Lys som fysisk fenomen Anne Bruvold Astronom og pedagogisk leder.

Presentasjon om: "Lys som fysisk fenomen Anne Bruvold Astronom og pedagogisk leder."— Utskrift av presentasjonen:

1 Lys som fysisk fenomen Anne Bruvold Astronom og pedagogisk leder

2 Innhold Historikk Fysikk Demonstrasjoner Aktiviteter - I lett blanding

3 Isaac Newton Fargelære 1670-72 tallet Fant "rene" farger som ikke kunne spaltes opp i flere farger 7 farger i spekteret (ROGGBIF)

4 Isaac Newton Når lyset først er delt opp i farger, kan det ikke deles opp i flere farger. Disse fargene kalles spektralfarger

5 William Herschel Mest kjent for å ha oppdaget Uranus Oppdaget infrarødt lys ved en tilfeldighet i 1800 Fant at varmestrålene oppførte seg som vanlig lys (refleksjon, absorbsjon, brytning), og dermed var en type usynlig lys. Reproduksjon av forsøket: http://www.ipac.caltech.edu/outreach/Edu/Hers chel/backyard.html http://www.ipac.caltech.edu/outreach/Edu/Hers chel/backyard.html

6 Johann Wilhelm Ritter Oppdaget ultrafiolett lys i 1801 Var i gruppen knyttet til Romantische Naturphilosophie og utforsket polariteten til ulike naturkrefter Begynte å lete etter kuldestråler etter å ha hørt om varmestrålene til Herschel Fant at sølvklorid mørknet raskere i den mørke delen av solspekteret ved fiolett

7 Det elektromagnetiske spekteret

8 Lysets egenskaper Innledende aktivitet

9 Oppsummering innledende aktivitet Lysgang uten maske

10 Oppsummering innledende aktivitet Lysgang med maske

11 Manglede avbildning Punktformet maske

12 Lys og skygge ved solformørkelser

13 Lysets egenskaper - refleksjon Innfallsvinkel = refleksjonsvinkel

14 Lysets egenskaper - brytning Lyset endrer retning når den optiske tettheten endres. Brytningsindeksen til et stoff er forholdet mellom lysets hastighet i vakuum ( c ) og i stoffet. Brytningsindeksen er avhengig av bølgelengden til lyset Eksempler på brytningsindekser: Vakuum: 1 Luft: 1,000293 (0°C, 1 atm) Vann: 1,33 Plexiglass: 1,49 Glass: rundt 1,55 Diamant: 2,42 = 589 nm, 20°C

15 Lysets egenskaper - brytning

16 Lysets egenskaper – brytning

17 Atmosfærisk refraksjon

18 Brytning vs refleksjon Hvor mye lys som reflekteres og hvor mye som brytes, kommer an på vinkel og stoff.

19 Total refleksjon

20 Optisk kabel

21 Lysets egenskaper og prisme Brytningsindeksen er avhengig av stoff og bølgelengde Index of Refraction for Borosilicate Crown Colorwavelength (nm)Index of Refraction Red6401.50917 Yellow5891.51124 Green5091.51534 Blue4861.51690 Violet4341.52136

22 Lysets egenskaper – interferens

23

24 Diffraksjon

25 Diffraksjon og interferens Interferens mellom bølgene lager lyspunkter - difraksjonsmønster 0. orden 1. orden 2. orden

26 Diffraksjon – avstand mellom spalter Større avstand mellom hullene minker vinkelen mellom lyspunktene

27 Diffraksjon - farger Større bølgelengde øker vinkelen mellom lyspunktene

28 Diffraksjonsgitter

29 Prisme vs gitter

30 Prisme Blått lys brytes mest Blått lengst fra innfallsstrålen En (brutt) strålebunt Diffraksjonsgitter Blått lys brytes minst Blått lys nærmest primærstrålen Flere strålebunter

31 Polarisasjon Polarisasjon er en egenskap lys har Sier noe om hvordan bølgene svinger Kan endres med refleksjon og filter

32 Polarisasjon Polarisasjon kan påvirkes av finere strukturer i stoffet det går gjennom Kan brukes til å finne stress i plast og glass Kan brukes til å identifisere krystaller

33 Regnbuen(e) Brutt lys Reflektert lys Polarisert lys Interferens

34 Regnbuen Kamāl al-Dīn al-Fārisī (1267–1319) Primær: To brytninger og en refleksjon Roger Bacon, Opus Majus, 1268 Beregnet vinkelen til primærbuen Theodoric of Freiberg, 1307 Sekundær: To brytninger og to refleksjoner Rene Descartes, Discourse on Method, 1637 Eksperimenterete med lysstråler og en kuleformet flaske

35

36 Regnbuene

37 Regnbuen – kan regnes på 11 11 11  22 22 22 11 22 33 11 22 11  22 22 22 11 22 44 22 22 22 Primærbue Sekundærbue

38 Regnbuen – et excel eksperiment =ASIN(B3) (radianer) =ASIN(B3) (radianer) =ASIN(SIN($C3)/$A$7) =ASIN(SIN($C3)/$A$3) (radianer) =ASIN(SIN($C3)/$A$3) (radianer) =(4*D3-2*$C3)*180/PI() (grader) =(4*D3-2*$C3)*180/PI() (grader) =(2*$C3-6*D3+PI())*180/PI() (grader) =(2*$C3-6*D3+PI())*180/PI() (grader) =ASIN(SIN($C3)/$A$5) 11 h

39 Regnbuene

40 James Clerk Maxwell Viser at bølger i elektromagnetisk felt brer seg med lysets hastighet og foreslo at synlig og usynlig lys var elektromagnetiske bølger (1862-64)

41 Jožef Stefan og Ludvig Boltzmann

42 Wilhelm Wien

43 Max Planck

44 Albert Einstein Forklarer fotoelektrisk effekt med at lys kommer i separate energipakker (1905) Disse energipakkene får senere navnet foton Får Nobelpris for dette arbeidet i 1921

45 Lys som bølge og partikkel Bølge Diffraksjon Polarisasjon Bølgelengde Hastighet c = 299 792 458 m/s

46 Detaljer i lysspektre

47 Joseph von Fraunhofer Fine mørke linjer i lyset fra sola (1814) Fraunhoferlinjene

48 Robert Bunsen og Gustav Robert Kirchhoff Spektralanalyse av kjemiske stoffer (1859) Sammenhenge mellom emisjons- og absorpsjonsspektre (1860)

49 Kirchhoffs lover Et varmt ugjennomsiktig legeme (sort legeme) stråler ut lys i et kontinuerlig spekter En varm gjennomsiktlig gass stråler ut lys på utvalgte bølgelengder (emisjonsspekter) En kald gjennomsiktlig gass framfor en kilde med kontinuerlig lysspekter, produserer et absorpsjonsspekter

50 Spektertyper

51 Gustav Kirchhoff

52 Varmestråling – planckkurver "Sort" legeme – lyser på grunn av temperaturen T fra 3000 til 10 000 K

53 Solas spektrum bølgelegdeKjemisk (nm)Opprinnelse A759,37atmosfærisk O 2 B686,72atmosfærisk O 2 C656,28H  D1589,59nøytralt Na (sodium) D2589,00nøytralt Na (sodium) E526,96nøytral Fe F486,13H  G431,42CH-molekyl H396,85ionisert Ca K393,37ionisert Ca

54 Kosmisk mikrobølgestråling Universet er fylt av stråling som følger Planks strålingslov for et legeme med en temperatur 2,726 K 1965 Penzias og Wilson 1992 COBE 2003 WMAP 2013 Planck

55 Emisjonsspekter – hvordan det oppstår

56 Emisjonsspekter Hydrogen (Balmerserien) Jern

57 Kontinuerlig lysspekter Uendelig mange enerigoverganger (kvantemekanisk) Hvilke som dominerer er avhengig av temperaturen i materialet

58 Absorbsjonsspekter Foton med rett energimengde eksiterer elektronet (dytter det opp i et høyere energinivå)

59 Stimulert emisjon – Laser Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 1.Gain medium 2.Laser pumping energy 3.High reflector 4.Output coupler 5.Laser beam

60 Lys rundt oss

61 Belysning Termisk stråling Flamme Glødepære Emisjon Lysstoffrør/sparepærer Emisjon fra gass (UV) Re-emisjon fra fosfater på glasset LED pærer Emisjon fra halvledere

62 Nytt "lysmål" for pærer: lumen Glødelampe Watt-Lumen 15 W ≈ 120 - 135 lm 25 W ≈ 220 - 250 lm 40 W ≈ 410 - 470 lm 60 W ≈ 700 - 805 lm 75 W ≈ 910 - 1055 lm 100 W ≈ 1330 - 1520 lm 150 W ≈ 2140 - 2450 lm 200 W ≈ 3010 - 3450 lm Lumen (lm): 1 lm = 1 cd·sr = 1 lx·m 2 Candela (ca): lysstyrken fra ett stearinlys Én candela er lysstyrken i en gitt retning til en lyskilde som sender ut monokromatisk lys med frekvens 540 × 10 12 Hz, og med strålingsstyrke i den gitte retningen lik 1/683 watt per steradian. monokromatisk lysHzwattsteradian Lux (lx): 1 lx = 1 lm/m² En lumen per kvadratmeter.

63 Lys i naturen – blå himmel og rød solnedgang Lyset fra sola spres i jordas atmosfære Det blå lyset spres mest Når sola går ned, går lyset gjennom et tykkere lag av atmosfæren og mangler mer av det blå lyset

64

65 Bioluminescens Lysproduksjon vha kjemiske prosesser i dyr

66 Mobilen som spektroskop 1.Du trenger dorull, pappsirkel med samme diameter som dorullen, vanlig matt tape, eltape liten bit gitter, og en mobil 2.Kutt pappbiten i to. Legg bitene slik at de er litt fra hverandre og ha en tapebit over åpninga mellom delene. 3.Tape pappbiten til den ene enden av dorullen. Pass på at spalten ikke lukkes. 4.Ha tape langs to av kantene til gitterbiten og tape den over linsa til kameraet på mobilen 5.Hold dorullen over kameraet og drei den slik at du får et fing spekter. 6.Dokumenter ved å ta bilde. 7.Spektroskopet kan også brukes uten kamera. Bruk da el-tape til å holde gitteret fast over åpninga motsatt av spalten. 1 2 2 3 4 4 5 7

67 Mobilen som spektroskop Sollys Lysrør LED