Elektromagnetické záření

Vlnová optika
- zabývá se jevy potvrzujícími vlnovou povahu světla (interference, ohyb, polarizace)

Interference světla
vlnění, která přicházejí do jednoho bodu z různých zdrojů, se v tomto bodě skládají (sčítají se okamžité hodnoty elektrické a magnetické složky vlnění)
koherentní vlnění - vlnění o stejné frekvenci s konstantním dráhovým rozdílem v daném bodě
- předpoklad pro viditelnost interference
- prakticky laserem

Youngův pokus (1807)
- prokázal vlnovou povahu světla

amplituda výsledného vlnění se mění v závislosti na dráhovém rozdílu - na stínítku pozorujeme interferenční obrazec - soustavu interferenčních maxim a minim
pro int. maximum: Δl=kλ k{0,1,...}
pro int. minimum: Δl=(2k-1)λ/2 k{1,...}
k - řád maxima/minima

u monochromatického světla:
maxima - světlé proužky dané barvy,
minima - černé proužky

u bílého světla:
maximum nultého řádu bílé,
minima černá,
maxima vyšších řádů - spektra

Interference světla na tenké vrstvě

paprsky 2 a 3 interferují, dráhový rozdíl Δl=2nd+λ/2
paprsky 2 a 3 mají opačnou fázi (+λ/2)
2nd - optická dráha - vzdálenost, kterou paprsek 2 urazí, zatímco paprsek 3 urazí vzdálenost 2d
pro int. maximum: 2nd=(2k-1)λ/2
pro int. minimum: 2nd=kλ

Newtonova skla

v monochromatickém světle vzniká soustava světlých a tmavých kroužků,
v bílém světle vzniká soustava barevných kroužků
R²=r_k²+(R-d_k)²
R²=r_k²+R²-2Rd_k+d_k²
(d_k<<2R => zanedbáme)
d_k=r_k²/(2R)
Δl=2d_k+λ/2

Využití interference
antireflexní vrstvy
interferometr - měření malých rozdílů délek, měření indexu lomu
holografie - trojrozměrný záznam obrazu - informace o intenzitě a fázi světla odraženého od předmětu

Ohyb světla (difrakce)
- odlišné šíření světla než přímočaré (důsledek vlnových vlastností světla)
- po dopadu na okraj překážky se světlo šíří i do oblasti geometrického stínu

ohyb na hraně

v bodě B dochází k mnohonásobné interferenci - vzniká interferenční obrazec

ohyb na štěrbině

rozložení maxim a minim závisí na šířce štěrbiny a vlnové délce světla

ohyb na optické mřížce

b - mřížková konstanta
Δl=bsinα

difrakční obrazec:
u jednobarevného světla - uprostřed maximum 0. řádu (nejintenzivnější)
u bílého světla - minima černá, maximum 0. řádu bílé, maximum 1. řádu spektrum (nejblíže k 0. řádu červená), ostatní maxima se překrývají

Polarizace světla
nepolarizované světlo: směr vektoru E je nahodilý (ale kolmý ke směru šíření, obr. a)
lineárně polarizované světlo: vektor E kmitá v jedné přímce (obr. b)

polarizace - přeměna světla nepolarizovaného na polarizované
a) odrazem

v odraženém světle vektor E kolmo k rovině dopadu
úplná polarizace jen při tzv. Brewsterově (polarizačním) úhlu, pro který platí tgα=n
b) lomem
obodbně jako odrazem
vektor E rovnoběžně k rovině dopadu
c) dvojlomem
u anizotropních krystalů (např. islandský vápenec)
světelný paprsek se rozdělí na dva (řádný a mimořádný) - oba polarizovány v navzájem kolmých rovinách
d) polaroidem
speciální filtr, ze kterého vychází jen lineárně polarizované světlo mimořádného paprsku

oko nerozliší polarizované a nepolarizované světlo, rozlišuje jej analyzátor

Přehled elektromagnetického záření

druh záření	vln. délka /m (řádově)	frekvence / Hz (řádově)
nízkofrekvenční vlny	104-106	102-104
rozhlasové vlny (DV,SV,KV)	101-104	104-107
televizní a rozhlasové vlny (VKV)	10-1-101	107-109
mikrovlny	10-4-10-1	109-1012
infračervené záření (IR)	10-6-10-4	1012-1014
viditelné světlo	10-7-10-6	1014-1015
ultrafialové záření (UV)	10-9-10-7	1015-1017
rentgenové záření (RTG)	10-12-10-9	1017-1020
gama záření	10-15-10-12	1020-1023

Fotometrické veličiny
- charakterizují přenos energie světelným zářením, které vyzařuje do okolí zdroj elmag. záření
světelný tok Φ se vztahuje k přenosu světla prostorem
svítivost I charakterizuje zdroj světla
- podíl světel. toku ΔΦ vyzářeného do prostorového úhlu ΔΩ a tohoto úhlu
I=ΔΦ/ΔΩ
osvětlení E charakterizuje účinky světla při dopadu na určitou plochu
E=ΔΦ/ΔS
ΔS=r²ΔΩ
r - vzdálenost dané plochy od zdroje
E=Icosα/r²
α - úhel, pod kterým světlo dopadá

Tepelné záření těles
- vyzařují všechna tělesa díky tepelnému pohybu atomů
s rostoucí teplotou tělesa se záření přesouvá ke kratším vln. délkám (do 525°C IR, asi 900°C jasně červené)

Záření černého tělesa
Stefanův-Boltzmannův zákon: intenzita ozařování vzrůstá se 4. mocninou termodynamické teploty
Wienův posunovací zákon: vlnová délka záření je nepřímo úměrná teplotě
zjištění vln. délky záření spektrální analýzou (např. čarové spektrum u plynů)