Valon aaltoilmiöitä
Diffraktio
Diffraktiolla tarkoitetaan esteen aiheuttamaa valon taipumista.
Taipumisen ymmärtämisen taustalla on Huygensin periaate: jokainen aaltorintaman piste on uuden aallon keskipiste.
Kaksoisaukkokoe
Huygensi periaatteen mukaisesti ympyrä aalto lähtee liikkeelle kummastakin aukosta. Aallo interferoivat eli vahvistavat ja heikentävät toisiaan muodostaen aaltomaksimeja ja -minimejä. Jos valo on monokromaattista (eli yksiväristä), varjostimelle maksimeista syntyy siisti pistejono.
Pistejonosta voi laskea valon aallonpituuden, koska aallonpituus vaikuttaa siihen kuinka paljon valo taipuu.
Valomaksimien taipumiskulmille voidaan johtaa geometrisesti kaava: [[$$ d \sin \theta = k \lambda, \qquad k = 0, 1, 2, ... $$]]
missä d on aukkojen välinen etäisyys ja k on valoisan kohdan kertaluokka.
Hila
Hila on levy, jossa on suuri määrä yhdensuuntaisia, samalla etäisyydellä toisistaan olevia rakoja. Raot ovat hyvin lähekkäin toisiaan ja niiden välistä etäisyyttä kutsutaan hilavakioksi d. Valo käyttäytyy hilassa samalla tavalla kuin kaksoisaukossa, mutta valopisteet varjostimella ovat tarkempia ja voimakkaampia.
Taipumisen ymmärtämisen taustalla on Huygensin periaate: jokainen aaltorintaman piste on uuden aallon keskipiste.
Kaksoisaukkokoe
Huygensi periaatteen mukaisesti ympyrä aalto lähtee liikkeelle kummastakin aukosta. Aallo interferoivat eli vahvistavat ja heikentävät toisiaan muodostaen aaltomaksimeja ja -minimejä. Jos valo on monokromaattista (eli yksiväristä), varjostimelle maksimeista syntyy siisti pistejono.
Pistejonosta voi laskea valon aallonpituuden, koska aallonpituus vaikuttaa siihen kuinka paljon valo taipuu.
- Ensimmäinen maksimi (n=0) syntyy varjostimelle aukkojen puoliväliin. Siihen aalloilla on täsmälleen yhtä pitkä matka ja ne saapuvat siihen samaan aikaan ja samassa vaiheessa.
- Toinen maksimi (n=1) syntyy varjostimelle, kun toinen aalloista on täsmälleen yhden aallonpituuden verran edellä. Eli kun aaltojen kulkema matka eroaa täsmälleen yhden aallonpituuden mitan toisistaan. Samalla idealla syntyvät myös muut maksimit.
- Ensimmäinen maksimeista on voimakkain, myöhemmät heikompia.
Valomaksimien taipumiskulmille voidaan johtaa geometrisesti kaava: [[$$ d \sin \theta = k \lambda, \qquad k = 0, 1, 2, ... $$]]
missä d on aukkojen välinen etäisyys ja k on valoisan kohdan kertaluokka.
Hila
Hila on levy, jossa on suuri määrä yhdensuuntaisia, samalla etäisyydellä toisistaan olevia rakoja. Raot ovat hyvin lähekkäin toisiaan ja niiden välistä etäisyyttä kutsutaan hilavakioksi d. Valo käyttäytyy hilassa samalla tavalla kuin kaksoisaukossa, mutta valopisteet varjostimella ovat tarkempia ja voimakkaampia.
Dispersio
- Valon taittumisen riippuvuutta valon aallonpituudesta kutsutaan dispersioksi.
- Dispersio tapahtuu ainoastaan, jos valo sisältää erilaisia aallonpituuksia. Monokromaattinen valo ei dispersoidu.
- Punainen valo taittuu eniten ja violetti vähiten.
- Dispersiota tapahtuu erityisesti väliaineiden tai optisesti erilaisten faasien rajapinnassa.
- Prismalla voidaan havainnollistaa dispersiota.
- Dispersiota tapahtuu aina optisesti erilaisten faasien rajapinnassa, mutta se on vähäisempää kuin prismassa, eikä sitä usein paljain silmin erota.
Polarisaatio
- Valon värähtelyn amplitudin ollessa sama jokaiseen suuntaan, valo on polarisoitumatonta.
- Värähtelyn amplitudin riippuessa värähtelyn suunnasta, kutsutaan valoa osittain polarisoituneeksi.
- Jos värähtelyä tapahtuu vain yhdessä suunnassa valo on täysin polarisoitunutta.
- Muista! Valossa värähtely tapahtuu aina poikittain valon kulkusuuntaan nähden. Värähtelijöinä ovat sähkö ja magneettikenttä, jotka ovat niin ikään keskenään kohtisuorassa toisiinsa nähden.
- Polarisaatiosuunta on sama kuin valon sähkökentän värähtelysuunta.
- Valo polarisoituu kulkiessaan polarisaatiosuotimen (polarisaattorin) läpi, tai saapuessaan vinosti ja heijastuessaan kahden aineen (tai faasin) rajapinnasta.
- Brewsterin laki: Polarisaatio on täydellistä heijastuneen ja taittuneen valon välisen kulman ollessa 90 astetta. Kun aineiden taitekertoimet ovat n1 ja n2, aineesta 1 saapuvan valon täydellisen polarisaation kulma saadaan laskettua kaavasta [[$$ \tan \alpha = {n_2 \over n_1} $$]]