Lysets historie og det hvide lys’ farvespektrum

Hvad er lys? Lys er bølger – ligesom lyd- og vandbølger med de samme bølgeegenskaber Lys er partikler = elektromagnetiske lyskvanter

Lys har bølge-egenskaber Lys kan gå gennem lys. Lys kan bøje om hjørner. Lys kan inteferere.

Beregning af lysets bølgelængde. Sender vi laserlyset igennem et optisk gitter, får vi et inteferensmønster. Vi kan beregne laserlysets bølgelængde ved at bruge formlen for interferens Forsøg : Beregning af laserens bølgelængde

Det hvide lys’ farvespektrum Det hvide lys er i virkeligheden sammensat af en række forskellige farver. Vi kalder denne farverække for det hvide lys’ spektrum. Farverne interfererer forskelligt, fordi de har forskellig bølgelængde. Violet lys har en bølgelængde på 0,00039 mm Rødt lys har en bølgelængde på 0,00078 mm Forsøg : Forsøg med lysets spektrum + farvecirklen

Hvidt lys kan brydes i et prisme… … eller i en regndråbe…

Jeg vil male himlen blå…. Hvorfor er himmelen blå om dagen og rød, når solen går ned? En lysbølge reflekteres, hver gang den støder på en partikel, der er mindst lige så stor som lysbølgens bølgelængde. Små partikler i luften = blåt lys reflekteres. Større / flere partikler i luften = rødt lys reflekteres. Forsøg : Lysets spredning i atmosfæren

Lysets hastighed – mere præcist… Vi angiver farten med km/sek Atm. Luft km/sek Lufttomt rum : km/sek Vand : km/sek Rudeglas : km/sek

Bølgeformlen Bølgeformlen : v = f * ג Bølgens fart = frekvens * bølgelængde Når vi taler og lys, angiver vi farten som km/sek med tegnet c. Når lys bevæger sig gennem forskellige stoffer, er frekvensen uforandret, mens farten ændres – og dermed også bølgelængden.

Polarisation Lys udbreder sig som tværbølger. I upolariseret lys ligger tværbølgerne i alle retninger vinkelret på udbredelses-retningen. I polariseret lys ligger tværbølgerne kun i én retning vinkelret på udbredelses-retningen. Forsøg : Forsøg med polarisation af lys

Lys som elektromagnetisk bølge En bølge er en svingning, som udbreder sig gennem et stof. Lysbølger behøver ikke noget stof at udbrede sig i – kan bevæge sig i lufttomt rum. En lysbølge er en elektromagnetisk bølge – ligesom radiobølger, mikrobølger, røntgenstråling og gammastråling.

Synligt lys’ frekvenser Albert Einstein fik i 1922 Nobelprisen for sin forklaring om den foto-elektriske effekt. En bølgepakke kaldte Einstein en foton. Fotonen betragtes som en partikel. Fotonens energi = lyskvant. Når et stof udsender eller optager lys, så sker det i form af fotoner. En fotons energi afhænger kun af lysets frekvens.

Fotonens energi Energi måles i Joule ( J ) 1 J = den energimængde, der oplagres i et 100 g lod, hvis vi hæver det 1 meter. Fotoners energi måles i elektronvolt ( eV) En elektronvolt er den mængde af energi, en elektron får, når den accelerer mellem 2 plader, hvor spændingen er 1 volt. 1 eV = 1,602 * J Energimængden i 100 g loddet = 6,24 * eV

Beregning af fotonens energi Einstein beregner fotonens energi: E = h * f h = konstanten 4,13 * eV*s f = frekvens Eksempel: Fotonenergien i rødt og violet lys: –E (rødt) = 4,13 * * 3,9 * eV = 1,6 eV –E ( violet ) = 4,13 * * 7,7 * eV = 3,2 eV

Konklusion: Lys har både bølgeegenskaber og partikelegenskaber

Optisk gitter Et optisk gitter er en plade med f.eks. 300 linier/mm. Linierne bryder lyset. Når man sender hvidt lys igennem et optisk gitter, opdeles det i forskellige farver ligesom regnbuen. Farverne glider over i hinanden = kontinuert spektrum.

Grundstoffernes liniespektrum Når et atom tilføres tilstrækkeligt med energi f. eks. varme eller elektricitet, udsendes der lys. Ethvert grundstof har sit eget liniespektrum, hvor de forskellige bølgelængder optræder som skarpt lysende linier af forskellige farver, der kaldes spektrallinier. Ethvert grundstof kan identificeres ved sine spektrallinier. Spektralanalyse = Identifikation af et ukendt stof ud fra spektrallinierne.

J. J. Balmer (1885 )

Spektrallinier Forsøg : Forsøg med grundstoffer og lys Teoriopgave : Beregning af bølgelængderne for brintspektrets 4 farver.

Niels Bohrs påstande. Niels Bohr ( ) forundring over Rutherfords atommodel og spektrallinierne 1. påstand: 1) En elektron kan kun kredse omkring kernen i nogle bestemte baner uden at afgive energi i form af fotoner (elektromagnetiske bølger). 2) I hver bane har elektronen en bestemt mængde potentiel energi, hvor energien vokser, jo større skalnummeret er - d.v.s. jo større banen er. Bohr kaldte banerne for energiniveauer. Grundtilstanden : der hvor energien er lavest.

Bohrs formel for energiniveauer n er skalnummeret E1 = ( ) = * 0 = 0 eV E2 : * ( 1- 1/22) = * 0.75 = eV

Bohrs 2. påstand Når en elektron springer fra en større bane til en mindre bane, udsendes en foton. Den udsendte fotons energi ( delta E ) svarer til energiforskellen mellem de to baner. Springer en elektron fra bane 5 ned til bane 3, så er den udsendte fotons energi eV - 12,09 eV = 0.97 eV Forsøg : Forsøg med flammefarvning.

Nogle stoffers lys-udsendelse Nogle stoffer lyser op, når de bliver udsat for UV-lys. UV-lys er energirige fotoner. Flourescerende stoffer = når anslåede elektroner ikke falder tilbage på én gang, f. eks. optisk hvidt. Fosforescerende stoffer: elektroner med en vis levetid i anslået tilstand.