145.Refrakcja molekularna
Za współczynnik załamania n danej substancji odpowiedzialne są jej elektrony, a przede wszystkim elektrony walencyjne (biorące udział w tworzeniu wiązań). Ich reakcja na działania pola elektrycznego fali świetlnej decyduje o wartości współczynnika załamania danej substancji.
W związku z tym ze wiązania wpływają na wartość n wyprowadzono parametr charakteryzujący dana cząsteczkę i związany z n.
Jest to refrakcja molekularna:
Jeżeli chmury elektronowe w cząsteczce są od siebie niezależne (nie oddziałują ze sobą) to zsumowane refrakcje wszystkich wiązań równają się refrakcji molowej cząsteczki.
Dzieje się tak np. w wielu cząsteczkach organicznych oraz tych nieorganicznych w których występują wiązania jonowe. W takich przypadkach mówimy że refrakcja jest addytywna i liczymy ją jako sumę refrakcji wszystkich wiązań.
R=2*RC-H +2*RCl-C+RC=C
Refrakcje taką można również zmierzyć pośrednio mierząc współczynnik załamania światła i mając dane: masę molową i gęstość.
146. Egzaltacja
Pewne właściwości cząsteczki możemy traktować jako sumę właściwości tworzących je wiązań chemicznych. Takie podejście jest możliwe w odniesieniu do cząsteczek w których, chmury elektronowe poszczególnych wiązań są w znacznym stopniu od siebie niezależne tzn. nie oddziałują ze sobą. Wówczas zsumowane refrakcje molekularne wszystkich wiązań równają się refrakcji molekularnej cząsteczki. Mówimy, że refrakcja molekularna jest addytywna. Wykorzystując zasadę addytywności możemy obliczyć refrakcję molekularną np. dla dwuchloroetylenu C2H2Cl2. R(refrakcja wynosi) RC2H2Cl2=2*RC-H+2*RC-Cl+RC=C Gdzie z odpowiednich tablic odczytujemy potrzebne refrakcje wiązań. Podajemy ją w następującej jednostce [m3/mol]. Refrakcję możemy zmierzyć pośrednio – mierząc współczynnik załamania i mając dane: gęstość molową i gęstość badanej substancji. Ze wzoru:
R=n2-1M/n2+2d
Gdzie: d- gęstość, M- masa molowa, n- współczynnik załamania
Różnicę obu refrakcji, a właściwie jednej wyznaczonej dwoma metodami nazywamy egzaltacją refrakcji molekularnej. Można ją traktować jako pewną miarę niezależności wiązań chemicznych w cząsteczce. Gdy wiązania są od siebie niezależne, egzaltacja refrakcji jest bliska zeru; odwrotnie- jej wzrost świadczy o tym, że elektrony z różnych wiązań oddziałują ze sobą. Niezależnymi wiązaniami są wiązania pojedyncze a zależnymi wiązania wielokrotne.
147. Refraktometr Abbego
Mierząc kąt graniczny w ośrodku gęstszym o znanym współczynniku załamania n2 można wyznaczyć wsp. zał. ośrodka optycznie rzadszego n1
n1= n2 sing
Na tej zasadzie oparte jest działanie refraktometru Abbego. Jego główna częścią jest kostka złożona z dwóch prostokątnych pryzmatów p1 i p2 wykonanych ze szkła o dużym współczynniku załamania n2. Pryzmaty złożone są swoimi płaszczyznami przeciwprostokątnymi a powierzchnia dolnego pryzmatu jest matowa. Badana cześć wprowadzamy pomiędzy pryzmaty ( ciesz musi mieć n mniejsze od n szkła). Źródło światła Z kierujemy za pomocą zwierciadła L na dolny pryzmat gdzie ulega ono rozproszeniu na matowej powierzchni tak że w cieszy rozchodzi się w rożnych kierunkach. Na górny pryzmat padają promienie pod rożnymi kątami ale w pryzmacie biegną tylko w obrębie kąta granicznego. W okularze lunetki do której wpadają promienie po wyjściu z pryzmatu widzimy jasna i ciemna cześć pola widzenia (jasna oświetlona jest przez promienie w obrębie kata). Jeśli rozgraniczenie pól ustawimy za pomocą kostki przechodzącej przez punkt 0 na środek krzyża w okularze to możemy odczytać współczynnik załamania cieczy.
Jako ze współczynnik załamania światła zależy od stężenia to dla niektórych cieczy (dla takich dla których zależność współczynnika załamania od stężenia jest jednoznaczna ) wykonując pomiary współczynnika załamania światła można wykonać wykres n=f(c) dla znanych stężeń a następnie mierząc współczynnik załamania światła odczytać nieznane stężenie.
148. Aktywność optyczna
Aktywność optyczna lub czynność optyczna – właściwość niektórych związków chemicznych polegająca na zdolności skręcania płaszczyzny polaryzacji światła spolaryzowanego. Warunkiem koniecznym występowania aktywności optycznej cząsteczek jest ich chiralność, czyli istnienie w formie dwóch nienakładanych enancjomerów. Nie wszystkie cząsteczki chiralne wykazują jednak aktywność optyczną. Aby ją wykazywać w zauważalnym stopniu, chiralne cząsteczki muszą posiadać silnie spolaryzowane wiązania chemiczne blisko centrum chiralności lub posiadać przy tym centrum znacząco różne podstawniki. Skręcalność optyczna jest funkcją długości fali światła. Związki optycznie czynne mogą występować w odmianach prawoskrętnej i lewoskrętnej. Właściwość ta charakterystyczna dla wielu związków nosi nazwę izomerii optycznej i związana jest z rodzajem symetrii w budowie tych cząstek. Do związków skręcających płaszczyznę polaryzacji należą min. roztwory cukrów. Ta właściwość cukrów wykorzystywana jest w diagnostyce medycznej, gdzie za pomocą polarymetrów określa się stężenie cukrów w roztworach( głównie w moczu). Polarymetry takie nazywamy- sacharymetrami. Do optycznie aktywnych zaliczamy także roztwory wielu biopolimerów- w tym białek i kwasów nukleinowych. O aktywności optycznej tych związków decyduje zarówno asymetria budowy pojedynczych grup- merów jak i przestrzenne rozmieszczenie tych grup w łańcuchu polinukleotydowym.
149. Substancje optycznie czynne
Substancje optycznie czynne są to związki chemiczne wykazujące zdolność skręcenia płaszczyzny polaryzacji przechodzącego przez nie światła. Związki te można podzielić na 2 grupy. Pierwsza stanowią te które wykazują aktywność optyczna tylko w określonym stanie skupienia (np. krystalicznym- chloran sodowy). Druga obejmuje substancje wykazujące aktywność optyczna niezależnie od stanu skupienia – np. prawie wszystkie biopolimery. Musza one charakteryzować się posiadaniem jednej z dwóch cech: chiralnością lub brakiem elementów symetrii.
Chiralność oznacza ze związek chemiczny może występować w formach enancjomerycznych natomiast brak symetrii odnosi się najczęściej do związków zawierających asymetryczny atom węgla. Związki optycznie czynne wykazują wobec światła spolaryzowanego dwójłomność kołową. Oznacza to ze fale spolaryzowane w prawo i lewo rozchodzą się z rożnymi prędkościami. Jeżeli jedna wyprzedza druga to w roztworze występuje skręcenie płaszczyzny polaryzacji o kat
j=[a]l * c * l
Gdzie: a- skręcalność właściwa przy długości fali l
l – długość drogi optycznej
c - stężenie
Dodatkowo dla niektórych związków chemicznych [j]= f(l) ma postać monotonicznie zmniejszającej się wartości [j] wraz ze wzrostem długości fali. Przebieg zależności wykazuje zdecydowana odmienność jeżeli związek chemiczny charakteryzuje się w zakresie użytych długości fal występowaniem pasm absorpcyjnych. W takim ośrodku fale spolaryzowane kołowo nie tylko rozchodzą się z rożnymi prędkościami ale są tez w rożnym stopniu pochłaniane. Taki ośrodek wykazuje dichorizm kołowy ( wynik efektu Cottona)
150. Aberracje chromatyczne i sferyczne
Aberracja chromatyczna - Obrazem punktu nie jest punkt, ale obszar trójwymiarowy w którym strumień światła jest niejednorodny i w dodatku barwny. Związane jest to z tym, że prędkość rozchodzenia się światła tylko w próżni jest niezależna od częstotliwości, czyli od barwy. Współczynnik załamania światła a więc i ogniskowa są zależne od barwy światła. Jeśli punkt wysyła światło białe to układ optyczny wytworzy ciąg obrazów, gdzie obraz utworzony przez promienie fioletowe będzie najbliżej od układu a utworzony przez promienie czerwone – najdalej od układu. Powiększenie układu także zależy od barwy promieni i jest różne dla różnych barw. Zjawiska te nazywamy aberracjami chromatycznymi położenia i powiększenia i są spowodowane dyspersją czyli zależnością współczynnika załamania od częstotliwości. Miarą dyspersji jest współczynnik dyspersji, który jest różny dla różnych rodzajów szkła co jest wykorzystywane do korekcji aberracji chromatycznych w układach optycznych. Korekcja: pokrycie ogniska utworzonego przez promienie fioletowe i ogniska utworzonego przez promienie czerwone w układzie złożonym z dwóch soczewek dodatniej i ujemnej tak żeby wartość bezwzględna zdolności skupiającej soczewki dodatniej były np. dwa razy większe niż ujemnej, a współczynnik dyspersji szkła soczewki dodatniej dwa razy mniejszy niż ujemnej. Taki układ jest achromatyczny(pierwszy stopień korekcji chromatyzmu).
Aberracja sferyczna - Jeżeli promień biegnie poza obszarem przyosiowym wówczas ogniskowa jest zależna od wysokości h, im większe h tym krótsza ogniskowa. Aberracja sferyczna jest miarą wady układu optycznego, jej miarą jest odległość między ogniskiem dla promieni przyosiowych a ogniskiem dla promieni skrajnych dla h maks. Aberracja sferyczna jest aberracja osiową – dotyczy obrazów punktów lezących na osi. Aberracja dotyczaca obrazów punktów lezących poza osia nazywa się koma.
Aberracja pozaosiowe: astygmatyzm, krzywizna pola i dystorsja.
Astygmatyzm rośnie z kątem ω( kąt między promieniem padającym a osia optyczną). Jego miarą jest różnica zdolności skupiającej w dwóch przekrojach głównych : południkowym i równoleżnikowym. Im bardziej skośna wiązka tym większa różnica zdolności skupiającej między tymi przekrojami. Przekrój południkowy jest wyznaczany przez płaszczyznę południkową zawierającą oś wiązki i oś optyczną, przekrój równoleżnikowy jest wyznaczany przez płaszczyzną równoleżnikową prostopadła do poprzedniej i zawierającą oś wiązki światła. W tych przekrojach promienie krzywizn są różne.
Krzywizna pola – obszar płaszczyzny jest powierzchnią krzywą.
Dystorsja – powiększenie P układu zmienia się z kątem ω, obrazem siatki kwadratowej ma kształt poduszki przy rosnącym P wraz ze wzrostem ω lub beczki przy malejącym P.
151. Układ optyczny oka
Układ optyczny:- jest to każdy przeźroczysty obszar z przestrzennym rozkładem współczynnika załamania n=f(x,y,z).
àJest szerszym pojęciem niż soczewka, ponieważ obejmować może soczewkę, układ soczewek, układ układów optycznych (mikroskop).
àElementarnym układem optycznym jest powierzchnia załamująca (np. soczewka składa się z 2 powierzchni załamujących).
àZadanie układu optycznego:- przekształcenie przestrzeni przedmiotowej (zbioru punktów tworzących przedmioty) w przestrzeń obrazową (zbiór punktów tworzących obrazy tych przedmiotów).Więc każdy punkt przedmiotowy ma odpowiadający mu punkt obrazowyà wyjątek:-ogniska. Ognisko obrazowe NIE jest obrazem ogniska przedmiotowego.
Układ optyczny oka
àskłada się z: rogówki i soczewki ocznej. Ponieważ ośrodki optyczne graniczące z nimi są różne to ogniskowe obrazowa i przedmiotowa też są różne.
àprzesłoną aperturową jest tęczówka.
àma wyjątkową soczewkę ponieważ jej współczynnik załamania jest różny w poszczególnych warstwach(jądro-1,40; warstwy zewn.-1,33).
àprzez różne napięcie mięśnia soczewki, staje się ona bardziej lub mniej wypukła= zmienna zdolność skupiająca oka przy stałej odległości ukł. optycznego oka od siatkówki umożliwia tworzenie na siatkówce obrazów przedmiotów dalekich i bliskich= akomodacja.
152. Próg czułości oka
Żeby wywołane zostało wrażenie wzrokowe do oka musi być dostarczona określona porcja energii świetlnej, nie mniejsza od bezwzględnego progu czułości oka. Dla przeciętnego oka wynosi on 4x10-17 J co odpowiada około 100 kwantom. Bezwzględny próg czułości siatkówki wynosi 1-8 kwantów.
Aby wywołać wrażenie wzrokowe do oka musi dotrzeć określona ilość światła nie mniejsza od bezwzględnego progu czułości oka . W celu określenia bezwzględnego progu czułości oko które uprzednio jest zaadaptowane do ciemności poddaje się krótkim błyskom świetlnym zwiększając stopniowo energię tych błysków aż do momentu gdy pierwszy z nich zostanie zauwżony.
Jeżeli za 100 kwantów przyjmiemy 100% to w wyniku odbicia światła od ośrodków przeziernych do oka dotrze 40% z czego absorbowanych jest 20% czyli 8kwantów. Zatam bezwzględny próg czułości siatkówki wynosi 8 kwantów. Kwanty te nie padają na 1 pręcik tylko na grupę pręcików można przyjąć że 1 kwant powoduje pobudzenie 1 pręcika . Za pomocą rachunku statystycznego Pirenne potwierdził porównując wartości teoretyczne z doświadczalnymi, że bezwzględny próg czulości ma wartość 1-8 kwantów.
153. Refrakcja oka
Refrakcją oka R nazywamy odwrotność odległości SD punktu dalekiego D od oka
R=1/SD
Refrakcja jest mierzona w dioptriach. Gdy refrakcja oka jest równa 0 mówi się że oko jest miarowe wówczas punkt daleki od oka miarowego jest w nieskończoności. W przypadku gdy refrakcja oka nie jest równa 0 to oko obarczone jest wadą krótko lub dalekowzroczności. Zatem miarą wad wzroku jest refrakcja R
154. Zdolność skupiająca przedniej części rogówki. ???
Rogówka jest jednym z ośrodków przeziernych oka ograniczających ilość światła dochodzcego do siatkówki. Powoduje załamywanie promieni świetlnych. Jest soczewką wypukło-wklęsłą. Współczynnik załamania światła wynosi 1,376
155. Akomodacja oka
Akomodacja oka to zdolność tworzenia się na siatkówce obrazów przedmiotów zarówno bliskich i dalekich mimo praktycznie stałej odległości układu optycznego oka od siatkówki dzięki temu ze oko posiada zmienną zdolność skupiającą (wynika ona ze zmiany kształtu soczewki a co za tym idzie jej ogniskowej).
Ma ona pewien skończony zakres, wyznaczony przez zdolność do odwzorowania ostro na siatkówce obszaru między osiowymi punktami dalekim i bliskim. Obraz pierwszego jest utworzony na siatkówce gdy zdolność skupiająca oka jest najmniejsza, a drugiego gdy jest ona maksymalna.
156. Starczowzroczność
Starczowzroczność to proces zwężania zakresu akomodacji, który wywoływany jest przez sztywnienie w raz z wiekiem soczewki ocznej. Wynikiem tego przy stałym położeniu punktu dalekiego D punkt bliski B oddala się od oka np. dziecko punkt bliski ma w odległości kilku cm od oka natomiast człowiek 50-letni około pół metra.
Proces ten nie zmienia refrakcji oka.
Korekcja starczowzroczności polega na tym aby obraz punktu bliskiego oka został ustawiony przez tę soczewkę w odległości dogodnej do pracy.
157. Krótkowzroczność. Korekcja
Krótkowzroczność jest jedną z najczęściej spotykanych wad refrakcyjnych wzroku polegającą na tym, że tor optyczny oka nieprawidłowo skupia promienie świetlne. Promienie równoległe, które w akomodującym oku miarowym ogniskowane są na siatkówce, w nieakomodującym oku krótkowzrocznym ogniskowane są przed siatkówką.
Obraz na siatkówce w krótkowzroczności jest zamazany, a wrażenie wzrokowe krótkowidza jest nieostre. Żeby dobrze zobaczyć przedmiot krótkowidz przysuwa go bliżej oczu. Krótkowidz patrząc na obiekty odległe nie może pomóc sobie akomodacją, jak to czyni dalekowidz. Jeśli jednak jest wystarczająco jasno to pomaga sobie mrużąc oczy, zmniejszając rozproszenie obrazu na siatkówce poprzez zwiększenie głębi ostrości. W celu poprawy ostrości widzenia krótkowidza stosuje się okulary korekcyjne lub soczewki kontaktowe. Są to soczewki rozpraszające wklęsło-wypukłe. Ich moc optyczną podaje się w dioptriach dodając znak minus. Możliwy jest również zabieg chirurgiczny (bardzo duża skuteczność, możliwe ciężkie efekty uboczne).
158. Dalekowzroczność, korekcja
Oko jest miarowe jeżeli refrakcja oka jest równa zero, czyli sD = ∞, siatkówka jest styczna do ogniskowej oka nieakomodującego, punkt D jest w nieskończoności. Jeżeli ten warunek nie jest spełniony to wówczas mamy do czynienia z wadą wzroku. Promienie równoległe, które w nieakomodującym oku miarowym ogniskowane są na siatkówce, w nieakomodującym oku nadwzrocznym ogniskowane są za siatkówką. Refrakcja jest większa od zera i sD jest większe od zera.
Korekcja polega na dobraniu takich soczewek żeby obraz punktu nieskończenie odległego utworzonego przez tą soczewkę pokrywał się z punktem dalekim oka. Czyli soczewkę która po ustawieniu przed okiem miałaby ognisko obrazowe w punkcie dalekim oka. Wtedy płaszczyzna ogniskowa obrazowa układu soczewka korekcyjna + układ optyczny oka jest styczna do siatkówki oka nieakomodującego. Zdolność skupiająca soczewki Dk
Dk =R/ (1 – lR)
Gdzie: l to odległość soczewki od oka R – refrakcja oka
Przy dalekowzroczności │ Dk │< │R│
159. Punkty kardynalne, rola
W układzie optycznym mamy 6 punktów kardynalnych:
1)dwa ogniska- F i F’
2)dwa punkty główne H i H’àsą to punkty przecięcia płaszczyzny głównej przedmiotowej i obrazowej z osią optyczną.
3)dwa punkty węzłowe K i K’àsą to punkty osi optycznej spełniające warunek: Gdy kierunek promienia padającego pod pewnym kątem do osi optycznej przechodzi przez punkt węzłowy przedmiotowy, to kierunek promienia załamanego przechodzi przez punkt węzłowy obrazowy i jest nachylony pod tym samym kątem do osi.
àGdy współczynnik załamania w ośrodku przed i za układem jest taki sam to pkt. węzłowe pokrywają się z pkt. głównymi.
àDla oka pkt. węzłowe NIE pokrywają się z pkt. głównymi
ROLA pkt. kardynalnych:àznając ich położenie możemy jednoznacznie ustalić bieg promieni przez układ. Są one potrzebne do wyznaczenia parametrów (...
martyna.pyka