Yhteenveto ja itsearviointi

Yhteenveto

Valo aaltoliikkeenä

  • Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, joka etenee tyhjiössä likimäärin nopeudella [[$ c=2{,}998\cdot 10^8 \textrm{ m/s} $]]
  • Valolla on taajuus [[$f$]], aallonpituus [[$\lambda$]] ja se noudattaa aaltoliikkeen perusyhtälöä: [[$ c=f\lambda$]].
  • Valo voi polarisoitua esimerkiksi kulkiessaan polarisoivan suodattimen läpi tai heijastuessaan. Polarisaatio rajoittaa valon sähkökentän värähtelyn tietyn suuntaiseksi, mikä on poikittaiselle aaltoliikkeelle ominainen ilmiö.


Valon voimakkuus ja spektri

  • Valon voimakkuutta kuvaa sen intensiteetti, joka on valon siirtämä teho pinta-alayksikköä kohden: [[$\quad I=\dfrac{P}{A}$]]
  • Valon intensiteetin jakautuminen eri aallonpituuksille voidaan esittää spektrin kuvaajana, jossa vaaka-akselilla on aallonpituus (tai taajuus) ja pystyakselilla säteilyn intensiteetin suhteellinen osuus kyseisellä aallonpituudella.
  • Näkyvän valon eri aallonpituudet aistitaan eri väreinä. Kaikki aallonpituudet yhdistyvät valkoiseksi valoksi, jollaista on esimerkiksi auringon valo. Auringon valon spektri on oheisen kuvaajan mukainen jatkuva spektri, jossa on kaikkia näkyvän valon aallonpituuksia.


Interferenssi ja diffraktio

  • Kulkiessaan esteen tai kapean raon läpi aalto taipuu, mitä kutsutaan diffraktioksi.
  • Eri lähteistä tulevat sähkömagneettiset aallot voivat kohdatessaan voimistaa tai heikentää toisiaan. Tätä kutsutaan interferenssiksi.
  • Kulkiessaan kaksoisraon tai hilan läpi valo tuottaa interferenssimaksimeja hilayhtälön mukaisiin taipumiskulmiin: [[$ \quad d\sin \theta = k\lambda $]]​, jossa [[$ d $]]​ on hilavakio eli vierekkäisten rakojen välinen etäisyys, [[$ \lambda $]]​ aallonpituus, [[$ \theta $]]​ kulma, [[$ k=0, \pm 1, \pm 2, \ldots $]]​ maksimin kertaluku.


Mustan kappaleen säteily

  • Musta kappale on ideaalimalli sähkömagneettisen säteilyn lähteelle, jonka säteily perustuu rakenneosien lämpöliikkeeseen.
  • Mustan kappaleen säteilyn spektri on jatkuva. Spektrin intensiteettimaksimia vastaava aallonpituus on kääntäen verrannollinen kappaleen lämpötilaan [[$ T $]]​ Wienin siirtymälain mukaisesti: 
  • [[$ \lambda_\text{maks}=\dfrac{k}{T} $]]​, jossa [[$ k=0,002898 \text{m}\cdot \text{K} $]]​.


Sähkömagneettisen säteilyn lajit


  • Sähkömagneettisen säteilyn lajeja luokitellaan niiden aallonpituuksien mukaan. Näillä on erilaisia syntytapoja, vaikutuksia ja sovelluksia.

5. Testaa osaamisesi! (Maks. 15 p.)

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

1. Yhdistä seuraaviin käsitteisiin sopiva kuvailu A–E. (3 p.)

1.1. Diffraktio:
1.2. Polarisaatio:
1.3. Interferenssi:

A. Värähtelyn voimistuminen
B. Aallon leviäminen
C. Hajoaminen osiin
D. Värähtelysuunnan rajoittuminen
E. Aaltojen yhteisvaikutus

2. Laske kysytyt suureiden arvot ja anna vastaukset kahden numeron tarkkuudella pyydetyssä yksikössä. (6 p.)

2.1. Radioaaltojen taajuus on 96 MHz. Kuinka suuri on niiden aallonpituus?
[[$\text{m}$]].

2.2. James Webb -avaruusteleskoopin etäisyys Maasta on 1,5 miljoonaa kilometriä. Kuinka kauan maasta lähetetyllä radiosignaalilla kestää saavuttaa se?
[[$\text{s}$]].

2.3. Uunin lämpötila on 320 °​C. Mikä on sen emittoiman lämpösäteilyn intensiteettimaksimin aallonpituus?
[[$\mu \text{m}$]].

3. Ratkaise tehtävä vaiheittain ja perustellen. Pisteytä tämän jälkeen ratkaisusi malliratkaisun perusteella. (6 p.)

Vihreä laserin säde, jonka aallonpituus on 514 nm, osuu hilaan, jossa kahden raon välinen etäisyys on 3,5 mikrometriä.
  1. Ratkaise kulma, johon syntyy toisen kertaluvun interferenssimaksimi. (3 p.)
  2. Miten tilanne muuttuu, jos laser vaihdetaan väriltään punaiseen? (3 p.)


Näytä ratkaisu

Ratkaisuni pistemäärä:


Tallenna vastauksesi. Testin maksimipistemäärä on 15 p.

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen