Valguslained (0)

Võnkering. Võnkering koosneb kondensaatorist ja poolist. Teda kasutatakse elektromagnetvõnkumiste tekitamiseks. Kirjeldame vabavõnkumist võnkeringis: (j1). Kondensaator on laetud. | Kondensaatro tühjeneb. Eneseinduktsiooni tõttu kasvab vool poolis aeglaselt. | Voolu kasvamine lõpeb siis, kui kondensaator on täielikult tühjenenud. |Vool ahelas ei katke järsku, sest voolutugevuse vähenedes indutseerib muutuv magnetväli pööriselektrivälja, mis püüab voolu säilitada. | Vool hakkab vähenema ja kondensaator laadub ümber. | Vool katkeb. Kondensaator on ümber laadunud. | Uuesti. || Vabavõnkumiste omavõnkesagedus sõltub pooli induktivsusest ja kondensaatori mahtuvusest. Omavõnkumiste periood leitakse Thomsoni valemiga: T=2π√LC. Pooli ja ühendusjuhtmete takistuse tõttu eraldub võnkeringis soojust, seega esinevad energiakaod ja võnkumine lakkab kiiresti. Sumbumise vältimiseks tuleb energiat perioodiliselt juurde anda (sundvõnkumine). Seda tehakse näiteks raadiosaatjates, kus võnkeringe kasutatakse.
Elektromagnetlainete tekitamine. Elektri -ja magnetväli on teineteisega lahutamatult seotud. Muutuv magnetväli tekitab ruumis elektrivälja ja muutuv elektriväli magnetvälja. Kumbagi neist muutuvatest väljadest pole võimalik omaette tekitada. Seepärast nimetatakse lahutamatult seotud elektri- ja magnetvälja elektromagnetväljaks. Elektromagnetväli on üks mateeria esinemisvorme. (teine on aine). Elektromagnetlaineks nim võnkuva elektrilaengu poolt laengut ümbritsevas ruumis tekitatud perioodliselt muutuvate teineteisega ristuvate elektri- ja magnetväljade süsteemi. (j2) Elektromagnetlaine on ristlaine , ta levib kiirusel 300000 km/s (valguskiirusel). Wˇcm=constw^4. Ajaühikus tekkivate lainete energia Wcm on võrdeline kiirgusallika võnkesageduse neljanda astmega. 1888.aastal kasutas Heinrich Rudolf Hertz esimesena avatud võnkeringi elektromagnetlainete tekitamiseks. Seadet nimm Hertzi vibraatoriks. (j3) Juhid laetakse kõrge pingeni, teatud pingel tekib läbilöök, on näha sädet. Vooluring sulgub. Tekivad suure sagedusega võnkumised, mis sumbuvad juhtmete takistuse ja elektromagnetlainete kiirgamise tõttu. Juhtme poole laetakse uuesti, tekib jälle läbilook jne. Elektromagnetlainete omadused: 1) elektromagnetlainete neeldumine (dielektrikuga) 2)elektromagnetlainete peegeldumine (metallplaadiga) 3) elektromagnetlainete murdumine ( parafiin ) 4)elektromagnetlainete ristlainelisus 5)elektromagnetlainete interferents .
Raadioside. Kõne ja muusika edasikandmine raadio teel sai võimalikuks pärast kandesagedusgeneraatori leiutamist 1913.aastal (j4). Raadiosaatja mikrofoniringis tekib helisagedusega muutuv vool. Seda voolu pole mõtet saatjaantenni juhtida, sest laengute nii madala sagedusega võnkumise korral antenn praktiliselt elektromagnetlaineid ei kiirga. Kandesagedusgeneraatoris tekib kõrgsagedusvool. Amplituudmodulatsiooni korral liidetakse modulaatoris mikrofoniringis tekkinud helisagedusvõnkumised kandesagedusgeneraatoris saadud kõrgsagedusvõnkumistega. Moduleeritud kõrgsagedusvool võimendatakse ja juhitakse antenni, mis kiirgab elektromagnetlaineid. (j5) Elektromagnetlained jõuavad vastuvõtja antenni ja tekitavad selles kõrgsagedusvoolud. Võnkering erakdab neist ühe sagedusega voolu. Seda moduleeritud kõrgsagedusvoolu võimendatakse. Detektoris eraldatakse kõrgsagesudvoolust madalsagedusvool, mida võimendatakse. Valjuhääldi membraan hakkab võnkuma madalsagedusvoolu taktis ja tekitab ruumis helilained.
Infra - ja ultravalgus. Valgusest suurema lainepikkusega elektromagnetlaineid kutsutakse infrapunaseks kiirguseks ehk infravalguseks. Infravalgust kiirgavad kõik soojad või kuumad kehad. Infravalgusega on seotud ka kasvuhooneefekt . Infravalgust kasutatakse näiteks värvitud pindade kuivatamiseks, toidu küpsetamiseks hõõguvatel sütel, soojusraviks, lasersides, sõjanduses (öönägemisseadmed). Väiksema lainepikkusega laineid nim ultravioletseks kiirguseks ehk ultravalguseks. Mida kõrgem on keha temp, seda rohkem ultravalgust ta kiirgab. Päikeselt tuleva liigse ultravalguse eest kaitseb meid Maad ümbritsev osoonikiht , kus neeldub suur osa ultravalgusest. Ultravalgust kasutatakse solaariumides, meditsiinis (bakterite tapmine ).
Valguse interferents ja difraktsioon . Valguslainete liitumist, mille tulemusena valguse intensiivsus mingis ruumipunktis suureneb või väheneb, nimetatakse valguse interferentsiks. Käiguvahe ∆ näitab, kui palju erinevad lainete poolt läbitud teepikkused liikumisel valgusallikast lainete liitumiskohta. Valguslained tugevdavad teineteist suundades, kus on täidetud tingimus ∆=2kλ/2=kλ Lained on sel juhul samas faasis. Valguslained nõrgendavad teineteist suundades, kus on täidetud tingimus ∆=(2k+1)λ/2=(k+1/2)λ . (j6)(j7). Valguse difraktsiooniks nimetatakse valguse sattumist varju piirkonda. Varju piirkond on ruumiosa, kuhu sirgjooneliselt levib valgus ei satu . Valguse difraktsioon ilmneb, kui avade (tõkete) mõõtmed on natukene suuremad valguse lainepikkusest. Kui ava mõõtmed on valguse lainepikkusest palju suuremad, levib valgus sirgjooneliselt. Difraktsiooni ja interferentsi saab jälgida, kui valguslained on koherentsed st neil on sama lainepikkus ja ajas muutumatu faaside vahe. (j8) Difraktsiooni tõttu väljuvad aukudest B ja C kaks teineteist osaliselt katvat valguskoonust. Ekraanil tekib interferentsipilt. Difraktsioonivõre. Optikas laialdaselt kasutatav seade; difraktsioonivõre kujutab endast paljude paralleelsete pilude süsteemi. (j9). Difraktsioonivõres on ühel millimeetril sadu või tuhandeid triipe. Difraktsioonivõret iseloomustab võrekonstant d: d=a+b, a-piludevaheline kaugus, b- pilu laius. Valguse tugevnemist võib märgata kõikides suundades, kus on täidetud tingimus: dsinα=kλ (k=0, +-1, +-2…)Öeldakse, et neis suundades on jälgitavad k-ndat järku difraktsioonimaksimumid. (j10).
Valguse peegeldumine ja murdumine. (j11) Peegeldumisseadused. I Langev kiir, peegeldunud kiir ja langemispunktist kahe keskkonna lahutuspinnale tõmmatud normaal asuvad ühes tasapinnas. II Peegeldumisnurk β võrdub langemisnurgaga α Murdumisseadused. I Langev kiir, murdunud kiir ja langemispunkti tõmmatud pinnanormaal on ühes tasandis . II Langemis- ja murdumisnurga siinuste suhe on jääv suurus ja seda nim teise keskkonna murdumisnäitajaks esimese keskkonna suhtes. Sinα/sinβ=nˇ21=nˇ2/nˇ1=v1/v2=λ1/λ2 /nt:/ klaasi murdumisnäitaja õhu suhtes on 1-2. Absoluutne murdumisnäitaja on murdumisnäitaja vaakumi suhtes. N=c/v. Täielik peegeldus . Optiliselt hõredamasse keskkonda minnes murdub kiir lahutuspinna normaalist eemale. Teatud langemisnurga α0 korral aga läheb piki eralduspinda, st ei lähe teise keskkonda. Esineb täielik peegeldus. (j12) sinα/sinϒ=sinα0/1=1/n0 /nt:/ kui n=1,5, siis α0=~42◦.
Valguse dispersioon ja spektrid. Kui juhtida klaasprismale kitsas valge valguse kiir, siis prisma läbimisel kaldub see aluse poole ja lahkneb värvilisteks kiirteks- spektriks. Valge valgus on liitvalgus ja koosneb erinevate lainepikkustega kiirtest, mis levivad keskkonnas erinevate kiirustega – punased kiiremini, violetsed aeglasemalt ja seetõttu on klaasi murdumisnäitaja nende jaoks erinev. /nt:/nv=1,522, np=1,513. Valguse murdumisnäitaja sõltuvust valguse värvusest nim dispersiooniks. (j13). Aparaate, mis annavad selge spektri ja lahutavad erineva lainepikkusega elektromagnetlained nii, et spektri üksikud osad peaaegu ei kattu, nim spektraalaparaatideks. Spektraalaparaadi põhiosaks on prisma või difraktsioonvõre. (j14). Kui aine aatomid saavad mingil viisil juurde energiat (nt kuumutamisel), lähevad nad ergastatud olekusse ja tulles tagasi põhiolekusse kiirgavad footoni. Kiirgusspektreid on 3 liiki: 1)pidevspektrid – tekivad kuumutatud , tahkete kehade, vedelike ja tihedate gaaside kiirgamisel 2)joonspektrid – annavad atomaatses gaasilises olekus olevad gaasid madalal rõhul /nt:/ naatrium annab 2 kollast joont 3)ribaspektrid – annavad molekulaarses gaasilises olekus olevad ained. Lastes valge valguse läbi külma mittehelendava gaasi, tekivad pideva spektri taustal tumedad joones, mille asend selles spektris vastab täpselt selle gaasi kiirgusspektri joonte asendile. Saame neeldumisspektri. (j15). Aine keemilise koostise kindlakstegemist selle kiirgus- või neeldumisspektri järgi nim spektraalanalüüsiks.