Optika
|
|
Ezt a szócikket tartalmilag és formailag is át kellene dolgozni, hogy megfelelő minőségű legyen. További részleteket a cikk vitalapján találhatsz. |
Az optika, vagy magyarosan fénytan, a fizikának a fény és általában az elektromágneses hullámok terjedésével foglalkozó tudományága. A fénytan (optika) a fény tulajdonságait, a fényjelenségeket (fénytörés, fényvisszaverődés stb.) vizsgálja.
Főbb megközelítési módjai:
- a geometriai optika, amely a fényt mint egy sugarat tekinti, mely egyenes vonalban halad az egyes közegekben, közeghatárokon pedig visszaverődik vagy megtörik
- a hullámoptika, amely a fényt hullámként modellezi. Így magyarázható a fényelhajlás, az interferencia és a polarizáció jelensége;
- a kvantumoptika, amely vékony rétegek és határjelenségek magyarázatára szolgál
Mindegyik magában foglalja az előző lépcsőfokot.
Tartalomjegyzék |
[szerkesztés] A fény színe
Olyan fiziológiai érzet, amelyet a látható optikai sugárzás kelt, méghozzá a hullámhosszától függő minőségben.
| Színek | Hullámhossz vákuumban (nm) | Frekvencia (Hz) |
|---|---|---|
| Infravörös | ![]() |
![]() |
| Vörös | ![]() |
![]() |
| Narancs | ![]() |
![]() |
| Sárga | ![]() |
![]() |
| Zöld | ![]() |
![]() |
| Kék | ![]() |
![]() |
| Ibolya | ![]() |
![]() |
| Ultraibolya | ![]() |
![]() |
[szerkesztés] Színkép vagy spektrum
Valamely fényforrás hullámhossz szerint felbontott fényében a színekhez tartozó intenzitás frekvenciára való eloszlását leíró függvény, illetve a fényspektrográfok által térben hullámhossz szerint szétbontott képe.
[szerkesztés] Emissziós színkép
A gerjesztett atomi vagy molekuláris rendszer által kibocsátott elektromágneses hullámok hullámhossz szerinti rendszere.
[szerkesztés] Folytonos színkép
Olyan emissziós színkép, amelynek az intenzitása a frekvencia folytonos függvénye, és széles tartományban különbözik nullától.
[szerkesztés] Fényforrások
Meg kell említenünk a fényforrásokat is, mert fényforrás nélkül nincs fény. Két fajta fényforrást különböztetünk meg, az elsődleges és a másodlagos fényforrásokat.
[szerkesztés] Elsődleges fényforrás
Elsődleges vagy valódi fényforrásnak tekintjük azokat a tárgyakat, amelyek fényt sugároznak, bocsátanak ki. Elsődleges fényforrások: a Nap, a csillagok, a gyertya lángja stb.
[szerkesztés] Másodlagos fényforrások
Minden test, ami csak a rá sugárzott és róla visszaverődő fény miatt látható, másodlagos fényforrás, mert ha nem verné vissza a fényt, nem látnánk. Tehát akkor látunk valamit, ha a tárgyról a szemünkbe jut a fény.
[szerkesztés] Fényjelenségek
Ha a fény két eltérő optikai sűrűségű közeg határára érkezik, akkor egy része visszaverődik, másik része pedig belép az új közegbe. Az új közegben haladó fénysugár általában megtörik. A közegek és a határfelület tulajdonságaitól, valamint a beesés szögétől függ, hogy a fényvisszaverődés vagy a fénytörés az erőteljesebb.
[szerkesztés] A Huygens-elv
Christian Huygens holland fizikus és csillagász (1629–1695) dolgozta ki az optikai rendszerek elemzésének hasznos módszerét.
A hullámfront minden pontja elemi gömbhullámok kiindulópontja. Az elemi hullámok a fény sebességével terjednek. Egy későbbi „t” időpontban a hullámfront új helyzetét az elemi hullámok burkolója adja meg.
[szerkesztés] A Huygens-Fresnel-elv
A hullámfront minden pontja elemi gömbhullámok kiindulópontja. Az elemi hullámok a fény sebességével terjednek. Egy későbbi „t” időpontban a hullámfront új helyzetét az elemi hullámok interferenciájának burkolója adja meg.
(Megjegyzés: A hátrafele terjedő elemi hullámok az interferencia miatt kioltódnak.)
[szerkesztés] Fényvisszaverődés
Hogyha a közegek és a határfelület tulajdonságai úgy hozzák, hogy a visszaverődés erőteljesebb, a jelenséget fényvisszaverődésnek nevezzük.
[szerkesztés] Teljes visszaverődés (totálreflexió)
Ha egy fénysugár az optikailag sűrűbb közeg felől a ritkább közeg felé halad, akkor a határfelületen nem törik meg, hanem azon – mint tökéletes tükrön – visszaverődik. Ilyenkor teljes fényvisszaverődésről vagy más néven totális reflexióról beszélünk, mivel a határfelület a ráeső fény 100%-át visszaveri. A határszöget a törési törvényből könnyedén meghatározhatjuk:

ebből:

[szerkesztés] Brewster törvénye
A visszavert sugár teljesen poláros lesz, ha a visszavert, valamint a közegbe behatoló megtört sugár egymásra merőleges. A teljes polarizációhoz tartozó
beesési szög és a törésmutató kapcsolata:

[szerkesztés] Kísérlet
Hogy a törvényt ki tudjuk mondani, egy kísérletet kell elvégeznünk, amihez optikai korongot használunk. Az optikai vagy Hartl-korong három részből áll:
- beosztásos korong
- szűrő, ami kiszűri a nem megfelelő irányba haladó fénysugarakat
- tartószerkezet, amire tükröket, illetve lencséket rakhatunk
Jelen esetben a tartószerkezetre egy síktükröt raktunk. A képen látszik, hogy merre halad a fénysugár, és elvileg azt látjuk, ami a mellékelt képen látható.
[szerkesztés] Törvény
A törvény meghatározásához értelmeznünk kell a képet. Az alábbi elnevezéseket használjuk:
- beeső fénysugár (s): a felülethez tartó fénysugár
- visszavert fénysugár (s’): a felülettől távolodó fénysugár
- beesési pont (O): ahol a beeső fénysugár a felületet éri
- beesési merőleges (n): a beesési pontban a felületre állított merőleges
- beesési szög (α): a beeső fénysugárnak a beesési merőlegessel bezárt szöge
- visszaverődési szög (β=α’): a visszavert fénysugárnak a beesési merőlegessel bezárt szöge
A kísérletből megállapíthatjuk a törvényt:
- A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a visszavert fénysugár egy síkban van.
- A visszaverődési szög egyenlő a beesési szöggel.
Ezt Euklidesz Kr. e. 300 körül már bebizonyította.
[szerkesztés] Fénytörés
Ha egy üvegpohárba vizet öntünk, s rajta átnézve vizsgáljuk a hozzá közel lévő tárgyakat, eltorzult képet látunk. A vízbe helyezett szívószál például megtörtnek látszik, pedig ha kivesszük a vízből, látható, hogy változatlan az alakja. Nem a szívószál törik meg, hanem a fény, amely a vízből érkezik a szemünkbe.
Ha a fénysugár eltérő fénytani sűrűségű anyagok határán átlép, iránya megváltozik. A víz és a levegő határán mindig megtörik a fény, kivéve, ha éppen merőlegesen esik a vízfelületre.
[szerkesztés] A fény fázissebességének nagysága
Vákuumban:

Szigetelőben:

(ugyanis
)
[szerkesztés] A közeg abszolút törésmutatója

[szerkesztés] Diszperzió (színszórás)
frekvenciafüggése miatt különböző hullámhosszú fénysugarak ugyanabban a közegben különböző sebességgel terjednek. Az új közegben a fényhullámok különböző frekvenciájú komponensei különböző mértékben térnek el a becslési irányhoz képest, azaz szóródnak. Emiatt bontja színeire a különböző frekvenciájú (színű) fények keverékét a prizma.
[szerkesztés] Relatív törésmutató
A második közeg első közegre viszonyított relatív törésmutatója:

Az első közeg optikailag akkor sűrűbb a második közegnél, ha
, ellenkező esetben a közeg optikailag ritkább. (Az optikai sűrűség nem azonos a mechanikai sűrűséggel).
[szerkesztés] Snellius-Descartes fénytörési törvénye
Ugyanazon közegben a beesési és törési szög szinuszának aránya állandó és egyenlő az első, ill. második közegben mért terjedési sebességek hányadosával.

Az
beesési szög növelésével a fény energiájának egyre kisebb hányada jut be az új közegbe.
[szerkesztés] Optikai eszközök
- Optikai lencse (domború, homorú)
- Tükör (sík, homorú, domború)
- Prizma
- Szem
- Szemüveg és Kontaktlencse
- Optikai távcsövek
- Mikroszkóp
- Fényképezőgép és őse, a camera obscura
- Kamera
- Diavetítő
- Optikai szál
[szerkesztés] Lásd még
- Fermat-elv
- Fény
- Fényforrás
- Fénysebesség
- Fénytörés
- Fényvisszaverődés
- Geometriai optika
- Prizma
- Spektrum
- Teljes fényvisszaverődés
- Törésmutató
- Visszatükrözés
[szerkesztés] Külső hivatkozások
- Optika.lap.hu - linkgyűjtemény
- Fizkapu portál FizFotó rovatának optika tárgyú fotói

















