Az emberi szem működése. (nem csak fizika…)

Az előadások a következő témára: "Az emberi szem működése. (nem csak fizika…)"— Előadás másolata:

1 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.

2

3 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 ?

4 A fény és az ember ELSŐ RÉSZ

5 hõhatása érzékeny hőmérőkkel kimutatható.
Mi a fény? A fény sugárzás A fény olyan sugárzás, amely fényérzetet kelt olyan sugárzás, Emellett kémiai változást okoz egy fényképlemezen, működésbe hozza a fotocellát, hõhatása érzékeny hőmérőkkel kimutatható.

6 A fény keletkezése és elnyelődése:
(egy kis atomfizika) az atomban lévő elektron energiája nem lehet akármekkora: csak „megengedett” energiaértéket vehet fel. (Bohr I. posztulátuma)

7 (egy kis atomfizika) A legegyszerűbb atom, a hidrogén, amely egy protonból és egyetlen elektronból áll E További gerjesztett állapotok energiái A második gerjesztett állapot és energiája Az első gerjesztett állapot és energiája Az alapállapot és energiája 0,1 nm ( 1 nm a mm ezredrészének milliomodrésze)

8 (Bohr II. posztulátuma) Fényelnyelés, fénykibocsátás:
Elektronállapot-változás (DE): 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 energiakülönbséget fény formájában kibocsátja. A fény tehát az atomokkal történő kölcsönhatásban keletkezik és nyelődik el

9 h = 6,6.10-34 Js c = 3,108 m/s (Balmer, 1885) A HIDROGÉNSPEKTRUM
 (nm) DE (aJ) 656,4 0,303 486,3 0,409 434,2 0,458 410,3 0,485 397,1 0,501 h = 6, Js c = 3,108 m/s Ibolya kék zöld sárga narancs vörös l nm (Balmer, 1885)

10 A sugárzás kvantum természete: a foton „hullámcsomag”, E = hf
Gerjesztett állapot energiája E2 Energia-különbség DE = E2 - E1 hf=DE Alapállapot energiája E1 Alapállapotú atom Alapállapotú atom (magasabb energiaállapotú) Gerjesztett atom

11 Az ionizáció tartománya Az ionizációhoz szükséges energia
Összefoglalva: Az ionizáció tartománya 0 eV : A szabad elektron energiája 0,02 0,03 0,045 0,061 0,086 aJ 0,14 aJ 0,24 aJ 0,54 aJ 3,375 eV 2,176 aJ 13,6 eV negyedik gerjesztett állapot 0,85 eV harmadik gerjesztett állapot 1,51 eV Második gerjesztett állapot Az ionizációhoz szükséges energia 2,1760 aJ = 13,6 eV DE=0,3 aJ l =656 nm 3,4 eV Első gerjesztett állapot DE=1,63 aJ = 10,2 eV 13,6 eV alapállapot aJ: attojoule 1 aJ = J Energia, aJ 1 eV = 0,16 aJ

12 A fény hullámtermészetének
(1690, Huygens) bizonyítéka a fényelhajlás és az interferencia (Young, 1801)

13 Young kettős-rés kísérlete
napfény Észlelő ernyő Szűk rések Az ernyőn megjelenő mintázat Jobboldali rés nyitva Kísérleti észlelet Várható észlelet: baloldali rés nyitva mindkét rés nyitva Hullámelmélet szerint Részecskeelmélet szerint A kísérlet eredménye

14 Elemi hullám: síkbeli rezgés Valódi fénysugár: sok elemi hullám,
különböző síkokban rezegnek. Polarizáció: kiválaszjuk a párhuzamos síkokban rezgő elemi hullámokat. Mágneses indukcióvektor Elektromos térerőség x

15 Kísérlet: Rácsok, lézer: elhajlás és interferencia
katedrálüveg, lézer: fénytörés és interferencia

16 transzverzális hullám.
Kísérlet. Polarizáció: a fény transzverzális hullám.

17 A fény kettős természetű: hullám és részecske (foton)
Hallwachs fedezte fel a fotoeffektust: fény hatására (például fémfelületről) elektronok szabadulnak fel. V + - Einstein értelmezte a kísérleti eredményt: a fény fotontermészetű (is). n Eel nküszöb Eki

18 áramforrás Zn-lemez UV-lámpa Ellen-elektróda

19 A látható fény tehát hullám: elektromágneses hullám. De nincs egyedül:
Rádióhullámok Fény sugárzások Ionizáló MEGNEVEZÉS HULLÁMHOSSZ Felhasználás, jelentőség (példák) Váltakozó áram km Energiaellátás, elektromos eszközök Hosszúhullámok 2       - 1 km Távközlés Középhullámok 600     - 150 m Rövidhullámok 50       - 15 m URH 15     - 1 m 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

20

21 Fénytörés Teljes visszaverődés

22 TELJES VISSZAVERŐDÉS FORRÓ LEVEGŐRÉTEGEN
DÉLIBÁB TELJES VISSZAVERŐDÉS VÍZFELSZÍNEN TELJES VISSZAVERŐDÉS FORRÓ LEVEGŐRÉTEGEN FÉNYVEZETŐ VÍZSUGÁR

23 Kísérlet: A fényvezető működése (teljes visszaverődés)

24 Mi a leképezés?

25 A tér transzformációja vagy leképezése
Egy kis matematika… A tér transzformációja vagy leképezése egy 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’

26 egyik legegyszerűbb transzformáció (leképezés) a tükrözés.
A szabályos sima felületeken létrejövő fényvisszaverődés leképezést hozhat létre: egyik legegyszerűbb transzformáció (leképezés) a tükrözés. Tükröző gömbfelület fókusz Geometriai középpont 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.

27 Példák a leképezésre: Camera obscura Rajzolás

28 f(m) ) D(m Optikai lencse dioptriás 4 0,25 1 lencse lságú fókusztávo m
FÓKUSZTÁVOLSÁG, f FÓKUSZ(PONT) A dioptria a lencse „erősségének” (törőerejének) a mértéke. [A dioptria lehet pozitív (gyüjtőlencse) vagy negatív (szórólencse).] dioptriás 4 0,25 1 lencse lságú fókusztávo m cm 25 a pl. = - f(m) ) D(m

29 Leképezés optikai lencsével
Valódi kép keletkezése TÁRGY KÉP

30 Optikai lencse: HOGYAN MŰKÖDIK A FÉNYKÉPEZŐGÉP?

31 VÉGE AZ ELSŐ RÉSZNEK .