raig de llum incideix des de laire sobre la superfcie de separaci dun medi dndex de refracci n, el raig reflectit est totalment polaritzat linealment si la tangent de langle dincidncia coincideix amb lindex de refracci del segon medi. tg i = n2 47. POLARITZACI PER ABSORCI SELECTIVA E. H. Land (1938) va descubrir uns polmers formats per molcules dhidrocarburs alineades en cadenes llargues que tenen la capacitat de polaritzar la llum mitjanant un mecanisme dabsorci selectiva deguda a lorientaci de les molcules. Sn els anomenats: POLAROIDES. 48. POLAROIDES El polaroide trasmet la llum el camp elctric de la qual s parallel a leix de transmissi i absorbeix tota la llum el camp elctric de la qual s perpendicular a aquest eix. 49. ULLERES DE SOL Una de les aplicacions ms importants i quotidianes s les ULLERES DE SOL. 50. LSER Acrnim de LIGHT AMPLIFICATION by STIMULATED EMISSION of RADIATION. s llum polaritzada coherent. Aplicacions: infinites 51. PTICA GEOMTRICA s la part de lptica que estudia, a partir de representacions geomtriques, els canvis de direcci que experimenten els raigs lluminosos als fenmens de reflexi i refracci. RAIGS: Sn fletxes que indiquen la propagaci del moviment ondulatori. - Sn perpendiculars als fronts dona. 52. L O. G. es basa en: La llum es propaga rectilniament en medis homogenis i istrops. Els raigs lluminosos sn reversibles, tant si viatja per un mateix medi com per si canvia de medi. Es compleix