Elektromagnetické vlnění oscillating electric and magnetic fields elektromagnetická vlna Elektromagnetické vlnění (též elektromagnetické záření) je děj, při němž se prostorem šíří příčné vlnění elektrického a magnetického pole. Popsáno je pomocí tzv. Maxwellových rovnic. Elektromagnetické vlnění http://enpedie.cz/rovnice/maxwell1.png Zahrnuje dvě složky, které jsou na sebe kolmé: •Intenzita elektrického pole E •Magnetická indukce B Při přenosu elektromagnetické energie dvouvodičovým vedením vzniká v prostoru mezi vodiči časově proměnné silové pole, které má složku elektrickou a magnetickou ( = elektromagnetické pole). Energie není přenášena samotnými vodiči, ale elektromagnetickým polem mezi nimi. Tento děj má charakter vlnění. Za předpokladu, že veškerá elektromagnetická energie se na konci vedení pohltí dostáváme postupné elektromagnetické vlnění. Pokud tomu tak není, nastává na konci vedení odraz vlnění a odražené vlnění se skládá s vlněním postupujícím a vzniká vlnění stojaté. Vznik elektromagnetického záření •Elektromagnetické záření vzniká všude tam, kde se pohybuje náboj s nenulovým zrychlením, tzn. kde teče nekonstantní proud, např. •Střídavý proud (např. anténa) •Zpomalování nabité částice (např. rentgenka) •Emise záření podle Planckova vyzařovacího zákona (např.žárovka) • Rychlost světla ve vakuu Rovnice postupné elektromagnetické vlny c0 = 299 792 458 m/s c0 = 1 079 252 848,8 km/h c0 je rychlost světla ve vakuu, ε0 je permitivita vakua (dielektrická konstanta) μ0 je permeabilita vakua (magnetická konstanta) Rychlost šíření světla v jiných prostředích je vždy menší. vvzduch ≈ c vvoda = 2.25 .108 m.s-1 vsklo = 2.108 m.s-1 – 1,5 .108 m.s-1 εr relativní permitivita μ r relativní permeabilita Čerenkovovo záření je elektromagnetická obdoba zvukové rázové vlny. Nabitá částice, která se pohybuje v optickém prostředí rychleji, než je fázová rychlost světla pro toto prostředí, vyvolává záření, které trvá po tu dobu, kdy je částice rychlejší než světlo. Typicky lze Čerenkovův efekt pozorovat v nádržích jaderných reaktorů, kde se uranové palivo nachází v kapalině moderující neutrony, vlivem štěpení jsou produkovány částice záření beta (vysokoenergetické elektrony), které při pohybu kapalinou emitují fotony s energií několika málo eV a voda tak získává modravý nádech. Čerenkovovo záření This Solar Cell Can Capture All Wavelengths of Solar ... Vlnová délka Vztah mezi vlnovou délkou a frekvencí f – nezávisí na prostředí λ – se mění podle rychlosti c (v) – rychlost světla ve vakuu (v daném prostředí) Elektromagnetické vlny se odráží i lámou. Jednotlivé druhy elektromagnetického záření se liší vlnovou délkou a tvoří spektrum elektromagnetického záření. Zobrazit zdrojový obrázek Vlnově-korpuskulární vlastnosti elektromagnetického záření Vlnově-korpuskulární (vlnově-částicový) dualismus - některé jevy u týchž objektů mikrosvěta se daří lépe vysvětlit pokud na tyto objekty nahlížíme buď jako na vlny, nebo jako na částice (fotony). Např. elektromagnetické záření může někdy vykazovat vlnový charakter (např. při ohybu světla), a jindy se chová jako částicové záření (např. u fotoelektrického jevu). Světlo lze tedy popsat vlnovou teorií, ale také teorií kvantovou. Částicová povaha elektromagnetického záření se projevuje především v krátkovlnných oblastech (tzn. při vysokých energiích fotonů), vlnová povaha v oblasti dlouhovlnné. 1. Elektromagnetické záření může být pohlcováno, resp. vyzařováno, jen v určitých kvantech (fotonech), jejichž energie E odpovídá násobkům frekvence záření f (Planck 1999): kde h je Planckova konstanta, h = 6,626075·10−34 Js. Elektromagnetická vlna o frekvenci f a vlnové délce λ je soubor světelných kvant (fotonů) o určité energii a hybnosti (Einstein 1905). Rozlišení v elektronovém mikroskopu, závisí na kinetické energii elektronů - vyšší rychlost (i kinetická energie) odpovídá vyšší hybnosti, čímž se snižuje jejich vlnová délka a lze tedy dosáhnout vyššího rozlišení. 2. Vlnové vlastnosti vykazují (v určitých situacích) všechny částice (de Broglie 1924). Částice lze popsat vlnovou délkou o velikosti kde h je Planckova konstanta a p je hybnost částice. p = Příklad http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/imgqua/wavpar.gif http://astronuklfyzika.cz/Fotoefekt.gif Každá mikročástice o hmotnosti m pohybující se rychlostí v, se může chovat jako vlna o vlnové délce \lambda = \frac{h}{p} = \frac {h}{\gamma mv} = \frac {h}{mv} \sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}} De Broglieova-Comptonova vlnová délka Vliv elektromagnetického záření na molekuly Obsah obrázku objekt, anténa, hodiny Popis byl vytvořen automaticky Rádiové vlnění Vzniká mimo jiné v obvodu střídavého proudu, k němuž je připojena anténa. Rychlost šíření rádiových vln je v prostoru přibližně rovna rychlosti světla ve vakuu. V případě jiných prostředí závisí na indexu lomu. Podle frekvence se radiové vlny dělí na takzvaná vlnová pásma. Jednotlivá pásma se výrazně liší přenosovou kapacitou i dosahem. Modulace je nelineární proces, kterým se mění charakter vhodného nosného signálu pomocí modulujícího signálu. Frekvenční modulace Amplitudová modulace Fázová modulace Pulzní modulace Modulace se používá při přenosu nebo záznamu elektrických nebo optických signálů. Nejběžnějšími příklady jsou například rozhlasový a televizní přijímač, mobilní telefon, různé typy modemů, satelitní přijímače atd. Většina zdrojů zpráv generuje signály, které ve své původní podobě nejsou vhodné pro dálkový přenos. Proto vznikla modulace, která posílí signál (nesenou informaci), lze ho tak přenášet na delší vzdálenost. http://www.digitalnitelevize.cz/obrazek/2010_7_plostiny_3_b.jpg http://sweb.cz/radek.jandora/Z2.BMP Zobrazit zdrojový obrázek Zobrazit zdrojový obrázek Kilometrové vlny, mají frekvence 30 až 300 kHz. Použití pro rozhlasové dlouhé vlny, radiokomunikace, meteorologické služby. Hektometrové vlny, mají frekvence 0,3 – 3 MHz. Použití k přenosu rozhlasového vysílání (SV), radionavigaci a komunikaci na malé a střední vzdálenosti. Dekametrové vlny, mají frekvence 3 – 30 MHz. Použití pro radiokomunikace na střední a velké vzdálenosti, rozhlasové krátké vlny, amatérská pásma. Krátké vlny se odrážejí od ionosféry (začíná ve výšce 60 – 80 km nad zemským povrchem, obsahuje určité množství molekul vzduchu rozštěpených na ionty a volné elektrony) Metrové vlny, mají frekvence 30 – 300 MHz. Na těchto vlnách se vysílá frekvenčně modulované rozhlasové vysílání (FM) a některé televizní kanály (dnes již opouštěné I., II. a III. tel. pásmo), různé mobilní radiostanice včetně leteckých a lodních. Vysílač a přijímač musí být přibližně v přímce, na které není překážka (satelity Zobrazit zdrojový obrázek Ultra krátké vlny decimetrové vlny, o frekvencích 0,3 – 3 GHz. Vysílají se na nich televizní kanály (IV. a V. pásmo), dnes především digitální televize. Pracují zde i další radiokomunikační služby jako mobilní telefony, Wi-Fi, GPS, vojenská komunikace. Vysoká frekvence umožňuje přenos velkého množství informací , mezi mobilem a vysílačem ale nesmí být silná překážka (stavby, kopec). Super krátké vlny centimetrové vlny, frekvence 3 až 30 GHz. Radiolokace, radioreléové spoje, telekomunikace, satelitní spojení, satelitní televize. Extrémně krátké vlny milimetrové vlny, frekvence 30 až 300 GHz. Přistávací a říční radiolokátory, letecké výškoměry, radary. Mikrovlny Mikrovlny jsou elektromagnetické vlny o vlnové délce od 1 mm do 1 m, což odpovídá frekvenci 300 MHz (0,3 GHz) až 300 GHz. Využívají se v mnoha odvětvích lidské činnosti: k ohřevu potravin, k vysoušení knih či tkanin, obrábění materiálů, přenosu informací (Wi-Fi, mobilní sítě), radiolokaci, restaurování uměleckých děl, tavení skla, navigaci a v mnoha dalších. Radar je elektronické zařízení na detekci polohy pozemních a vzdušných objektů. Princip radiolokace je založen na přímočarém šíření mikrovln a jejich odrazu od vodivých překážek. Radary pracují v rozsahu decimetrových nebo centimetrových vln. Radary slouží k detekci kovových objektů (automobil, letadlo, loď, apod.) a též na předpovídání bouřek (meteorologický radar). Zobrazit zdrojový obrázek Zobrazit zdrojový obrázek Maser (mikrovlnný laser) je kvantový paramagnetický zesilovač. Používá se na zesílení citlivosti radioteleskopů a spojovacích zařízení při kosmických letech a dálkových radiolokátorů, které majú zachytit tělesa na vzdálenost větší než 1 000 km. Mikrovlnná trouba. Zdrojem mikrovlnného záření je magnetron. Mikrovlny o vlnové délce kolem 12 cm mají frekvenci blízkou rezonanční frekvenci některých nesymetrických molekul, hlavně vody. Dipóly polárních molekul se nepřetržitě natáčejí dle okamžitého směru elektromagnetického pole a takto mění svoji orientaci až několik miliardkrát za sekundu. Přitom se využívá dvou procesů: mezimolekulárního tření, k němuž dochází při překonávání mezimolekulárních přitažlivých sil, a hystereze, která vzniká mezi působícím polem a indukovanou elektrickou odezvou vlivem setrvačnosti, jež závisí na elektrickém náboji, hmotě a tvaru molekul. How Foods Get Cooked in the Microwave | Microwave ... Making Caramel Apples in the Microwave - Discovery Express Принцип работы микроволновой печи Rozkmitané molekuly vody takto mění pohybovou energii na tepelnou. Díky těmto jevům je ohřev produktu velmi rychlý a probíhá v celém objemu, ve kterém působí elektromagnetické pole na polární materiál. Potraviny obvykle obsahují velké množství vody a navíc mikrovlny nádoby (sklenice, talíře, keramické hrníčky) neohřívají Mikrovlny procházejí některými materiály (papír, plast, bavlna, sklo). Propustnost závisí na materiálu a jeho tloušťce (výraznejší útlum nastává, je-li tloušťka materiálu větší než 1/2 vlnové délky záření). Dipolárními materiály (voda, tuk) jsou mikrovlny pohlcovány. Kovy mikrovlny nepropouštějí, protože mají volné elektrony. Vzhledem k vlnové délce nemohou mikrovlny procházet ani malými otvory v kovech. Elektromagnetické záření látek Všechny předměty kolem nás vydávají elektromagnetické záření. To se v případě studených těles nachází v infračervené části spektra, která není pro lidské oko viditelná. S rostoucí teplotou tělesa se vyzařování tepelného záření přesouvá ke kratším vlnovým délkám (k vyšším frekvencím). Nejnižší teplota, při které je záření daného tělesa pozorovatelné pouhým okem, se označuje jako Draperův bod – ten odpovídá zhruba 525 °C. Při této teplotě vyzařují všechny objekty, bez ohledu na materiál, z něhož jsou vyrobeny, červené světlo. Když předmět dále zahříváme, mění se postupně jeho barva z červené přes oranžovou a žlutou k bílé. Při ještě vyšších teplotách se záření posouvá směrem do ultrafialové oblasti. Naše oči ho pak vnímají jako namodralé. Záření černého tělesa Černé těleso je fyzikální abstrakce tělesa, které dokonale pohlcuje veškerou energii dopadajícího záření. V absolutně černém tělese je v rovnováze vyzařování a pohlcování záření. alt: Záření černého tělesa při různých teplotách (v kelvinech; 0 °C je 273,15 kelvinu). Čím je objekt teplejší, tím více záření vydává. Vlnová délka, na které září nejintenzivněji, se zároveň posouvá k nižším hodnotám. Viditelné světlo má vlnové délky od 400 (fialové) do 700 nanometrů (červené). Zdroj Wikimedia Commons, autor 4C, úpravy Jan Kolář, licence CC BY-SA 3.0. Wienův posunovací zákon S rostoucí teplotou zářiče se posouvá maximální hodnota spektrální hustoty zářivého toku ke kratším vlnovým délkám. b = 2,9.10-3 m.K Stefanův-Boltzmannův zákon Intenzita záření vyzařovaná absolutně černým tělesem roste úměrně čtvrté mocnině termodynamické teploty. I – celková intenzita záření (podíl výkonu a plochy) [W·m−2] s - Stefan-Boltzmannova konstanta s = 5,67.10-8 W.m-2 .K-4 T - termodynamická teplota Astonishing Astronomy 101 - Chapter 17 Rayleighův-Jeansův zákon = přibližný zákon pro záření černého tělesa platný pro dlouhé vlnové délky (rádiové vlny a mikrovlny), tj. pro energii fotonu h.ν4 << k.T. Zářivý výkon připadající na 1 m2 povrchu černého tělesa a na jednotkový interval vlnové délky, resp. frekvence, je Iλ = 2π c k T / λ4 λ ... vlnová délka záření, T ... absolutní teplota zářiče c ... rychlost světla k ... Boltzmannova konstanta Iν = 2π c k T ν2 / c2 Zásadní nesoulad s experimentem se objevuje u Rayleighova-Jeansova zákona od oblasti ultrafialového záření. S klesající vlnovou délkou by spektrální intenzita vyzařování měla růst do nekonečna a absolutně černé těleso by vydávalo tepelné záření o nekonečném výkonu (tzv. ultrafialová katastrofa). Blackbody Radiation Planckův vyzařovací zákon Záření o frekvenci f může být vyzařováno, nebo pohlcováno jen po kvantech energie o velikosti e = h . ν Planckův vyzařovací zákon vyjadřuje závislost intenzity záření absolutně černého tělesa na frekvenci ω. Infračervené záření (IR) = tepelné záření, neviditelné okem, jeho zdrojem je každé těleso které má teplotu vyšší než je absolutní nula. Při pohlcování se IR záření mění na vnitřní energii pohlcujícího tělesa (těleso se ohřívá). Oxid uhličitý nemá v základním stavu molekulový dipól. Některé vibrace molekul CO2 vytvářejí struktury s molekulovým dipólem. Z tohoto důvodu CO2 silně absorbuje infračervené záření. Podobně se chová i methan, vodní pára a další skleníkové plyny. Tyto plyny absorbují infračervené záření ze zemského povrchu a emitovat je zpět ve všech směrech. Není k dispozici žádný popis fotky. Příklad U hlavních plynů atmosféry, N2 a O2, k absorpci nedochází a záření prochází atmosférou do vesmíru. Noční vidění a termokamery Obsah obrázku snímek obrazovky Popis byl vytvořen automaticky Termografie = analýza infračervené energie vyzařované tělesem. Termografickým měřicím systémem lze zobrazit teplotní pole na povrchu sledovaného objektu. Infračervené záření je pro lidské oko neviditelné, proto se termovizní snímky vizualizují za použití okem viditelných palet, které přiřazují barvu různým teplotám (různému množství tepelného toku). Detekce infračerveného záření u hadů Zmije, krajty a hroznýši mají na tváři otvory, tzv. jamkové orgány, které obsahují membránu schopnou detekovat infračervené záření až do vzdálenosti jednoho metru. V noci umožňují hadům "vidět" obraz predátora nebo kořisti (podobně jako infračervená kamera). ESA - Mosquito habitat mapping service vampire bats, blood, heat sensing, infrared sensing, bats, heat, pain Upír obecný (Desmodus rotundus) - čidlo tepelného záření se nachází v čumáku upíra, anatomicky je podobné obdobnému orgánu hadů. Komár pisklavý (Culex pipiens) Dálkové ovladače vyuzitiIC1 Pasivní pohybové čidlo (PIR) detekuje pohyb lidí, zvířat a dalších objektů. Běžně se používají pro alarmy proti zlodějům a automaticky aktivovatelné světelné systémy. Circuit Diagram for IR Remote Control IR ovladač vysílá do přijímacího zařízení neviditelný světelný paprsek v infračerveném spektru (např. TV ovladač). Pohybové čidlo – jak funguje, jak zapojit | Arduino návody = elektromagnetické záření o vlnové délce kratší, než má světlo fialové barvy (λ = 390 nm). Zdrojem UV záření jsou tělesa zahřátá na velmi vysokou teplotu (hvězdy), rtuťové výbojky (horské slunce), elektrický oblouk (sváření). 2 EIT 284 Ultrafialové záření (UV) Elektrický proud v plynech – Wikipedie Attenzione, non abusate dei solarium - ACSI Fig. A1. The excitation of electrons by light. | Download ... UV-Vis Absorption Spectroscopy Type of bond Dissociation energy (eV) C=O 7.1 C=C 6.4 O−H 4.8 N−H 4.1 C−O 3.6 C−C 3.6 S−H 3.5 C−N 3.0 C−S 2.7 http://s3.postimg.org/78gdk9403/dissociationenergygraph.png = je pohlcováno obyčejným sklem Ultrafialové záření (UV) Knowledge Centre - Learn all about UV Disinfection působí jako desinfekce – ničí mikroorganismy způsobuje zánět spojivek, v menších dávkách zhnědnutí kůže a produkci vitamínu D, ve vyšších dávkách rakovinu kůže jako přirozená ochrana proti UV záření slouží ozónová vrstva Ultrafialové záření (UV) Luminescence Luminiscence Banknote glow under UV. Modern banknote with the new ... Záření o kratší vlnové délce λ vyvolává v látce určitého složení vznik záření o delší vlnové délce λ´. Luminofor = látka, u které se projevuje luminiscence (v zářivkách se s jejich pomocí UV záření rtuťové výbojky mění na viditelné). Rentgenové záření je elektromagnetické vlnění, jehož vlnové délky leží v intervalu 10-8 m až 10-12 m. Vzniká v rentgenové lampě (rentgence) při přeměně energie rychle se pohybujících elektronů na energii elektromagnetického záření Rentgenové záření schema http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/51/Rontgenbuis-draaianode.jpg/220px-Rontgenbu is-draaianode.jpg Rentgenové záření vzniká změnami elektromagnetického pole v atomovém obalu (rozměry atomu 10–8 – 10–10 m) Druhy rentgenového záření: charakteristické (čárové) brzdné (spojité) atomkr Charakteristické rentgenové záření vzniká v důsledku přeměn energie ve vnitřních slupkách elektronového obalu atomu. Spektrum má čárové a poloha spektrálních čar je pro daný prvek charakteristická Moseley's Law | Article about Moseley's Law by The Free Dictionary Moseleyho zákon Vztah mezi vlnovou délkou (frekvencí) rentgenového záření produkovaného chemickými prvky a jejich atomovým číslem. Characteristic and Continuous X-rays | Properties | Solved Problems Brzdné rentgenové záření spojite1 rtg_spoj vzniká jako důsledek náhlé změny rychlosti elektronů dopadajících na povrch kovu (anodu rentgenky). Spektrum je spojité. Vlastnosti RTG záření: ionizuje vzduch při dopadu na vhodnou látku vyvolá fluorescenci využívá se v lékařství, rentgenové defektoskopii, astronomii (zbytky supernov, neutronové hvězdy, černé díry) zdrojem záření g jsou tělesa, v jejichž atomových jádrech probíhají radioaktivní přeměny, doprovází záření b nebo a Vlastnosti g záření: nejpronikavější jaderné záření lze jej zeslabit silnou vrstvou železobetonu nebo materiálem obsahujícím jádra těžkých prvků (Pb) má silné ionizační účinky a v důsledku fotoefektu uvolňuje z látek nabité částice používá se v defektoskopii (zjišťování vad v součástkách) způsobuje genetické změny, nemoc z ozáření Gama záření Zobrazit zdrojový obrázek Světlo •Světlo (viditelné záření) je součástí spektra elektromagnetického záření, lidské oko vnímá elektromagnetické vlnění o frekvencích 7,6·1014 Hz – 3,9·1014 Hz. Bílé světlo Rychlost světla ve vakuu je c = 3·105 km·s-1, rychlost ve vzduchu je přibližně stejná jako ve vakuu. Ve vodě rychlost světla dosahuje hodnoty přibližně 225 000 km·s-1 a ve skle 200 000 – 150 000 km·s-1. Světelné spektrum je část elektromagnetického spektra, ve kterém je zobrazena závislost barev světla na vlnových délkách. Chromatické světlo: složené ze světla více vlnových délek, např. bílé světlo (složené ze sedmi barev) Monochromatické světlo: pouze jedna vlnová délka, např. laser Laser surgery ignites internal methane, burns patient down ... Soubor frekvencí elektromagnetického záření vyzařovaného látkou. a) Spojité spektrum b) Čárové spektrum c) Pásové spektrum Spectrum Emisní spektrum obsahuje elektromagnetické vlny všech vlnových délek v určitém intervalu, zdroj: rozžhavené pevné a kapalné látky(např. vlákno žárovky, roztavené kovy, …) Spojité spektrum tvořené úzkými, navzájem oddělenými spektrálními čárami o různé intenzitě, zdroj: výboj v plynu za sníženého tlaku jiskrový výboj. Čárové spektrum emisní spektrum sodíku tvořené pásy s množstvím spektrálních čar těsné blízkosti, mezi nimiž jsou temné úseky, zdroj: zářící molekuly látek. Pásové spektrum emisní spektrum směsi par kadmia, rtuti a zinku Soubor temných čar (pásů ve spojitém spektru světla), které vznikají při pohlcování záření látkou. a) Čárové spektrum b) Pásové spektrum Na rozdíl od emisních spekter nemusíme vzorek látky rozžhavit na velmi vysokou teplotu. Sloučíme-li emisní a absorpční spektrum stejné látky, získáme spektrum spojité. Absorpční spektrum Kirchhoffův zákon Fraunhoferovy čáry ve slunečním spektru jsou důsledkem absorpce světla atomy různých prvků ve sluneční atmosféře. Emisní a absorpční spektra Obsah obrázku objekt, hodiny Popis byl vytvořen automaticky http://www.astronomynotes.com/light/discretc.gif http://i298.photobucket.com/albums/mm280/msimmond/Absorption-1.gif Zdroj záření, spektrum (čárové, pásové, spojité) http://www.zarovky24.cz/wp-content/uploads/2012/02/zarovka.jpg Aditivní (součtové) - RGB Jednotlivé složky barev se sčítají a vytváří světlo větší intenzity. Smícháním dvou základních barev vznikne komplementární (doplňková) barva k třetí základní barvě. Princip aditivního míchání barev se uplatňuje na počítačových monitorech a TV obrazovkách. Míchání barev Subtraktivní (odčítací) CMYK S každou další přidanou barvou se ubírá část původního světla. Využití v barevných tiskárnách. RGB model CMYK model Zobrazit zdrojový obrázek Absorpce záření Zobrazit zdrojový obrázek Why does black colour absorb light while white colour ... Understanding Color •odražené světlo = barva předmětu •černé těleso vše pohlcuje, bílé vše odráží CeipToursScience5: UNIT 6 NATURAL SCIENCE: LIGHT Chlorofyl - způsobuje zelené zbarvení rostlin ... Příklad Lidské oko Chapter 15: Concept 15.2 Složené (fasetové) oči jsou typy očí, které jsou hlavním zrakovým orgánem u korýšů a hmyzu. Výhodou složených očí je schopnost lépe vnímat pohyb, velký zorný úhel a možnost fungování i při mikroskopické velikosti, kdy by efektivní funkci jednoduchých očí znemožnil ohyb světla na otvoru panenky. Nevýhodou složených očí je značná neostrost a mozaikovitost pohledu. DID YOU KNOW: There is a potential Pied Piper that can lure away mosquitoes and other insects SAFELY away from ourselves, our homes and the environment in which… Ommitidium Schematic Složené oči jsou složeny z ommatidií, která samostatně vnímají obraz. Každé z nich je trvale zaměřeno nepatrně jiným směrem (jedinec nemůže ovlivnit jeho zaměření). Z těchto jednotlivých obrazů pak živočich poskládá celkový obraz. Apoziční složené oko má v plášti jednotlivých ommatidiích pigmentové buňky pohlcující světlo. To znamená, že při osvětlení jednoho ommatidia nedochází k přechodu světla do sousedních ommatidií. Tento typ očí nalezneme zpravidla u denních živočichů, kteří jsou aktivní při dostatku světla. Superpoziční složené oko má pigmentu pohlcující světlo méně a při osvětlení jednoho ommatidia proniká světlo i do sousedních ommatidií, čímž dochází k zesílení světla. Pokud intenzita světla dosáhne určité (druhově rozdílné) meze, chová se superpoziční oko jako apoziční oko. Rozdíl v chování superpozičního a apozičního oka způsobuje, že u apozičního oka dopadá na jednotlivé ommatidium světlo z výrazně menšího zorného úhlu a jejich obraz je tedy výrazněji neostřejší a více mozaikovitý. Superpoziční oko poskytuje méně mozaikovitý a ostřejší obraz, což je vykoupeno větším zkreslením a zpravidla i menším počtem ommatidií. Superpoziční oko se zpravidla vyskytuje u nočních živočichů. Figure 2 Human Vision vs Bird Vision Imaging | Gatan, Inc. CMOS využívá integrovaných obvodů vysoké hustoty, umožňující umístit na čip velké množství MOS tranzistorů. Produkce těchto detektorů je sériová a levnější než u CCD prvků. Výhodou CMOS senzorů je také nízká spotřeba energie, nižší napájecí napětí a obecně jednodušší elektronika, umožňující návrh kamer s menšími rozměry. U CCD je nakumulovaný náboj přesouván přes matici Schottkyho fotodiod. Elektrony reprezentující jednotlivé pixely jsou posouvány do výstupního zesilovače, kde je elektrický náboj převeden na napětí. Výhodami tohoto detektoru oproti typu CMOS je lepší světelná citlivost, což se projeví v lepší kvalitě obrazu při špatném osvětlení. CCD senzory také dosahují vyšší rychlosti převodu signálu a výsledný obraz vykazuje relativně nízký šum. Nevýhodou těchto detektorů je vyšší cena a je složitější instalace do kamery. CCD a CMOS detektory Lambert – Beerův zákon •l = tloušťka kyvety • c = koncentrace roztoku •ε = absorpční koeficient, ε = f(λ) Zákon platí pro monochromatické světlo Illustration of the Lambert-Beer's law (Wikipedia ... ε T = transmitance A = absorbance Beer Lambert Law Pdf Jak hluboko pod mořskou hladinu je vidět? Molární absorpční koeficient mořské vody pro žluté světlo je 2.10-5 dm3.mol-1.cm-1. Člověk je schopen rozlišit objekt, pokud je poměr I/I0 větší než 0,02. log(I/I0) = - ε.d.c log(0,02) = - 2.10-5.d.55,6 d = 15 m I/I0 = 0,02 ε = 2.10-5 dm3.mol-1.cm-1 d = ? c = n/V = m/(M.V) = ρ.V/(M.V) = ρ/M = = 1000/18 = 55,6 mol.dm-3 Jaká je viditelnost v čisté atmosféře při 27 °C? Molární absorpční koeficient čistého suchého vzduchu je asi 2.10-6 dm3.mol-1.cm-1. Člověk je schopen rozlišit objekt, pokud je poměr I/I0 větší než 0,02. I/I0 = 0,02 ε = 2.10-6 dm3.mol-1.cm-1 d = ? p = 101 325 Pa T = 27 °C = 300 K c = n/V = p/(R.T) = 101325/(8,314.300) = 0,0406 mol.dm-3 log(I/I0) = - ε.d.c log(0,02) = - 2.10-6.d. 0,040 d = 209 km Příklad Příklad Zářivost Ie je rovna zářivé energii, kterou zdroj vyzáří za 1 sekundu do jednotkového prostorového úhlu Zářivá energie Ee je celková energie přenášená elektromagnetickým zářením Zářivý tok Φe je energie, kterou zdroj vyzáří za 1 sekundu Intenzita vyzařování Me je rovna zářivému toku vysílaného z plochy zdroje o obsahu 1 m2 Radiometrické veličiny charakterizují energii přenášenou zářením Fotometrické veličiny charakterizují přenos energie optického záření a jeho účinek na zrak Světelný tok Φ je intenzita zrakového vjemu normálního oka, vyvolaného energií světelné ho záření, která projde za jednotku času určitou plochou prostoru, kterým se světlo šíří Prostorový úhel Ω je vrcholový úhel, který odpovídá kuželové ploše vytínající na kulové ploše o poloměru 1m kulový vrchlík o obsahu 1m2 steradian Svítivost zdroje I je podíl části světelného toku ΔΦ, který vyzařuje bodový všesměrový zdroj do prostorového úhlu ΔΩ, a velikosti tohoto úhlu ΔΩ ΔΦ Osvětlení (intenzita osvětlení) E je podíl světelného toku ΔΦ dopadajícího na ozařovanou plochu ΔS a obsahu této plochy svítivosti zdroje I vzdálenosti od světelného zdroje r, úhlu dopadu světla na osvětlovanou plochu α závisí na: α I r Index lomu prostředí závisí na frekvenci světla. Při tzv. normální disperzi se •index lomu s rostoucí frekvencí zvětšuje. (s↑f se n↑) •rychlost světla se s rostoucí frekvencí zmenšuje (s↑f se v↓) Frekvence se nemění, mění se rychlost: λ0 – vlnová délka světla ve vakuu λ – vlnová délka světla v prostředí s indexem lomu n (λ je n-krát menší než λ0) Disperze světla a duha Disperze světla na hranolu Optický hranol | Krámek pro děti je závislost rychlosti světla v látkách na jejich frekvenci, tedy rozklad světla na barevné složky. Rozložení bílého světla na optickém hranolu: hranolové spektrum červená oranžová žlutá zelená modrá fialová Nejméně se láme červené světlo. Nejvíce fialové světlo. odchylka DISPERZE SVĚTLA DISPERZE SVĚTLA Světla různých frekvencí (různých barev) se v daném prostředí šíří různou rychlostí, proto mají i jiné indexy lomů. Monofrekvenční světla nelze dále rozložit. Barvy nejsou rozloženy rovnoměrně. (červená dlouhovlnná část je nahuštěná…) φ – lámavý úhel, svírají plochy, na nichž dochází k lomu SPEKTRÁLNÍ ANALÝZA metoda studia chemického složení látek, která je založena na poznatku, že poloha čar ve spektru umožňuje přesně určit obsah chemických prvků ve zkoumané látce - zjišťuje vlnové délky světla, které vyzařuje určitý zdroj. - používá: spektroskop rozloží složené světlo na jednotlivé barvy spektroskop2 1319 Vzniká rozkladem bílého slunečního světla na vodních kapkách. Je-li kapek mnoho, a jsou ve stejné úhlové vzdálenosti od slunce, jeví se duha jako kruhový útvar. Jak vzniká duha? - Počasí Duha How Rainbow is Formed? The Rainbow Mechanism •mnoho pravidelně se opakujících štěrbin. •d (b) ... perioda mřížky (mřížková konstanta) - vzdálenost dvou sousedních štěrbin •více štěrbin => užší intenzivnější maxima •větší λ => větší ohyb = větší úhel pro dané maximum ... opačně než u lomu •bílé světlo se rozloží - nejmíň se ohne fialová, nejvíc červená •užití ... mřížkový spektroskop spektrum vodíku rtuti neonu Soaps and detergents are both types of salts. State the ... Psychedelic Colors in a Soap Bubble | Rajat Gupta Photography Interference na tenké vrstvě What is thin film interference? What gives the color to ... What are the conditions for interference of light? What ... Thin-film interference - Wikipedia Naše oko nerozliší polarizované světlo od nepolarizovaného. Někteří živočichové ano (včely). Vysvětlení principu šíření světla optickými vlákny Polarizace odrazem a lomem Jestliže nepolarizované světlo dopadá pod určitým úhlem na skleněnou desku, polarizuje se tak, že v odraženém světle vektor E kmitá převážně kolmo k rovině dopadu (v přímce rovnoběžné s rovinou rozhraní) Polarizace dvojlomem Některé látky (islandský vápenec) jsou z hlediska šíření světla anizotropní (světlo se v nich nešíří v různých směrech stejnou rychlostí). V látkách dochází k dvojlomu: paprsek se na rozhraní s krystalem dělí na dva: řádný a mimořádný, které jsou oba lineárně polarizované, ale jejich vektory E kmitají v rovinách navzájem kolmých. Polarizační filtry a brýle Odstraňují odražené polarizované světlo. Jsou ideální pro zvýraznění barev, kontrastu a odstranění odlesků od nekovových předmětů. Fotoelasticimetrie mechanické napětí ovlivňuje uspořádání atomů a tím i (an)izotropii látky. Řádný a mimořádný paprsek se skládají a vzniká interferenční obrazec (místa stejné barvy = stejné napětí). Bee Save Movement - Bees navigate by the sun, so how do they manage when it's cloudy? 🐝🌞🌥 Bees' eyes can see the orientation of polarised light. Because sunlight passing through the Molekuly ve vzduchu způsobují rozptyl slunečního záření za vzniku polarizovaného světla. To včelám umožňuje navigaci i když je zataženo. Polarimetrie (2. LF UK) – WikiSkripta ELUC Optická aktivita látek 14. Vlnová optika II. Polarizace světla Polarimetr je přístroj určený k měření úhlu otočení roviny polarizovaného světla při průchodu opticky aktivní látkou. Slouží k měření optické otáčivosti látek nebo jejich roztoků. Polarimetr Pockelsův jev = vznik dvojlomu vlivem elektrického pole v původně opticky izotropních látkách. Indukovaný dvojlom je úměrný vlnové délce a čtverci intenzity elektrického pole. V případě lineární závislosti hovoříme o lineárním elektrooptickém jevu a v případě kvadratické závislosti hovoříme o kvadratickém elektrooptickém jevu též Kerrově jevu. Pockelsova jevu se využívá v elektrooptických modulátorech, závěrkách i při konstrukci fázových destiček. Kerrova jevu v rychlé elektrooptické uzávěrce (tzv. Kerrově článku). Kerr Effect Apparatus Pockelsův a Kerrův jev