Curs 12 Optica Ondulatorie

8/3/2019 Curs 12 Optica Ondulatorie

1/34

Biofizica

Curs 12


2/34

Fenomene ondulatorii

Fenomenele ondulatorii sunt fenomenele ce

insoesc propagarea undelor n diferite medii

i ale cror caracteristici depind de

proprietile undelor.


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


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


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.


6/34


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.


8/34


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.


9/34

n organism exista doar una din variante:

(aminoacizii sunt levogire(L ), glucidele sunt

dextrogire (D)


10/34


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


11/34


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


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


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


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.


15/34


16/34

Dispersia luminii

Dispersia mediului este definit prin mrimeacare arat ct de repede variaz indicele derefracie n cu lungimea de und:

d

dn )(


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


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.


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:


20/34

dxxIxdI )()(

dxxI

xdI

)(

)(dII )/ln( 0


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


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....


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


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).


25/34


26/34


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


27/34


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


28/34


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


29/34


dac = 1- 2 = (2n+1), cos()=-1,atunci

dac = 1- 2 = 2n, cos()= 1,

atunci

21minEEE

21max EEE


30/34


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


31/34

http://paws.kettering.edu/~drussell/Demos/superposition/superposition.html


32/34

http://www.physicsclassroom.com/class/waves/u10l4b.cfm


33/34

Albastru maxime (ventre)

Galben minime (noduri)


34/34


http://vsg.quasihome.com/interfer.htm

Date post:	06-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	anda-lupu
View:	217 times
Download:	0 times

Curs 12 Optica Ondulatorie

Documents