Optika (0)

Elektrodünaamika
Elektromagnetilise induktsiooni nähtuseks nimetatakse elektrivälja tekkimist magnetvälja muutmisel.
Magnetvoog Φ on magnetvälja iseloomustav füüsikaline suurus, mis võrdub magnetinduktsiooni B mooduli, juhtmekontuuriga piiratud pinna pindala ja pinnanormaali ja B-vektori vahelise nurga koosinuse korrutisega. . Ühik: (veeber).
Faraday elektromagnetilise induktsiooni seadus: juhtmekeerus tekkiv induktsiooni elektromotoorjõud Ei on võrdeline magnetvoo muutumise kiirusega juhtmekontuuris. .
Eneseinduktsiooni nähtus on Faraday induktsiooni erijuht, kui juhis induktsiooni elektromotoorjõudu põhjustav magnetvoo muutus on tingitud voolutugevuse muutumisest juhis endas.
Pooli induktiivsus L näitab, kui suur eneseinduktsiooni elektromotoorjõud Ee tekib selles juhis voolutugevuse ühikulisel muutmisel ajaühiku jooksul. ,
, .
Induktiivsus kirjeldab laengukandjate liikumisel esinevat (magnetväljast tingitud) inertsust vaadeldavas juhis.
(henri).
1 H on sellise juhi induktiivsus, milles voolutugevuse muutumine kiirusega 1 amper 1 sekundis põhjustab eneseinduktsiooni elektromotoorjõu 1V.
Võnkering on induktiivpoolist L ja kondensaatorist C koosnev elektriahel , milles on võimalikud elektrivõnkumised ja mida kasutatakse raadiosagedusliku (harilikult 30 kHz – 300 MHz) filtrina .
Võnkeperiood
– Thomsoni valem.
Analoogia pendli võnkumisega on ilmne: , kus l on pendli pikkus.
Vahelduvvool on elektrivool, mille voolutugevus perioodiliselt muutub, mis tähendab ka suuna vastupidiseks muutumist perioodiliselt.
ja .
Laineoptika
Valgus kui elektromagnetlaine selgub elektromagnetlainete skaalast:
Elektromagnetlaine, st ka valguslaine , sisaldab koostoimuvaid elektrivälja ehk E-vektori ja magnetvälja ehk B-vektori sinusoidaalseid võnkumisi, mis levivad ruumis edasi .
Lainefront on pind, mille kõik punktid võnguvad samas faasis. Lainefront ja valguskiir on teineteisega risti.
Lainepikkus λ on valguslaine kahe samas faasis võnkuva lähima punkti vaheline kaugus. Sagedus f ehk ν võrdub laine täisvõngete arvuga ajaühikus. Periood T on aeg, mis kulub valguslainel λ läbimiseks. Faas määrab laine võnkeseisundi mingil hetkel. Valguslainet väljendatakse tavaliselt elektrilise komponendi ehk E-vektori kaudu , kus 2πft on faas.
Valguse interferents on konkreetsete lainete liitumise tulemus vahelduvate maksimum- ja miinimumjoonte või triipude pildina, mis ajas ja ruumis ei muutu. Koherentsed ehk seostatud lained on niisugused lained, mille faasivahe ajas ja ruumis ei muutu. Valguse difraktsioon on valguslainete paindumine tõkke taha, mis on sisuliselt interferentsi tulemus.
Valguse ja aine vastastikmõju
Valguskiir on geomeetriline mõiste, millest ka kiirteoptika paralleeltermin – geomeetriline optika. Valguskiir näitab valgusenergia levimise suunda.
Valguse sirgjoonelise levimise seadus: ühtlases (st homogeenses ja isotroopses) keskkonnas levib valgus sirgjooneliselt. Tõestuseks on punktvalgusallika poolt tekitatud varju terav piirjoon.
Murdumine: kahe läbipaistva keskkonna lahutuspiiril valgus peegeldub ja murdub, st muudab levimissuunda.
Murdumisnurk, murdumisseadus : valguse langemisnurga α ja murdumisnurga γ siinuste suhe on kahe antud keskkonna puhul jääv suurus, mida nimetatakse murdumisnäitajaks n.
Absoluutne murdumisnäitaja on aine murdumisnäitaja vaakumi suhtes, st kui valgus tuleb vaakumist (ligikaudu ka õhust) mingisse keskkonda. Tavaliselt kasutataksegi ja on tabelites antud need (näiteks , ).
Suhteline murdumisnäitaja on teise keskkonna absoluutse murdumisnäitaja n2 suhe esimese keskkonna absoluutsesse murdumisnäitajasse n1. .
Dispersioon, spekter : aine absoluutne murdumisnäitaja sõltub valguse lainepikkusest (või sagedusest), st valge valgus, mis on liitvalgus ehk koosneb erineva lainepikkusega λ valgustest (värvidest), jaguneb murdumisel vikerkaarevärviliseks spektriks. Seda nähtust nimetatakse dispersiooniks. Tavaliselt murdumisnäitaja väheneb lainepikkuse suurenedes, st punane valgus murdub vähem kui violetne valgus.
Kvantoptika
Footon. Valgust vaadeldakse kiirtena (kiirteoptika ehk geomeetriline optika), lainetena (laineoptika) ja osakestena ehk kvantidena (portsjonitena). Igasugust kiirgust võib vaadelda kvantidena. Valguskvante nimetatakse footoniteks.
Footoni energia ja sageduse vaheline seos: , kus
on Plancki konstant ja f valguslaine sagedus. Mida suurem sagedus, seda suurem energia. Raadiolainete sagedus on kõige väiksem, st energia kõige väiksem, γ-kiirguse sagedus kõige suurem, st energia kõige suurem, elusorganismidele kõige kahjulikum (purustavam).
Fotoefekt ehk valguse mõju on 1889 Heinrich Hertzi poolt avastatud esimene kvantoptika nähtus, kus valguse langemisel metalli pinnale löödi sealt välja negatiivne laeng.
Einsteini valem fotoefekti kohta. Alles 1905 õnnestus Albert Einsteinil selgitada fotoefekti olemust ja esitada fotoefekti teooria põhivalemina
ehk sõnades – metalli pinnale langeva footoni energia h·f kulub elektroni väljalöömise tööks A ja sellele elektronile kineetilise energia
andmiseks . Meenutame, et 1889 valitses täielikult laineoptika, aga laineoptikaga pole põhimõtteliselt võimalik fotoefekti kui kvantoptika nähtust selgitada. Ka elektron ei olnud siis veel teada (avastati 1897).
Väljumistöö. Elektronil endal ei ole metallis energiat piisavalt, et väljuda metallist, sest väljumiskohal tekib ju kohe laengu ülejääk, millega tõmmatakse elektron tagasi. Kui aga elektron saab metalli pinnal energiat sinna langevalt footonilt, siis ta võib sealt lahkuda. Footon teebki sel juhul väljumistöö A.
Fotoefekti punapiir. Einsteini võrrandist on näha, et fotoefekt saab esineda vaid juhul kui h·f > 0, st kui footonil jätkub energiat väljalöömise tööks või on seda ülegi. Piirsagedust fp, mille puhul , st fotoefekt võib toimuda, nimetatakse fotoefekti punapiiriks või ka pikalainepiiraks.
Fotoefekti liike on kolm. Siin esitatut nimetatakse välisfotoefektiks. Esinevad veel ka sisefotoefekt (pooljuhtseadmetes) ja tõkkekihtfotoefekt (päikesepatareides).