Az emberi szem működése. (nem csak fizika…)

Az égitestek fényképe fényes körlap: miért látunk mégis csillagokat?

Lehet, hogy egy fekete-fehér mintázatú korong színesnek látszik?

Melyik vonal hoszabb: jó a szemmértéked? Lehet hogy egy közönséges falikép hirtelen

mozogni kezd? Tények, kísérletek és érdekességek a szem működésével kapcsolatban.

A látás alapja a fény érzékelése. —Mi a fény? Milyen tulajdonságai vannak ?

Hogyan keletkezik ? hogyan terjed ?

—Hogyan nyelődik el ? Hogyan lép kölcsönhatásba biológiai anyagokkal ? —A látás az információszerzés fontos eszöze. —A látás, mint fizikai, biofizikai és pszichológiai folyamat. —Csak az hiszem, amit látok !

Valóban hihetünk a szemünknek ?

ELSŐ RÉSZ

Mi a fény?Mi a fény?

EmellettEmellett

kémiai változástkémiai változást okoz egy fényképlemezen, okoz egy fényképlemezen, működésbe hozza a működésbe hozza a fotocellátfotocellát,,

hõhatásahõhatása érzékeny hőmérőkkel kimutatható. érzékeny hőmérőkkel kimutatható.

A fény sugárzás• A fény olyan sugárzás, amely fényérzetet keltA fény olyan sugárzás, amely fényérzetet keltolyan sugárzás,olyan sugárzás,

A fény keletkezése és elnyelődése:(egy kis atomfizika)

az atomban lévő elektron energiája nem lehet akármekkora:

csak „megengedett” energiaértéket vehet fel.

(Bohr I. posztulátuma)

(egy kis atomfizika)

A legegyszerűbb atom, a hidrogén, amely egy protonból és egyetlen elektronból áll

EAz alapállapot és energiája

Az első gerjesztett állapot és energiájaA második gerjesztett állapot és energiája

0,1 nm( 1 nm a mm ezredrészének milliomodrésze)

További gerjesztett állapotok energiái

Elektronállapot-változás (E):csak „megengedett” állapotok között jön létre

(Bohr II. posztulátuma)

Fényelnyelés, fénykibocsátás: a fény az energiát az atomban alapállapotban lévő elektronnak adja. Az elektron energiája megnő (gerjesztett állapot). Ez az állapot instabil, az elektron gyorsan újra alapállapotba kerül és az energiakülönbségetfény formájában kibocsátja.A fény tehát az atomokkal történő kölcsönhatásban

keletkezik és nyelődik el

(nm) E (aJ)656,4 0,303486,3 0,409434,2 0,458410,3 0,485397,1 0,501

ch

E.

h = 6,6.10-34 Jsc = 3,108 m/s

Ibolya kék zöld sárga narancs vörös

nm 410 434 486 656

A HIDROGÉNSPEKTRUM

(Balmer, 1885)

Alapállapotú atom

A sugárzás kvantum természete: a foton „hullámcsomag”, E = hf

Alapállapotú atom

Alapállapot energiája E1

Gerjesztett állapot energiája E2

Energia-különbség E = E2 - E1

hf=E

(magasabb energiaállapotú) Gerjesztett atom

Az ionizáció tartománya

alapállapot

Első gerjesztett állapot

Második gerjesztett állapot

Energia, aJ

13,6 eV

3,4 eV

1,51 eV

0,85 eV

0,020,03

0,0450,061

0,086 aJ

0,14 aJ

0,24 aJ

0,54 aJ3,375 eV

2,176 aJ13,6 eV

harmadik gerjesztett állapotnegyedik gerjesztett állapot

0 eV : A szabad elektron energiájaA

z io

nizá

cióh

oz s

züks

éges

ene

rgia

2,17

60 a

J =

13,

6 eV

aJ: attojoule 1 aJ = 10-18 J

E=1,63 aJ = 10,2 eV

E=0,3 aJ =656 nm

Ech

.

Összefoglalva:

1 eV = 0,16 aJ

A fény hullámtermészetének

(1690, Huygens)bizonyítéka a fényelhajlás és

az interferencia (Young, 1801)

Young kettős-rés kísérlete

napfény

Észlelő ernyő

Szűk rések

Az ernyőn megjelenő mintázat

Jobboldali rés nyitva

Kísérleti észlelet

Kísérleti észlelet

Várható észlelet:

baloldali rés nyitva

mindkét rés nyitva

Hullámelmélet szerint

Részecskeelmélet szerint

A kísérlet eredménye

Elek

trom

os

tére

rősé

g

x

Elemi hullám: síkbeli rezgésValódi fénysugár: sok elemi hullám,

különböző síkokban rezegnek. Polarizáció:

kiválaszjuk a párhuzamos síkokban rezgő elemi hullámokat.

Mágneses indukcióvektor

Kísérlet:Rácsok, lézer: elhajlás

és interferenciakatedrálüveg, lézer:

fénytörés és interferencia

Kísérlet. Polarizáció:

a fény transzverzális hullám.

A fény kettős természetű: hullám és részecske (foton)Hallwachs fedezte fel a fotoeffektust:

fény hatására (például fémfelületről) elektronok szabadulnak fel.

2

21

elki mvEh kiel Ehmv 2

21

küszöb

Eel

Eki

V+ -- +

2

21

elel mvE

Einstein értelmezte a kísérleti eredményt: a fény fotontermészetű (is).

áramforrás

Zn-leme

zUV-lámpaEllen-

elektróda

MEGNEVEZÉS HULLÁMHOSSZ Felhasználás, jelentőség (példák)

Váltakozó áram 18 000- 3 km Energiaellátás, elektromos eszközök

Hosszúhullámok 2 - 1 km Távközlés

Középhullámok 600 - 150 m Távközlés

Rövidhullámok 50 - 15 m Távközlés

URH 15 - 1 m Távközlés

Mikrohullámok 1 m - 0,03 mm Távközlés, radar,

Infravörös fény 0,3 nm - 760 nm hősugárzás

Látható fény 760 nm- 380 nm látás

Ultraibolya fény 380 nm- 10 nm D-vitamin

Röntgensugarak 10 nm - 1 pm Orvosi és műszaki diagnosztika, terápia,

Gammasugarak 0,3 nm - 30 fm Terápia, műszaki diagnosztika, mezőgazdaság (csírátlanítás)

Kozmikus sugarak

30 fm - 0,3 fm Hatásai a földi életre, Tudományos kutatás

Rád

ióhu

llám

okFé

nyIo

nizá

ló

sug

árzá

sok

A látható fény tehát hullám: elektromágneses hullám. De nincs egyedül:

Fénytörés

Teljes visszaverődés

DÉLIBÁB

FÉNYVEZETŐ VÍZSUGÁR

TELJES VISSZAVERŐDÉSVÍZFELSZÍNEN

TELJES VISSZAVERŐDÉS FORRÓ LEVEGŐRÉTEGEN

Kísérlet: A fényvezető működése (teljes visszaverődés)

Mi a leképezés?

Egy kis matematika…

A tér transzformációja vagy leképezéseegy halmaz minden egyes P pontjához a tér egy másik P’ pontját rendeli

hozzá.

A P’ pontot a P pont képének nevezzük…

P1

P2

P3

P4

P3’

P4’

P2’

P1’

Tükröző gömbfelület

P tárgy-pont

P’ kép-pont

Valamely P ponton átmenő fénysugarak a visszaverődés után egyetlen P’ ponton mennnek át, vagyis egy-egyértelmű transzformáció (leképezés) keletkezik. Ezátal a gömbtükör a tárgy képét hozza létre, ami ernyőn (vetítővásznon) felfogható.

A szabályos sima felületeken létrejövő fényvisszaverődés leképezést hozhat létre:

egyik legegyszerűbb transzformáció (leképezés) a tükrözés.

Geometriai középpont

fókusz

Példák a leképezésre:

Camera obscura

Rajzolás

A dioptria a lencse „erősségének” (törőerejének) a mértéke.[A dioptria lehet pozitív (gyüjtőlencse) vagy negatív (szórólencse).]

FÓKUSZTÁVOLSÁG, f

FÓKUSZ(PONT)

Optikai lencse

dioptriás 40,25

1 lencselságú fókusztávo m 0,25 cm 25 a pl. ==

=-

f(m)1)D(m 1

Leképezés optikai lencsével

TÁRGY

KÉP

Valódi kép keletkezése

Optikai lencse: HOGYAN MŰKÖDIK A FÉNYKÉPEZŐGÉP?

f

F

F

f

VÉGE AZ ELSŐ RÉSZNEK .