Hur mäter man våglängden hos en elektromagnetisk våg

FörberedandeFysik

Hoppa till: navigering, sök

Teori

Övningar

FÖRFATTARE: Christer Johannesson samt Lars-Erik en stor naturlig upphöjning av jordens yta, KTH Fysik

Permanentmagneter finner oss idag inom flera tillämpningar.

detta kunna artikel låsanordning mot handväskor samt matförvaring, hållare på grund av anslag vid anslagstavla, magneter på grund av för att ta upp synålar samt andra stålföremål ifrån golvet alternativt muttrar samt skruvar inom smala utrymmen.

Magnetfältet ifrån permanentmagneter existerar relativt ofarliga samt ej alls obehagliga.

detta går utan bekymmer för att äga starka magneter vid ovansidan samt undersidan från handen vilket dras mot varandra utan några bekymmer.

Om oss vet våglängden förmå oss ta fram frekvensen liksom =𝑐⁄𝜆, samt då ser oss för att frekvensen till synligt ljus ligger vid ca 4⋅10 14 − 7⋅ 10 14 Hz, vilket oss helt enkelt förmå tolka vilket väldigt flera svängningar per sekund.

en bekymmer vilket ibland förmå kännas smärtsamt existerar då numeriskt värde starka magneter dras mot varandra samt man får ett bit hud såsom kommer inom kläm. Smärtan beror vid krafterna liksom kunna ge en ordentligt nyp samt ej från magnetfältet inom sig. detta går för att köpa magnetiska pussel samt byggsatser likt existerar ofarliga därför länge ej småbarn får dem inom halsen.

Magnetfältet ifrån ett permanentmagnet kunna ställa mot bekymmer ifall dem kommer inom förbindelse tillsammans med magnetmaterialet vid enstaka lagringsmedium alternativt en identitets- alternativt kontokort. Magnetmaterialet vid korten består från järnoxid alternativt kromdioxid vilket existerar relativt enkel för att magnetisera angående.

ett elektromagnet alternativt permanentmagnet kunna vid nära håll mot en magnetkort ändra alternativt radera ut informationen vilket finns vid en vykort.

område runt en magnet där magnetiska krafter verkar liksom varierar tillsammans tiden förmå existera problematiska till människokroppen. detta varierande magnetfältet är kapabel inducera strömmar inom kroppen samt påverka blodflödet alternativt nervsystemet redan nära svaga område runt en magnet där magnetiska krafter verkar.

dem varierande område runt en magnet där magnetiska krafter verkar oss besitter runt chef inom växelströmsnätet existerar oftast sålunda små för att dem ej orsakar något bekymmer. Då ett sladd besitter numeriskt värde chef samt strömmarna periodvis går åt motsatt håll blir detta resulterande magnetfältet försumbart.

Runt chef inom kraftledningsstolpar ligger ej ledarna sålunda resehandling nära varandra sålunda för att fälten helt tar ut varandra. Då detta går många höga strömmar inom ledningarna blir magnetfältsvariationerna allt annat än små.

Numera besitter man tagit fasta vid för att begränsa dem störande magnetfälten. ifall ledningarna besitter identisk geometriska placering vilket faserna inom trefasnätet ("matematiskt alternativt schemamässigt" sett), förmå detta resulterande magnetfältet ifrån en trefasnät praktiskt taget elimineras. Detta fullfölja för att inga bekymmer tillsammans med starka varierande område runt en magnet där magnetiska krafter verkar uppkommer.

Alla objekt äger ett temperatur likt existerar varmare än absoluta nollpunkten, -273,15°C alternativt 0 K sänder ut elektromagnetiska vågor. Ju högre temperatur desto mindre frekvenser.

Elektroner hos atomer, joner alternativt molekyler ändrar ändrar sitt energitillstånd, genom för att ta upp alternativt avge elektromagnetisk strålning.

nära rumstemperatur existerar vågorna ca 10 µm långa samt värmeutbytet genom strålning existerar stort.

Hur många energi inom struktur från elektromagnetisk strålning liksom avges ifrån ifrån ett yta existerar beroende både vid temperaturen samt ytans beskaffenhet.

Ytor vid olika ämne är kapabel äga olika emmisionskoefficient likt talar ifall hur effektivt ytan ger ifrån sig strålning. Emmisionskoefficienten existerar lika massiv likt absorptionskoefficienteen liksom talar ifall hur enstaka yta absorberar alternativt tar emot strålning.

nära termodynamisk balans, då temperaturen existerar konstant, tar en objekt upp lika massiv inverkan likt den ger ifrån sig samt samtliga objekt inom omgivningen besitter identisk temperatur. Denna team kallas termodynamikens nollte huvudsats samt anses existera mer fundamental än inledande huvudsatsen, såsom säger för att energi ej förmå tillverkas alternativt skada utan bara omsättas inom andra energiformer.

Den elektromagnetiska strålningen består från ett våg såsom vinkelrätt mot strålningens riktning besitter en elektriskt samt en magnetiskt fält. detta elektriska samt magnetiska fältet existerar sinsemellan vinkelräta mot varandra. Utbredningshastigheten inom vakuum existerar \displaystyle 3 \cdot 10^8 \mathrm{m/s} samt existerar detta enda inom fysiken liksom äger en detaljerad värde (\displaystyle 2,99792458 \cdot 10^8\mathrm{m/s}).

Den elektromagnetiska vågens hastighet inom vakuum, vilket oss inom princip besitter inom universum, existerar den högsta hastighet såsom finns inom vår planet.

Elektromagnetiska vågor existerar ett våg liksom består från både en elektriskt samt magnetiskt fält likt färdas många nära ljusets hastighet.

Överljushastighet hör än således länge mot fantasins planet.

då dem elektromagnetiska vågorna kommer in inom en annat medium exempelvis atmosfär växelverkar vågen tillsammans med dem atomer samt molekyler likt mediet innehåller. Denna interaktion utför för att vågens hastighet reduceras. Ljushastigheten existerar tillsammans andra mening beroende från inom vilket medium detta färdas inom.

våglängden inom atmosfär bestämmer ni genom sambandet v =f*lambda.

inom metaller förmå endast många korta vågor ta sig fram korta sträckor. detta existerar dem fria elektronerna inom materialet vilket tar upp den elektromagnetiska vågens energi. detta existerar identisk fria elektroner likt ger upphov mot ett ström ifall enstaka spänning läggs ovan metallen samt såsom även står på grund av största delen från värmetransporten inom ett god värmeledande metall.

Optik existerar läran ifall ljusets utbredning samt brytning (från grek. optikē). Inom optiken förklaras dem optiska fenomen vilket kunna uppträda.

Optiken brukar vanligen beskrivas likt detta synliga, detta infraröda samt detta ultravioletta ljusets uppträdande. dock eftersom ljuset existerar enstaka elektromagnetisk vågrörelse, uppträder liknande fenomen tillsammans med röntgenstrålning, mikrovågor, radiovågor samt andra former från elektromagnetisk strålning.

Optiken förmå således betraktas såsom ett underavdelning mot elektromagnetism.

Hur är kapabel man mäta våglängd?

Vissa optiska fenomen förmå bara förklaras genom ljusets kvantegenskaper (t.ex. fotoelektriska effekten). Optiken spänner därför ovan både klassisk fysik samt kvantfysik (modern fysik).

En regnbåge existerar en optiskt, meteorologiskt fenomen vilket uppträder vilket en (nästintill) fullständigt ljusspektrum inom struktur från ett båge vid sky då solen lyser vid nedfallande nederbörd.

detta såsom orsakar regnbågen existerar solljusets spridning då detta bryts inom dem nästintill klotformade regndropparna inom atmosfären.

Från en flygplan ter sig regnbågen likt ett sluten cirkel.

Läs mer angående regnbågen vid svenska Wikipedia

Ljuset breder ut sig rakt fram ifall detta ej påverkas från något.

en gravitationsfält kunna böja från ljuset, vilket Albert Einstein påstod. Senare äger man funnit för att ljus ifrån stjärnor ändrar riktning då dem passerar objekt tillsammans massiv massa, d.v.s. objekt likt besitter stort gravitationsfält.

Ljus vilket kommer mot enstaka kant alternativt kolumn påverkas samt ljuset sprids. Självfallet sprids även andra elektromagnetiska vågor.

Hur effektivt den elektromagnetiska vågen sprids alternativt tas upp eller sugs in, beror vid både våglängd samt inom vilket medium detta all sker.

Detta för att ljuset sprider sig kallas divergens, man säger för att enstaka ljuskällas varenda ljusstrålar existerar divergenta ljusknippen.

Solen existerar vår viktigaste ljuskälla samt oss befinner oss många långt ifrån den.

dem ljusknippen solen sänder ut divergerar noggrann likt vilken belysning vilket helst. dock p.g.a. från jordens litenhet samt detta stora avståndet blir divergensen mellan solens strålar liksom träffar oss många små. Man brukar därför betrakta dessa strålknippen liksom parallella. Man är kapabel även åstadkomma parallella strålknippen tillsammans med hjälp från speglar samt linser.

tillsammans speglar samt linser förmå man även ett fåtal strålknippen för att falla in mot enstaka gemensam punkt.

Beskriva samband mellan våglängd samt frekvens.

dem kallas då konvergenta.

tillsammans speglar samt linser kunna man omvandla dem olika typerna från strålknippen mot varandra. detta existerar detta vilket görs inom t.ex. ett fotoutrustning samt en mikroskop.

Gamma- samt röntgenstrålning tar sig igenom detta mesta, medan UV-ljus exempelvis ej tar sig genom ett vanlig fönsterruta.

Både en elektriskt fält samt en område runt en magnet där magnetiska krafter verkar tar sig enkel igenom exempelvis enstaka brädbit, medan enstaka elektromagnetisk våg inom detta synliga våglängdsområdet ej förmå ta sig igenom identisk brädbit.

En 1800-tals studiokamera tillsammans luftblåsa till fokusering

Fotoelektrisk effekt inträffar då elektromagnetisk strålning (bl.a.

UV-ljus samt röntgen) träffar ut elektroner ifrån enstaka metall. Detta inträffar endast då ljuset besitter ett tillräckligt vykort våglängd (hög frekvens), samt därmed tillräcklig energi till för att frigöra elektronen ifrån metallen. Dessa elektroner likt frigörs kallas även på grund av fotoelektroner.

Synligt samt osynlig ljus

Den sektion från elektromagnetiska våglängdsområdet liksom förmå uppfattas från våra ögon kallar oss detta synliga området.

Ovan ser oss detta elektromagnetiska spektret ifrån varma objekt, enstaka ifrån solens yta såsom nästan äger temperaturen 6000 K samt ett lekamen tillsammans med temperaturen 4000 K. Ljuset ifrån solen innehåller förutom detta synliga spektret ifrån detta kortvågigaste nära 400 nm, violett mot långvågiga gränsen nära 770 nm, rött ljus även strålning både inom UV samt inom IR.

ett sektion insekter ser andra frekvenser vilket oss ej är kapabel titta. en bi är kapabel exempelvis titta ultravioletta vågor medan dem ej ser rött ljus. detta oss uppfattar liksom rött uppfattas från dessa insekter såsom mörk.

Ljusets brytning

Ljusets brytning märker oss från dagligen.

Glasögon hjälper mot för att rätta den brytning liksom sker inom våra ögon därför för att oss får ett vass foto vid näthinnan samt är kapabel uppfatta objekt klart. Beroende vid ögats form eller gestalt samt ögonlinsens attribut måste oss antingen ett fåtal hjälp tillsammans sprida vågorna då ögat samlar ljuset till många alternativt hjälp tillsammans för att avbryta ihop strålarna då ögats lins ej klarar från detta.

Brytning

För för att räkna ut hur ljuset bryts då ljuset kommer ifrån en medie mot en annat besitter oss Snells brytningsformel.

\displaystyle n_1\cdot \sin\alpha_1 = n_2\sin\alpha_2

\displaystyle \alpha existerar ett vinkel mot normalen. Normalen existerar enstaka tänkt riktning vinkelrät mot den yta liksom ljuset infaller mot, titta skiss

I sambandet ovan existerar \displaystyle n_1 = c/c_1

där
\displaystyle c existerar ljusets hastighet inom vakuum,
\displaystyle c_1 existerar ljusets utbredningshastighet inom mediet.
\displaystyle n existerar brytningsindex samt \displaystyle n=1 inom vakuum.

Brytningsindex beskriver sambandet mellan ljushastigheten inom vakuum inom förhållande mot ljushastigheten inom mediet.

Linsformeln
oss börjar för att titta vid begreppet brännvidd. ett konvex lins äger ett brännvidd \displaystyle f. Brännvidden existerar den punkt var sidled infallande strålar går ihop.

Linser såsom bryter ljuset existerar vanliga inom optiska struktur. till för att behärska räkna vid dessa inför man ofta stråldiagram var man ritar dem numeriskt värde strålar likt utgör dem båda extremfallen.

ifall oss placerar enstaka skärm vid en avstånd \displaystyle b ifrån linsen samt en objekt vid andra sidan vid avståndet \displaystyle a ifrån ett lins tillsammans brännvidden \displaystyle f, kommer föremålet för att avbildas tydligt vid skärmen endast nära vissa givna förhållanden mellan \displaystyle a samt \displaystyle b.

Detta samband ges från linsformeln enligt:

\displaystyle \frac{1}{a} + \frac{1}{b} = \frac{1}{f}

Interferens samt diffraktion

Diffraktion existerar en fenomen såsom uppstår då enstaka våg böjs mot en hörn alternativt inom ett små öppning. Öppningen äger enstaka storlek såsom existerar jämförbar tillsammans våglängden hos vågen.

Interferens existerar interaktion mellan numeriskt värde alternativt flera ljuskällor. Belysta hål alternativt spalter förmå ses liksom ljuskällor. då ljus ifrån olika hål alternativt spalter växelverkar kunna ljuset förstärkas alternativt försvagas inom ett punkt beroende vid hur vågorna ligger inom fas tillsammans varandra. ifall dem helt ligger inom fas således fås ett förstärkning från ljuset samt ligger dem helt ur fas kunna den en ljusstrålen släcka ut den andra ljusstrålen.

oss talar ifall konstruktiv samt destruktiv interferens.

En ljusstråle belyser enstaka cirkulär öppning samt en diffraktionsmönster ses vid skärmen

Ljusets polarisation

Polarisation

Ljusets polarisation observerar oss enklast tillsammans med polaroidglasögon. tillsammans polaroidglasögon ser oss för att reflexer ifrån t.ex.

enstaka vattenyta är kapabel släckas ut, Ljus förmå betraktas vilket enstaka elektromagnetisk vågrörelse.

ifall oss bara ser vid den elektriska fältvektorn därför stoppar enstaka polaroid t.ex. fältvektorer liksom svänger inom x-led medans dem vilket svänger inom y-led släpps igenom. Helt opolariserat ljus kunna alltså dämpas tillsammans med ett polaroid sålunda för att endast fältvektorer såsom t.ex. svänger inom y-led släpps igenom.

på det sättet miskas intensiteten tillsammans 50%. Ljuset blir dessutom linjärpolariserat.

De elektromagnetiska vågorna besitter en elektrisk samt magnetiskt fält såsom bägge existerar vinkelräta mot utbredningsriktningen. dem existerar även vinkelräta mot varandra. då man beskriver ljus liksom enstaka våg brukar man förklara detta tillsammans med hjälp från detta varierande elektriska fältet eftersom detta existerar detta liksom ursprunglig samt främst påverkar vår ögonkontakt.

titta figuren ovan beneath elektromagnetiska vågor.

Ljus ifrån ett ljuskälla äger helt slumpmässiga riktningar vid dem olka fälten. nära brytning alternativt spegling blir ljuset mer alternativt mindre polariserat, d.v.s. oss får enstaka företrädesriktning till enstaka riktning från detta elektriska- samt detta magnetiska fältet. detta finns både planpolariserat ljus vilket behåller sin orientering från polarisation samt cirkulärt polariserade vågor.

Himmelsljuset existerar mer alternativt mindre polariserat eftersom ljuset nära brytningen inom atmosfären genom reflexion äger tappat bort eller missat ljus ut inom universum vilket existerar delvis polariserat inom vissa riktningar.

Opolariserat ljus infaller mot ett polaroid likt utför därför för att ljuset blir linjärpolariserat.

då ljuset träffar nästa polaroid likt existerar vriden relativt den inledande polaroiden, således vrids polarisationsvektorn. Intensiteten på baksidan inledande polaroiden existerar ca 50% från intensiteten ifrån ljuskällan. Intensiteten på baksidan den andra polaroiden förmå beräknis tillsammans med Malus lag:

\displaystyle inom = I_o \cos^2v var \displaystyle v existerar vridningsvinkeln.

då polaroderna existerar korsade existerar \displaystyle inom = 0 eftersom \displaystyle \cos 90^o= 0.