OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

OPTIKA

Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok

Dr. Seres István

OPTIKA – mechatronika szak.

Fénykibocsátás mechanizmusa, fényforrás típusok

Bohr modell Niels Bohr (1922)  Rutherford felfedezte az atommagot, és

Niels Bohr

igazolta, hogy negatív töltésű elektronok keringenek körülötte.  Bohr ezt azzal egészítette ki, hogy az elektronok csak bizonyos pályákon keringhetnek. Igazolta, hogy a külső pályákon több elektron lehet mind a belsőkön, és hogy a külső pályák határozzák meg a kémiai tulajdonságokat.  1922-ben Nobel díjat kapott az atom struktúrájának meghatározásában végzett munkájáért.

Seres István

2

http://fft.szie.hu



Bohr modell Elektron energiaszintek az atomban: H atom

E0

E (n )

n

2

H atomra (Z=1): E0

Seres István

2 . 18

10

18

J

13 . 6 eV

3

http://fft.szie.hu



Bohr modell Mennyi energiát kell egy elektronnal közölni, hogy az E 1 energiaszintről az E3 energiaszintre ugorhasson? (Ugyanennyi energiát ad le, amikor visszatér alapállapotba)

E

E3

(1 eV

Seres István

E1

1,6 10

E0 -19

1

1

2

2

3

1

13 . 6

1

1

2

2

3

1

12 . 1 eV

J)

4

http://fft.szie.hu



Bohr modell Mikor bocsát ki elektromágneses hullámot (pl. fényt) az atom?

Ha az elektronja gerjesztett állapotból visszatér alapállapotba. Gerjesztési módok: •Termikus gerjesztés (izzószál) •Ütközési gerjesztés (fénycső, kompakt fénycső)

Seres István

5

http://fft.szie.hu



Planck Planck-féle kvantumfeltétel: Egy foton energiája

= hf Planck állandó

Frekvencia

(6.63 x 10-34 J s)

Seres István

(Hz)

6

http://fft.szie.hu



Bohr modell és Planck feltétel együtt

Energiaszintek közötti különbség megegyezik a kibocsátott energiával:

E

E0

1 n

1

2

m

hf

2

Innét a kibocsátott frekvencia:

f

E0

1

h Seres István

n 7

2

1 m

2

http://fft.szie.hu

Folytonos színkép (izzó fémek, pl. izzólámpa) Fehér fény



Vörös Rés Prizma

Fényforrás

Seres István

Ibolya

Ernyő

8

http://fft.szie.hu

Vonalas színkép (izzó gázok) Atom által kibocsátott spektrum (pl. izzó gáz)



Rés Prizma

Atomi fényforrás

Seres István

Ernyő

9

http://fft.szie.hu



Hidrogén spektruma a Bohr modell alapján

A Hidrogén spektruma

434.0 nm

410.1 nm Seres István

486.1 nm

656.3 nm 10

http://fft.szie.hu


A látható fény tartományába eső színképvonalakat Balmer sorozatnak nevezzük. 6 5 4

3

Energia



2

1 Ultraibolya Lyman

Seres István

Látható Balmer 11

Infravörös Paschen

n

http://fft.szie.hu




Seres István

12

http://fft.szie.hu



Emissziós színképek Hélium

Oxigén

Xenon

Seres István

13

http://fft.szie.hu



Xenon emissziós színképe

Seres István

14

http://fft.szie.hu



Színkép elemzés

Seres István

Folytonos színkép

Emissziós színkép (hidrogén gáz)

Abszorpciós színkép (hidrogén gáz)

15

http://fft.szie.hu



Színkép elemzés

Seres István

A Nap színképe

16

http://fft.szie.hu


Fénykibocsátás mechanizmusa, fényforrás típusok Színkép elemzés

Seres István

A Nap színképe

17

http://fft.szie.hu


Fénykibocsátás mechanizmusa, fényforrás típusok Színkép elemzés

Seres István

Üstökös színképe

18

http://fft.szie.hu



Színkép elemzés – Doppler effektus

Seres István

19

http://fft.szie.hu



Színkép elemzés – Doppler effektus

Seres István

20

http://fft.szie.hu



Elmélet: abszolút fekete test Definíció: minden ráeső sugárzást elnyel. modellje: üreg

Seres István

21

http://fft.szie.hu



Elmélet: Planck-féle sugárzási törvény T hőmérsékletű testegységnyi felületéről időegység alatt kisugárzott energia :

J

,T

Seres István

2 hc

2

1 hc

5

e

kT

1

22

http://fft.szie.hu



Elmélet: Planck-féle sugárzási törvény hc

Ha e 1 , akkor a törvény az alábbi alakot veszi fel: kT

C2

J

,T d

C1

5

e

T

d

/Az eltérés < 1%, ha T < 3000 m∙K/

Seres István

23

http://fft.szie.hu



Elmélet: Planck-féle sugárzási törvény C2

J

,T d

C1

5

T

e

d

Hol van (mekkora esetén) a függvény maximuma? /Ahol a deriváltja nulla/ C2

d (J

,T ) d

Seres István

5

d (C 1

e

T

)

0

d

24

http://fft.szie.hu



Elmélet: Wien-féle eltolódási törvény Hol van (mekkora esetén) a függvény maximuma? /Ahol a deriváltja nulla/ C2

d (J

,T ) d

e

T

)

d

C2

C1

C1

C

6

e

T

6

5

C2

T Seres István

5

d (C1

e

C2

5

C2 5

T

e

T

C2 2

0

T

0

T

2 ,898 10 25

3

mK http://fft.szie.hu



Elmélet: Wien-féle eltolódási törvény T

5C 2

2 ,8978 10

3

mK

•Melegített vas színe változik •Kék színű csillagok melegebbek Seres István

26

http://fft.szie.hu

Fényforrások Természetes fény Nap spektruma: (T ~ 5800 K) max

T

2 ,898 10

3

mK

Besugárzási intenzitás (W/m2 m)



A légkörön kívül

A felszínen

Hullámhossz ( m)

max

5∙10-7 m = 500 nm

Seres István

27

http://fft.szie.hu



Fényforrások Izzószálas égő

Fekete test sugárzása: Wien-féle eltolódási törvény max

T

2 ,898 10

3

mK

http://www.egglescliffe.org.uk/physics/astronomy/blackbody/Image21b.gif

Seres István

28

http://fft.szie.hu



Fényforrások Fénycső, kompakt fénycső Ütközési gerjesztés a nagy feszültégre gyorsított gázionok segítségével beépített transzformátor Fénycső: 50 Hz villog!!! Kompakt fénycső 30 000 Hz egyenletes fény Fénycsövek színe fényporozás nélkül

Neon Seres István

Hélium

Xenon 29

Kripton

Argon

http://fft.szie.hu



Fényforrások LED pn átmenet nyitóirányú kapcsolása A rekombinálódó elektronok a felesleges energiájukat fotonok formájában adják le. http://www.hazi-mozi.hu/cikkshow.php?aid=3&cid=678

Seres István

30

http://fft.szie.hu



Fényforrások LED

LED lámpák színskála lefedettsége.

http://www.hazi-mozi.hu/cikkshow.php?aid=3&cid=678

Seres István

31

http://fft.szie.hu



Fényforrások Lézer

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Seres István

32

http://fft.szie.hu



Fényforrások Lézer Spontán és indukált emisszió

Normál populáció, Inverz populáció tükörrezonátor http://www.mozaik.info.hu/mozaweb/feny/FY_lezer.htm

Seres István

33

http://fft.szie.hu



Fényforrások He-Ne Lézer Normál populáció, Inverz populáció

Seres István

tükörrezonátor

34

http://fft.szie.hu



Fényforrások félvezető lézer

Seres István

35

http://fft.szie.hu



Fényforrások Lézerfény tulajdonságai •Monokromatikus (1 színképvonal) •Koherens •párhuzamos nyaláb •Nagy energiasűrűség

Seres István

36

http://fft.szie.hu



Lézerfény hatásai •Hőhatás, ionizáció, fluoreszcencia, fotokémiai reakciók elsősorban a hőhatás elvén működnek: Például a CO2 lézer: vízben szinte tökéletesen elnyelődő 10.6 m –es infravörös

a kék vagy zöld színű argonlézer csak a pigmentált részen nyelődik el. a szem részein minden károsító hatás nélkül keresztülhalad, ugyanakkor az erősen pigmentált retina

elnyeli. Seres István

37

http://fft.szie.hu



Holográfia

Seres István

38

http://fft.szie.hu

OPTIKA – mechatronika szak. Seres István


Folytatás a következő héten!

39

http://fft.szie.hu

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Recommend Documents