Visoka kola elektrotehnike i raunarstva strukovnih studija

SEMINARSKI RAD Naziv teme seminarskog rada :Frekventna analiza vidljive svetlosti

Profesor: Dr. Bratislav Marinkovi

Student: Nikoli Vladimir elite12/09

Sadraj:1. Uvod.............................................................................................1 2. Sunevo zraenje?.......................................................................1 3. Apsorpcija u atmosferi Zemlje2 4. Dva razloga zbog kojih ne moemo videti u daleko

ultraljubiasti region.35. Dva razloga zbog kojih ne moemo videti u daleko IC regionu5 6. Zakljuak8

1.Uvod Vidljiva svetlost predstavlja samo vrlo uski deo irokog elektromagnetskog spektra. Ovaj lanak opisuje nekoliko razloga zato je ljudsko oko moe videti samo u okviru ovog ogranienog dometa. Solarna emisije i niske apsorpcije u atmosferom su utvrivanje uzroka, ali ne i jedini. Energija hemijskih veza, optikih svojstava materije, crno telo emisija I talas karakter svetlosti uzrok daljeg ogranienja, koje su sve neverovatne podudarnosti Od kraja 19. veka, nama je poznato da je vidljivo svetlo deo elektromagnetnog zraenja. Talasna jednaina i za elektrinog i magnetnog polja moe izvesti iz Maksvel jednaine, kao i postojanje elektromagnetnih talasa koje je eksperimentalno pokazao Hajnrih Herc 1888. Meutim, vidljivo svetlost pokriva samo mali deo skale. Odnosno frekvencije izmedju ljubiaste i crvene svetlost. . Nakon razmatranja ovog, osnovno pitanje je: "Zato ljudsko oko (kao i, u stvari, oko bilo koje druge ivotinje) moze primetiti samo ovaj opseg elektromagnetnog radijacije? Da li je to samo sluajno, ili da li postoje ozbiljni razlozi za to? 2.Sunevo zraenje? Odgovor na pitanje zato je vidljiva svetlost je ono to moemo da vidimo moe biti vrlo jednostavan odgovor: ovim talasnim duinama uglavnom emituje Sunce. U ovom lanku, vidljivo svetlo znai opseg elektromagnetnog zraenje ima talasnu duinu od 390 nm do 750 nm. Na slici 1 posmatramo spektar sunevog zraenja.

1

Slika 1. Njegov maksimalna vrednost priblino odgovara sredini vidljivog spektra, i moe se pretpostaviti da je evolucija kreirala I usavrsila svetlosne senzore za ovaj spektar elektromagnetnih zraenja. 3.Apsorpcija u atmosferi Zemlje Solarna emisije u odreenom delu elektromagnetnog spektra nemaju uslove koji moraju biti ispunjeni kako bi se osiguralo dovoljno koliinu svetlosti na povrini Zemlje. Zraenja mora da proe kroz atmosferu Zemlje, to znai da apsorpcija vidljive svetlosti mora da bude niska. Sto je zapravo sluaj. Kojeficijent apsorpcije atmosfere Prikazan je na slici 2.

Slika 2.

2

Moe se videti 'prozor' u vidljivom delu spectra i vee apsorpcije izvan spectra izmedju ultraljubiaste i infracrvene. Apsorpcija elektromagnetnog zraenja u opsezima blizu vidljive svetlosti moe se izvriti kroz dve razliite podele. (1) Podela oscilacije molekula. Ovo vai i za infracrveni region sa talasnim duinama oko 10 m. Primer bi bio apsorpcija od ugljenika dioksida na 4,26 m i 15,00 m. (2) Promene energetskog stanja elektrona, ili neke promene u hemijske veze. Ovo se deava unutar vidljivog i ultraljubiastog spektra. Na primer, i stvaranje i unitenje molekuli ozona su uzrokovane apsorpcije ultraljubiastih zraka. Zanimljivo je napomenuti da apsorpcije oba ekstrema vidljive svetlosti je povezan za dva ozbiljna ekoloka problema. Apsorpcija od strane ozona molekule biosfere titi od ultraljubiastog zraenja, a potencijalno unitenje ozonskog omotaa moe predstavljati ogromnu opasnost po ivot na Zemlji. Na drugoj strain elektromagnetnog spektra, apsorpcija infracrvenog zraenja CO2 molekula moe da povea efekat staklene bate, to bi dovelo do ozbiljne globalne klimatske promene. Moemo sa ubedjenjem zakljuciti na argument, jer je razlog za utvrdjivanje spektra vidljive svetlosti jasnan: ovo zraenje ima najvei intenzitet na povrini od naih planete. Jo iznenaujue, jo uvek postoje drugi argumenti koji mogu da budu prikazani. 4.Dva razloga zbog kojih ne moemo videti u daleko ultraljubiast region Celo ljudsko telo se zasniva na hemijskim reakcijama, i fizioloki procesi se zasnivaju na hemijskih reakcija. Isto vai i za detekciju svetla na mrenjau oka, gde energiju fotona apsorbuje rhodopsin da menja geometrijski isomerism iz ZND u Trans. Foton mora biti apsorbovan u celini, to znai da mora biti mogue da se promeni energetski nivo molekula za isti iznos kao i energija fotona. tavie ova promena mora biti obostrana, jer isti mrenjae otkriva svetlosti tokom ljudskog ivota. Najefikasniji nain da to uradite je da iskoristi reverzibilne promene hemijskih veza. To znai da je energija3

vidljivih fotona mora biti u istom opsegu kao I energija hemijskih veza. To je u stvari i sluaj. Energija hemijske veze se razlikuje od 0,01 eV (van der Valsov) do 5 EV (kovalentna), dok vidljiva svetlost sastoji od fotona energije iz 1,6 eV (crveno svetlo) do 3,4 eV (ljubiasta svetlo). Foton sa znatno vie energije Ne moe da se apsorbuje od strane hemijski kontrolisanog reverzibilnog mehanizma, i apsorpcija dovodi do velikih razaranja. Dobro je poznato da ultraljubiaste ili ak rendgen zraenja tetno za ljudska i ivotinjska tkiva. To je dobar primer koji pokazuje koliko rada obavlja nae telo da lee oteenja koe od izlaganja sunevog zraenja Postoji retka genetska bolest zove keroderma pigmentosum koju izaziva nedostatak imuniteta koji koriguje tete usledizlaganja ultraljubiasto zraenje. . Osobe pogoene ovom bolesti ne moe biti izloen sunevoj svetlosti, ak ni kada odsjaj dolazi preko obinog stakla prozora. . Oni se nazivaju "Deca meseca ', jer oni mogu izlaziti napolje samo nou da se izbegne bilo rizik. Poto ovo ne moe da se ispuni u svakom trenutku, oni esto umiru od raka u vrlo mladi. Svetlosni zraci su odstupili od prelamanja, a da to urade, optiki materijal sa indeksa prelamanja znatno veim od 1,0 mora da bude dostupan. . Indeks prelamanja objektiva ljudskog oka je oko 1,4 u vidljivog spektra, ali za vee energije loma indeks za praktino sve materijale konvergira ka jedan. Jedan primer-kvarcnog staklailustrovan je na slici 3.

4

Disperzija je odnos jedinstven za svaki pojedinani materijal, ali opti trend konvergencije ka-jedan za kratkim talasnim duinama-vai za bilo koji materijal. To je razlog zato, nakon dostizanja limita difrakcije optikih mikroskopije, rezolucija se ne moe poboljati uspomo zraenja ultraljubiastim ili ak rengen zracima. Istovremeno, to je razlog zato ultraljubiasta nikada ne bi mogao da postoji okom vidljiva. 5.Dva razloga zbog kojih ne moemo videti u daleko IC regionu Ne samo sunce ili sijalica, bilo koje telo sa temperaturom iznad apsolutne nule emituje elektromagnetna zraenja. Za temperature ispod 500 C zraenje je skoro u potpunosti u okviru IC regionu. Ljudsko telo, sa temperaturom oko 40 C, emituje infracrvene elektromagnetna zraenja sa maksimalnim intenzitetom na talasnoj duini od 10 m, kao to se vidi na slici 4.

Slika 4.

5

To ini efikasan i osetljiv infracrvei vid nemogucim. Detektovana radijacija signala e biti u senci unutranje zraenje ljudskog tela, one mrenjae i sebe. Veoma je interesantno napomenuti da infracrveni vizija zaista postoji kod divljih ivotinja. Neke vrste kao to su zmije zvearke, ili piton koji imaju poseban organ, zajedno sa normalnim oko kojim su u stanju da "vide" infracrvena svetla. Kae se da su ovi organi osetljiviji od bilo kog drugog infracrvenog detektor napravljenog od strane oveanstva. Oni su u stanju da detektuju radijaciju do talasne duine 10 m, koji su u region u kome toplokrvne ivotinje emituju. . Princip njihovog funkcionisanja jo nije u potpunosti poznata. Kvalitet IC vida ne moe se porediti sa normalnim oima, meutim, kako moemo zakljuiti iz injenice da su zmije je zadrala svoje 'vidne' oci, zajedno sa IC organima. Oi za infracrven vid su slicnije insektskim oima nego ljudskim. Postoji vie pojedinanih detektora, od kojih svaki moe da detektuje radijaciju dolaze iz ogranienog vizuelnog ugla. Na ovaj nain, zmija moe da dobije priblini informacije o izvorima infracrvene svetlosti u blizini njene glave, na primer mala toplokrvna ivotinja. Ona je u stanju da razlikuje iva tela od mrtvih na rastojanju od 5-10 cm. Moe se videti da su mogunosti tih oiju u stvari, veoma ograniene. Svetlost je karakteristican talas, i kao i svaki drugi talas ga difraktuje kada je ivica talasa nekako ograniena, na primer, tako to prolaze kroz kruni otvor ili uski prorez. Pre ulaska u oi, svetlo mora da proe kroz zenice, gde se javlja difrakcija. Kada talas aviona udari oko po difrakcija na zenicu, postaje divergentan a objektiv nije u stanju da konvertuje svetlost snopa u jednu taku u fokusu, kao na slici 5.

6

Slika 5. Umesto fokusiranja na taku, svetlo svetli malim snopom prenika oko d dao gde je je talasna duina, inu daljinu i D prenika zenice.

Primenom normalne vrednosti, dobija se mesto prenika d od oko 5 m. Ovo je veliina slike individualni zvezda, na primer. Otrina vida na taj nain obrnuto proporcionalan talasnoj duini. Sa vecom talasnom duinom bi manji kapacitet za vida. Difrakcija svetlosti je velika ogranienja, posebno za male oi insekata. Nije bilo evolucioni pokretaka snaga za izgradnju objektivnim okom za insekte. Ako jedinjenje ima oko iste veliine kao ljudsko oko, rezolucija bi bila mnogo gora. Ali, ako oko mora da bude submillimeter u dimenziji, jedinjenje oka je mnogo bolja za vid, sa drugim prednostima, pre svega izuzetno veliki vidni ugao.

7

6.Zakljuak Moemo rezimirati navedene injenice u par kratkih izjava:

Sunevo zraenje je najintenzivnije u vidljivom opsegu. Zemljina atmosfera je efikasno transparentna u istoj spektralnoj oblasti. energija hemijske veze se moe uporediti sa energetskim nivoima vidljivih fotona; tako vidljiva svetlost se moe otkriti pomocu hemijskih promena. u vidljivom opsegu, indeks prelamanja materije je dovoljno razliit od jedinstva i zato optiki sistem efikasnog soiva oka moe biti formirana. ljudsko telo emituje elektromagnetno zraenje koje je sada u skali od vidljive svetlosti i ne preeksponira samo oko. Zbog male talasne duine, Difrakcija svetlosti na zenicu oka je slaba i ne remeti otre slike na mrenjai.

Svetlost je deo spektra elektromagnetnog zraenja iz opsega talasnih duina vidljivih golim okom. Nekad se kae i vidljiva svetlost to bi bio pleonazam da se termin svetlost ne koristi i u irem smislu da oznai elektromagnetno zraenje bilo koje talasne duine (recimo ultaljubiasti zraci, koje ovek ne vidi golim okom, a koji izazivaju fluorescenciju raznih materijala, esto se nazivaju crnim svetlom).

8

ovek i ivotinje imaju razliit bioloki sastav oka, tako nije svima neka boja podjednako vidljiva. Zato se za jainu svetlosti pored fizike jedinice vat (Watt) upotrebljava jo fizioloka jedinica lumen (lm). Znai ako je neka svetlost jaine npr. 1 lumen, onda ima ovek isti oseaj vidljivosti pa bilo koje boje ta svetlost bila. Ali u fizikom smislu, za nas nije isto ako je neka svetlost jaine 1 vat, jer imamo oseaj, da je to svetlo jaine jednog vata ako je zelene boje dosta jae nego crvene ili plave. Vidljivost boja prikazuje donja tabela :

Na osnovu prikazanih podataka moe se primetiti, da je najjaa boja na = 540-555 nm, a to je talasna duina za uto-zelenu boju. To je razlog, zato se za signalna svetla (semafori, vozila) koriste zelena, uta i crvena svetla, na koja je nae oko najosetljivije. Crna boja nije boja ve odsustvo boje. Ljudski mozak ne prima nikakav signal prilikom gledanja u crnu boju.

9

Prema aditivnom principu sve boje su kombanacije eng. RGB red, green, blue, znai da je mogue svaku boju napraviti kombinujui crvenu, plavu i zelenu. Bela je prisustvo svih boja a crna je odsustvo svih boja. Primer, kako se od tri boje dobijaju najrazliitije boje je mastilo tampaa u boji. Na ovom principu rade i CRT monitori raunara ili klasini TV ureaji. Vidljiv deo elektromagnetnog spektra je talasnih duina od 380 do 780 nm (nanometara), odnosno frekvencije (uestanosti) od 41014 Hz do 7,91014 Hz. Svetlost istovremeno ispoljava osobine talasa i estica. Svetlosna estica, kvant, je foton. Osnovne karakteristike svetlosti, shvaene kao talasa, su: * intenzitet (proporcionalan amplitudi talasa) * frekvencija, talasna duina ili boja * polarizacija

10