Meid ümbritsevad elektromagnetlained - kosmiline kiirgus - UV

Παρουσίαση με θέμα: "Meid ümbritsevad elektromagnetlained - kosmiline kiirgus - UV"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Meid ümbritsevad elektromagnetlained - kosmiline kiirgus - UV - nähtav valgus - IP - mikrolained - raadiolained helilained, müra ja muusika merelained seismilised lained

2 Elektromagnetlained Kui elektrilaengut omav osake on paigal, siis tekitab ta enda ümber elektrivälja. Kui laetud osake liigub ühtlaselt, siis tekitab ta enda ümber ka magnetvälja. Kui laetud osake liigub kiirendusega, siis tekitab ta elektromagnetlaineid ehk elektromagnetilise (EM) kiirguse, mis kannab energiat osakesest eemale. Seega EM kiirgus on tingitud muutuvast elektri- ja magnetväljast. Kuna võnkuvaks “objektiks” on elektriväli ja magnetväli, mis võnguvad nii teineteise kui ka laine levimise suuna suhtes ristuvates sihtides, siis ei vaja EM lained levimiseks elastset keskkonda ja saavad levida ka vaakumis valguse kiirusega, (absoluutkiirusega) milleks on c = m/s.

3 Plancki-Einsteini valemiga:
EM laine levimise kiirus c, sagedus f ja lainepikkus  on lainemudelis seotud valemiga Osakese-mudeli kohaselt toimub EML kiirgamine ja neeldumine portsjonite ehk footonite kaupa. Footoni energia E ja talle vastava EM-laine sagedus f on seotud Plancki-Einsteini valemiga: kus h on Plancki konstant, λ on lainepikkus ja c on valguse kiirus. Osake-laine on ette kujutatav kui suure arvu lähedase lainepikkusega (alternatiiv: lähedase sagedusega) lainete summa ehk lainepakett.

4 Kus liiguvad elektriliselt laetud osakesed kiirendusega?
Klaastorus, kus katoodi ja anoodi vahele rakendatakse kõrge pinge, kiirendatakse elektrone suure energiani ja kui need tabavad anoodi või seadme korpust, tekib kõrvalmõjuna röntgenikiirgus. Mikrolaineahju magnetronis hõõgkatoodi ja anoodi vahel mõjub elektronidele lisaks elektriväljale ka ristsuunaline magnetväli. Paljud resonaatorid moodustavad võnkesüsteemi. Antennis, mis muundab kõrgsagedusliku vahelduvvoolu energia EM lainete energiaks raadiosignaali saatmisel. Vahelduvvool tekitab antenni ümber võnkuva elektrivälja, millega kaasneb ristuval tasandil võnkuv magnetväli. Need ajas muutuvad väljad kiirgavad EM lainetena antennist ruumi.

5 Kus liiguvad laetud osakesed kiirendusega?
Kõik kehad, kui nende absoluutne temperatuur T > 0 K, kiirgavad EM laineid ja seda kiirgust nimetatakse soojuskiirguseks. Kuni 1000°C kuumutatud kehad kiirgavad põhiliselt infrapunases spektriosas, kõrgemal temperatuuril aga ka silmale nähtavat valgust ja ultraviolettkiirgust. Kõrge temperatuuri või aatomite kokkupõrke tõttu lisaenergiat saanud elektronid “hüppavad” kõrgemale vabale nivoole. Kuid kuna vabanenud koht madalamal nivool on madalama potentsiaalse energiaga, ta ei jää tühjaks. Elektronil, mis tuleb tagasi madalamale nivoole, tuleb lisaenergia ära anda valguskvanti kiirates.

6 Lainete peegeldumine Peegeldumine on nähtus, mille korral valguse, aga ka mistahes muu laine langemisel kahe keskkonna lahutuspinnale, osa lainest pöördub esialgsesse keskkonda tagasi. Absoluutse peegeldumise korral pöördub tagasi 100 % laine poolt kantavast energiast. Reaalsetes tingimustes osa lainest tungib teise keskkonda (murdub) ning osa neeldub. Neeldumisel muundub laine energia tavaliselt soojuseks.  Suhet, mis näitab, kui suur osa pinnale langevast energiast tagasi peegeldub, nimetatakse pinna peegeldumisteguriks ehk albeedoks.  Erinevate ainete peegeldumistegur jääb vahemikku % ja võib olla väga erinev.  Siledalt pinnalt peegeldumisel kehtib peegeldumisseadus:  kiirguse peegeldumisnurk on võrdne langemisnurgaga. Kui pind on konarlik ja konaruste tüüpiline suurus on võrreldav lainepikkusega, siis toimub peegeldumine kõikvõimalikes suundades ehk toimub hajumine.

7 Lainete difraktsiooniks nimetatakse lainete kõrvalekaldumist
sirgjoonelisest levimisest ehk lainete “paindumist” tõkete taha. Esineb kõiki tüüpi lainete puhul, k.a helilainete, vee lainete, elektromagnetlainete, näiteks nähtava valguse ja raadiolainete korral. Iga lainefrondi punkt uueks sfäärilise sekundaarlaine allikaks. Laine levimisteekonna muutus igas järgnevad alampunktis on nende sekundaarlainete summa. Vastavate lainete summa on kindlaks määratud nende suhteliste faaside ja osalainete amplituudidega, nii et summeeritud amplituudi väärtus võib varieeruda nullist kuni osalainete üksikute amplituudide summani. Punktidest A ja B lähtuvad elementaarlained tugevndavad üksteist punktis C ja nõrgendavad punktis D üksteist.

8 Lainete interferents Interferents on lainete liitumise nähtus, kus kahe laine liitumisel saadakse uus laine, mille amplituud on suurem või väiksem. Üldjuhul mõeldakse interferentsi all selliste lainete liitumist, mis on üksteisega seotud või koherentsed. Selle jaoks peavad lained tulema samast allikast või olema lähedase sagedusega. Interferentsi nähtust võib jälgida nii valgus-, raadio-, heli- kui ka veelainete korral. Toimub lainete energia ümberjaotumine ruumis.

9 Ristlainete polarisatsioon
Elektrivälja vektori ja valguse levimissuunaga määratud tasandit nimetatakse valguse võnketasandiks.  Lained, millel on eelistatud võnkumissuund, on polariseeritud lained. Elektrivälja vektori otspunkt saab ajas edasi liikuda mööda ajateljega risti olevat sigrjoont, ringjoont ja ellipsit. Vastavad lained on lineaarselt-, ring- või elliptiliselt polariseeritud. Iga üksiku aatomi poolt kiiratav lainejada on polariseeritud ühes kindlas tasandis. Loomulik valgus ei ole polariseeritud. Kuid ta polariseerub (ehk pöörab võnketasandit) peegeldumisel läbipaistvatelt dielektrikutelt või neeldumisel kristallides.

10 Optiliselt aktiivsed ained
Optiliselt aktiivsed ained pööravad neid läbiva juba polariseeritud valguse võnketasandit. Enantiomeeridel on võime pöörata neid läbiva polariseeritud valguse polarisatsioonitasandit vastupidistes suundades. Kõik polümeerid, mis koosnevad optiliselt aktiivsetest monomeeridest, on omakorda optiliselt aktiivsed. Kõik valgud koosnevad eranditult L-aminohapetest ja polüsahhariidid D-süsivesikutest. Valkude eripöörang on alati negatiivne vahemikus -30º kuni -60º. Organism ei omasta valke, mis on kunstlikult sünteesitud D-aminohapetest. Aja jooksul võivad aminohapete optilised isomeerid iseeneselikult muunduda. Puhas L- või D- isomeer muundub isomeeride ekvimolaarseks seguks. Näiteks dentiinis (hamba i valk) sisalduv L-aspartaat ratsemiseerub kiirusega 0.1% aastas. Lastel kasvavate hammaste dentiinis on ainult L-aspartaat. Vanema inimese vanust saab määrata (1 aasta täpsusega), analüüsides hamba i aspartaadi L/D isomeeride suhet.

11 Polaroidprillid. Polaroidprillide klaasid koosnevad erilisest kolmekihilisest polaroidplastikust. Polaroidid on ühesuguse tumedusega nii väljas kui ka ruumis. Läbi polaroidide vaadates tunduvad asjad natuke tumedamatena, sest nad neelavad osa valgusest. Polaroidprillid on eriti head tasapinnalt peegeldunud valguse elimineerimiseks. Selle omaduse tõttu on polaroidprillid hinnatud autojuhtide, kalameeste ja mägedes suusatajate hulgas. 3D-kino Esimesed katsed kasutada polariseeritud valgust kinematograafias algasid a. Inglismaal. Tulemusena valmis aastal Itaalias esimene stereofilm arvestusega, et vaataja kasutab prille, kus vasaku ja parema silma klaasid lasevad läbi valgust erineva polarisatsiooniga. Selliseid võtteid filmitakse kahe teineteise kõrval paikneva kaameraga, mis tekitavad veidi erinevad kujutised nagu meie silmadki ja salvestatakse kahele filmilindile. Need filmid projitseeritakse kahe projektori abil ühele ja samale ekraanile. Vasakpoolse projektori ette pannakse polarisatsioonifilter, mis laseb läbi ainult horisontaalsihis võnkuvaid laineid, parempoolse ette aga filter, mis laseb läbi ainult vertikaalsihis võnkuvaid valguslaineid. Samasuguste filtritega on varustatud ka filmi vaataja prillid. Selle tagajärjel näeb vasak silm vasaku projektoriga tekitatud pilti ja parem silm parema projektoriga tekitatud pilti. Meie silm tajub mõlema projektori valgust ühtemoodi ja aju ühendab erinevad kujutised ruumiliseks pildiks.

12 Vedelkristallkuvarid
Vedelkristallkuvareid ehk LCD’sid (Liquid Crystal Display) kasutatakse paljudes erinevates seadmetes nagu arvuti kuvarid, televiisorid, seadmete infotablood, elektroonilised mängud, kellad, kalkulaatorid ja mobiiltelefonid. Vedelkristallid on piklike molekulidega orgaanilised ained, mis on laias temperatuurivahemikus (-20°C kuni 70°C) vedel-kristallilises olekus. Nendel ainetel on samaaegselt nii vedelike (voolavus) kui ka kristallide (molekulide orienteeritud asetus) omadused. Eriti oluline on nende kristallikihi läbipaistvuse sõltuvus molekulide asetusest e. orientatsioonist. Kuna molekulide orientatsioon on elektriväljaga muudetav, siis on elektri- signaalidega võimalik mõjutada vedelkristallikihi läbipaistvust. Vedelkristallid ise valgust ei kiirga. LCD-ekraanides on vedelkristalliline aine paigutatud õhukeste 0,5 – 0,7 mm klaasplaatide vahele. Mõlema klaasplaadi sisepind on töödeldud selliselt, et kõik pinnaga külgnevad molekulid on orienteeritud ühesuunaliselt. Kuna vastaspindade molekulide orientatsioonid on 90° pööratud, siis ka molekulide suund kihtide kaupa pöördub. Kummagi pinna vastas on polarisatsioonikile, mis laseb talle langevast valgusest ainult teatud kindlas tasandis võnkuva valguse läbi. Kui pildielemendi (vedelkristalli) elektroodid on pingestamata, siis polarisatsioonitasandite sihid ühtivad kristallimolekulide pikitelgedega ja valgus läbib nii polarisaatoreid kui ka vedelkristalli kihte – tekib hele kujutiselement. Kui pildielemendi elektroodid pingestada, pöörduvad kõik molekulid piki elektrivälja, valgus neeldub vedelkristallis ning tekib tume kujutiselement.

13 Dispersioon. Valguse murdumine sõltub lainepikkusest:
Dispersiooniks nimetatakse valguse murdumisnäitaja sõltuvust sagedusest (lainepikkusest). Seda põhjustab valguse elektromagnetlainete vastastikmõju aines esinevate dipoolidega. Nähtava valguse diapasoonis võib seda kirjeldada nõnda, et normaali suhtes nurga all ainele langenud valguse punasele värvusele vastava sagedusega valguskiir murdub kõige vähem ja violetsele värvusele vastava sagedusega kiir murdub rohkem ehk pikema lainepikkusega valguskiir murdub vähem kui lühema lainepikkusega valguskiir. Punane valgus murdub keskkonnas vähem kui sinine. Optilistes spektromeetrites kasutakse valguse diffraktsiooni ja dispersiooni

14 Dispersioon + interferents

15 Miks on seebimullid värvilised?
Miks värvus muutub, kui te pead liigutate? Käiguvahe on võrdeline seebikile paksusega ja pöördvõrdeline lainepikkusega