Fénytechnika A fény
Dr. Wenzel Klára egyetemi magántanár Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Budapest, 2013.
A fénnyel kapcsolatos szabványok Az elektromágnenes spektrum: • MSZ 9620
Fénytechnikai Terminológia
• EN 12665 Light and Lighting - Basic terms and criteria for specifying requirements • CIE Comission Internationale d’Éclairage
A fény elektromágneses hullám Az elektromágnenes spektrum:
Az UV és az IR tartomány felosztása
Az elektromágneses hullámok transzverzális sinhullámok
• • • • • •
λ, nm , 1/sec a x y c, m/sec
a hullámhossz a frekvencia az intenzitás a terjedés iránya a hullámjelenség síkja a fénysebesség
c=
*λ
Az elektromos térerősség és a mágneses térerősség két, egymásra merőleges síkban rezeg
Az elektromos (E) és a mágneses (H) komponens
ω k z x, y
körfrekvencia egész szám a terjedés iránya a rezgések síkja
A fény formái a fényhullámok rendezettsége szerint: Hullámhossz tartomány szerint fehér (Az egész látható tartományban azonos intenzitású) széles sávú, színes (a hullámhossz mentén változó intenzitású) monokromatikus (csak azonos hullámhosszúságú fénysugarakat tartalmaz) Polarizációs állapot szerint polarizálatlan síkban polarizált cirkulárisan polarizált A hullámfrontok rendezettsége szerint rendezetlen koherens (minden fénysugár hullámhossza és fázis helyzete azonos)
A félérték-szélesség
A síkbeli és a cirkuláris polarizáció
A tükör-törvény
A fény részleges polarizálása tükrökkel
A Brewster-szög • A Brewster-szögben beeső nyaláb polarizációja maximális
•A
Folytonos és vonalas spektrum
• A Fraunhofer-vonalak – Nagy betűk: abszorbciós vonalak a Nap színképében – Kis betűk: emissziós vonalak a Nap színképében
A fény részecske is (foton): Összefüggés a fény-kvantum és a fény-hullám között: E = h* joule sec h=6.626*10-34, joulesec
fény-kvantum, azaz a foton energiája A fény-hullám frekvenciája A Planck-állandó
Összefüggés a hullámhossz és a frekvencia között: c=
km/sec
c ,m
A fény sebessége A hullámhossz
Az elektromágneses spektrum jellemzői (hulláhossz, frekvencia, energia)
A foton energiája:
A fény és az anyag A fény sebessége n-szer kisebb az anyagokban, mint vákuumban Néhány anyag törésmutatója: vákuum 1,000 ZnSiO41,9 (cirkónium) levegő 1,0003 SiO 2,0 víz 1,3 ZnS 2,3 MgF2 1,384 gyémánt 2,4 SiO2 1,4 TiO2 2,6 (rutil) üveg 1,5 Sb2S3 3,2 Al2O3 1,66 GaAs 3,5
A Schnellius-Descartes törési törvény
α α’ n > n’
beesési szög törési szög törésmutató
A törésmutató megmutatja, hogy a fény sebessége mennyivel kisebb egy adott anyagban, mint vákuumban:
n=c/c0
A totálreflexió A totálreflexió határszöge:
•A
h
A fény szóródása füstön
•A
A Rayleigh-szórás
A fény szóródás a szóró anyag
szemcseméretének függvényében Jellegzetes tartományok:
a Rayleigh szórás r<0.03 m (Pl. gáz molekulák) A kék szín szóródik legjobban
b Mie szórás vagy Tyndall szórás vagy "Sárga Hold" jelenség r<0.5 m (Pl. makro molekulák) A kék és zöld szóródik legjobban
c "Kék Hold" jelenség r>0.5 m (Pl. vulkáni hamu részecskék) A vörös és zöld szóródik legjobban
d "Fehér szórás"
A fény szóródása a szóró részecskék r mérete függvényében
r>1 m (pl. pára, köd, hó- és jég kristályok) Minden szín egyformán szóródik (Horváth Gábor: Fényszóródás a természetben, A természet világa, 1986)
Szórásképek
A fény elnyelés mérése
A fény diszperziója
A Snellius-Descartes törvény
A törésmutató a hullámhossz függvénye
a beesési szög a’ törési szög
n > n’ törésmutató
hullámhossz n
a törésmutató
A diszperzió: A törési szög a hullámhosszal változik Jellemzője: az Abbe-szám ( )
A fény, mint információ hordozó Az információ olyan jelsorozatok által hordozott hír, mely egy rendszer számára új ismeretet jelent. A fény információ hordozására alkalmas tulajdonságai: •Hullámhossz (szín) •Frekvencia (frekvencia moduláció) •Intenzitás (intenzitás moduláció) •Polarizációs állapot •Kép •Kép által hordozott jelentés (pl. betűk)
VÉGE
A • A
•A
A • A
•A
A • A
•A
A • A
•A
A • A
•A
A • A
•A
A • A
•A
