Fysik 2 – Instuderingsfrågor för Elektromagnetiska vågor
Elektromagnetiska vågor för Fysik 2 är ena delen av kapitlet om vågor för Fysik 2. Här fördjupas vi mer om de vågor som består av ett elektriskt och magnetiskt fält och som färdas i hastigheter nära ljusets! Förutom elektromagnetiska vågor kallas även detta kapitel för elektromagnetisk strålning och det samlade namnet för bägge vågtyperna är vågrörelselära. Nedanför här finns våra instuderingsfrågor som är en sammanfattning där alla nödvändiga begrepp och samband för att klara av kapitlet om elektromagnetiska vågor i Fysik 2 förklaras. I denna delen av Fysik 2 vågor får vi bland mycket annat bekanta oss med fenomenet hägring, lära oss mer om ljusets- och laserljusets egenskaper samt vad temperaturstrålning är.
Vi på FysikStugan rekommenderar att du använder dessa instuderingsfrågor när du pluggar inför ett prov. Då antingen som en sammanfattning för att lära dig mer om de begrepp som rör de elektromagnetiska vågorna eller som övningsprov för att testa dina kunskaper. Är det ett specifikt begrepp du kommit hit för att veta mer om så tipsar vi om funktionen ”ctrl + f” så får du upp en sökruta så du slipper leta igenom allt. Och för dig som egentligen kom hit för att få beräkningsuppgifter om elektromagnetiska vågor, klicka på länken här precis under.
TRYCK HÄR för att ta genvägen till övningsuppgifter på elektromagnetiska vågor för Fysik 2!
Vi vill innan ni börjar läsa sammanfattningen här nedanför poängtera att om ni känner att en förklaring är dålig eller ni hittar någon felstavning/felformulering, tveka då inte utan ta kontakt med oss direkt så rättar vi till det! Tack på förhand :)
LYCKA TILL!
Instuderingsfrågorna till kapitlet Elektromagnetiska vågor för Fysik 2
1. Vad är hägring?
Hägring är ett ljusfenomen i atmosfären som orsakas av ljusets brytning och spegling inom vissa luftlager. Det beror på att ljus passerar luft med olika temperatur vilket leder till att ljusets hastighet ändras och att det därför böjs av.
En vanlig synvilla sker i öknen. Ibland tror man att det ser ut som vatten längre bort men i själva verket är det himmeln man ser.
2. Vad är refraktion och vad är reflektion?
Refraktion betyder brytning. Ljusets bryts eftersom det rör sig i olika hastighet i olika medium.
Då du ska göra uppgifter på hur mycket en infallande stråle bryts av är det viktigt att komma ihåg att vinkeln (infallsvinkeln och brytningsvinkeln) alltid utgår från ytnormalen (se bild på fråga 1). Kom också ihåg att frekvensen är oförändrad vid brytning men hastigheten och våglängden ändras när vi byter medium.
Hur mycket en elektromagnetisk stråle böjs av, eller hur mycket våglängden förändras kan beräknas med brytningslagen:
3. Vad är reflektionslagen? Förklara den.
Reflektionslagen är en ”lag”. Enligt reflektionslagen är infallsvinkeln lika stor som reflektionsvinkeln.
Så när ljus studsar mot en yta kommer ljuset reflekteras. Infallsvinkeln är lika stor som reflektionsvinkeln (se bild)
4. Vad är transmission? Förklara, utgå från kapitlet om elektromagnetiska vågor
Transmission är det fenomen då ett material släpper igenom elektromagnetisk strålning.
5. Vad innebär totalreflektion?
Totalreflektion sker då ingen del av vågen transmitteras utan all energi reflekteras. Det sker endast då ljus går från ett optiskt tätare medium till ett optiskt tunnare medium. Exempelvis då ljus går från glas till luft.
För att beräkna totalreflektionen ska den infallsvinkel som ger 90 grader i brytningsvinkel beräknas. Befinner man sig under vatten och kollar upp mot ytan kan man se fenomenet. Då ser man inte längre ut utan det man ser är botten längre bort.
6. Vilka egenskaper har ljus?
Vitt ljus är opolariserat vilket innebär att det innehåller många vågrörelser som är spridda runt ljusets linjära utbredning.
Ljus som reflekteras blir polariserat och kan då stängas ute med hjälp av ett polarisationsfilter. Det är till exempel så skidglasögon och solglasögon fungerar. Ljus som reflekteras av marken blir polariserat och kan därför inte ”passera” solglasögonen ==> du ser tydligare.
Vitt ljus sprids mycket och därför säger man att det har en hög divergens.
7. Vad är speciellt med laserljus? Vilka egenskaper har laserljus? – Elektromagnetiska vågor
Egenskaper för laserljus är att:
- Laserljus är monokromatiskt, vilket betyder att det endast består av en våglängd.
- Dessutom är laserljus är koherent vilket betyder att det svänger i fas.
- Laserljus är oftast polariserat vilket leder till att de divergerar lite/svagt.
8. Vad är Huygens lag? Vad är diffraktion?
Varje del av en vågfront kan anses som en egen vågkälla.
Den gula linje är en spalt. Då vågfronten når spalten böjs den vid hålets kanter vilket medför att det bildas en ny våg.
Diffraktion innebär böjning av vågfront. För att diffraktion ska vara möjligt måste spalten vara lika stor eller mindre än vågens våglängd.
Enligt Huygens princip kommer vågkällor finnas som interfererar med varandra.
9. Vad är interferens?
Interferens är påverkan. För att läsa mer om interferens se instuderingsfrågorna om mekaniska vågor.
10. Hur interfererar laserljus med dubbelspalt eller gitter?
För att interferens ska ske är det viktigt att skärmen och spalten är parallella och ljuset är vinkelrätt mot spalten. Detta så centralmax bildar en rät linje mot skärmen (se nummer 1).
Hur stor brytningen blir kan beräknas med gitterformeln (se fråga 11).
Vid interferens i dubbelsaplt och gitter finns en skärm som kan användas för att läsa av centralmax samt 1:a, 2:a ordningen osv. Ett gitter har, till skillnad från en dubbelspalt många spalter. d är avnståndet mellan två spalter och d beräknas: d= 1/[antalet linjer per millimeter].
11. Hur lyder gitterformeln?
Gitterformeln ser ut enligt följande:
12. Vad är koherens?
Att två vågor är koherenta innebär att vågorna svänger i fas. Är två vågor koherenta svänger de med samma frekvens och i samma fas (har toppar och dalar samtidigt).
13. Vad är polarisation? Hur fungerar det?
Vitt ljus är väl divergerat (mycket spritt) men genom att använda ett polarisationsfilter blir ljuset samlat i ett plan.
14. Vad är temperaturstrålning?
För att förklara temperaturstrålningen behöver vi först förstå tre begrepp; absorption, emission och emittans.
Absorption sker då ett föremål som belyses av elektromagnetisk strålning (till exempel solljus) tar upp energin. Då har den absorberat energin.
Hur emittansen beräknas. Emittans har enheten Volt per kvadratmeter (W/m^2)
Emission är den energi föremål sänder ut. Alla föremål som är varmare än 0 Kelvin måste sända ut energi. Strålningen kallas för temperaturstrålning.
Emittansen beskriver intensiteten på temperaturstrålningen. Beräkna emittansen :
Förklaringen till temperaturstrålningen finns i kvanthypotesen. Kvantyhypotesen säger att ljuset består av små energipaket, kvanta. Vi säger istället att ljus består av fotoner (samma sak).
15. Vad är en svartkropp?
En svartkropp är en kropp som absorberar OCH emitterar 100 % av all strålning. En svart kropp utstrålar kontinuerlig elektromagnetisk strålning enligt Plancks strålningslag (se formeln här). Ett exempel på en svartkropp är solen. Den är 6000 K varm och sänder främst ut våglängder ur det synliga elektromagnetiska spektrumet.
I uppgifter kommer det stå om det handlar om en svartkropp eller inte. KOM IHÅG att temperaturen ska mätas i Kelvin i kapitlet om elektromagnetiska vågor.
16. Vad är Wiens förskjutningslag? Förklara.
Wiens förskjutningslag ger oss den våglängd där den spektrala emittansen är som störst.
Formel Wiens förskjutningslag
KOM IHÅG att temperaturen skall vara/fås i Kelvin.
17. Hur lyder Stefan-Boltzmanns lag?
Stefan-Boltzmanns lag gäller för svartkroppsstrålning och anger hur den utstrålade energin (emittansen (M)) beror av den absoluta temperaturen (t).
Stefan-Boltzmanns konstant σ ≈ 5,6705·10–8 W/(m2·K4). Formeln ser ut enligt följande:
Stefan-Boltzmanns lag Formel Fysik 2
