Најважније из лекције
Апсорпција: Смањење интензитета светлости кроз средину, праћено Ламбер–Беровим законом \(I = I_0 e^{-kl}\).
Расејање: Расипање светлости у нехомогеним срединама (мутноћа) праћено екстинкцијом \(I = I_0 e^{-(k+k')l}\).
Боја предмета: Резултат селективне рефлексије и апсорпције таласних дужина светлости.
Холографија: Снимање пуне 3D информације таласа (интензитет и фаза) уз помоћ ласерске интерференције.
Расејање: Расипање светлости у нехомогеним срединама (мутноћа) праћено екстинкцијом \(I = I_0 e^{-(k+k')l}\).
Боја предмета: Резултат селективне рефлексије и апсорпције таласних дужина светлости.
Холографија: Снимање пуне 3D информације таласа (интензитет и фаза) уз помоћ ласерске интерференције.
Апсорпција је смањење интензитета светлости при проласку кроз супстанцијалну средину, услед предаје светлосне енергије електронима (побуђивање атома, топлота).
\[ \Delta I = -k I \Delta l \]
Промена интензитета светлости (\(\Delta I\)) сразмерна је упадном интензитету (\(I\)) и дебљини слоја (\(\Delta l\)). Знак минус означава опадање интензитета.
\[ I = I_0 e^{-kl} \]
Ламбер–Беров закон: \(I_0\) – почетни интензитет светлости, \(I\) – пропуштени интензитет, \(l\) – дебљина апсорбера, \(k\) – коефицијент апсорпције.
Коефицијент апсорпције (\(k\)) зависи од својстава средине и таласне дужине светлости (\(\lambda\)).
Вредност \(k\) за метале износи око \(10^5 \text{ cm}^{-1}\) (непрозрачни због слободних електрона и индукованих струја), док за стакло износи приближно \(10^{-2} \text{ cm}^{-1}\).
Светлосни сноп почетног интензитета \(I_0\) пролази кроз материјал дебљине \(l_1\). Како ће се променити интензитет светлости на излазу ако се дебљина слоја материјала повећа?
Према Ламбер–Беровом закону \(I = I_0 e^{-kl}\), зависност је експоненцијално опадајућа. Са повећањем дебљине слоја \(l\), интензитет пропуштене светлости \(I\) експоненцијално опада.
Расејање (дифузија) светлости је прерасподела и расипање светлости по свим правцима у простору.
Хомогене средине: Секундарни таласи интерференцијом поништавају једни друге у свим правцима осим у правцу простирања, па нема расејања.
Нехомогене (мутне) средине: У магли, диму или емулзијама не долази до поништавања секундарних таласа, па се светлост шири у свим правцима.
Нехомогене (мутне) средине: У магли, диму или емулзијама не долази до поништавања секундарних таласа, па се светлост шири у свим правцима.
\[ I = I_0 e^{-(k + k')l} \]
\(k'\) представља коефицијент екстинкције (карактерише губитке услед расејања светлости).
Плаветнило дневног неба и црвена боја неба при заласку Сунца последица су расејања сунчеве светлости на слојевима атмосферског ваздуха.
Предмети немају сопствену боју; доживљај боје зависи од тога које таласне дужине упадног спектра материјал апсорбује, а које рефлектује до ока посматрача.
Рефлектује све таласне дужине видљиве светлости.
Апсорбује све таласне дужине видљиве светлости.
Апсорбује све таласне дужине, а рефлектује само оне које одговарају црвеној боји.
Инфрацрвени зраци: Хершелов оглед је показао да се иза црвеног дела спектра налази невидљиво зрачење са израженим топлотним дејством (инфрацрвено зрачење).
Холографија је метода добијања и репродукције 3D слика помоћу интерференције кохерентне ласерске светлости.
За разлику од обичне фотографије која бележи само интензитет зрака, холограм на фотографској плочи бележи и фазе и смерове таласа.
Холограми се користе као елементи заштите на новчаницама, платним картицама и вредносним документима од фалсификовања.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Зашто лишће биљака на сунчевој светлости видимо као зелено, а у потпуном мраку га не видимо?
Хлорофил у лишћу апсорбује остале делове спектра беле светлости, а одбија (рефлектује) зелену таласну дужину која долази до нашег ока. Тела немају сопствену боју, па у мраку (без упадног светла) нема ни рефлексије.
Задатак 2 (средњи): Колики је интензитет монохроматске светлости након проласка кроз апсорбер дебљине \(l = 2\text{ cm}\), ако је почетни интензитет \(I_0 = 100\text{ W/m}^2\), а коефицијент апсорпције средине \(k = 0{,}5\text{ cm}^{-1}\)? (Занемарити расејање).
Применом Ламбер–Беровог закона:
\[ I = I_0 e^{-kl} \]
\[ I = 100 \cdot e^{-0{,}5 \cdot 2} = 100 \cdot e^{-1} \approx 100 \cdot 0{,}368 = 36{,}8\text{ W/m}^2 \]
Задатак 3 (средњи): Зашто је коефицијент апсорпције метала (\(\sim 10^5\text{ cm}^{-1}\)) знатно већи од коефицијента апсорпције диелектрика попут стакла (\(\sim 10^{-2}\text{ cm}^{-1}\))?
У металима постоји велика концентрација слободних електрона. Под утицајем електричног поља светлосног таласа, слободни електрони формирају високофреквентне струје, при чему се енергија светлости веома брзо претвара у унутрашњу (топлотну) енергију метала.
Задатак 4 (тежак): Светлост пролази кроз нехомогену средину у којој постоји и апсорпција и расејање. Ако су коефицијент апсорпције \(k\) и коефицијент екстинкције \(k'\) једнаки, за колико ће опадање интензитета бити брже у односу на случај када постоји само чиста апсорпција?
Интензитет са расејањем опада по закону:
\[ I = I_0 e^{-(k+k')l} \]
Како је \(k' = k\), укупни експонент је \(-2kl\), односно:
\[ I = I_0 e^{-2kl} = I_0 (e^{-kl})^2 \]
Интензитет опада знатно брже јер збирни коефицијент слабљења износи \(2k\), што значи да се иста фракција слабљења постиже на двоструко мањој дебљини слоја.
