516-0811/01 – Acoustics and Optics ()

Gurantor departmentInstitute of PhysicsCredits5
Subject guarantordoc. RNDr. Jan Kopečný, CSc.Subject version guarantordoc. RNDr. Jan Kopečný, CSc.
Study levelundergraduate or graduateRequirementCompulsory
Year3Semestersummer
Study languageCzech
Year of introduction1999/2000Year of cancellation2005/2006
Intended for the facultiesHGFIntended for study typesMaster
Extent of instruction for forms of study
Form of studyWay of compl.Extent
Full-time Credit and Examination 3+2

Subject aims expressed by acquired skills and competences

Teaching methods

Summary

Compulsory literature:

Recommended literature:

Way of continuous check of knowledge in the course of semester

E-learning

Další požadavky na studenta

Prerequisities

Subject has no prerequisities.

Co-requisities

Subject has no co-requisities.

Subject syllabus:

A. ELEKTROMAGNETICKÉ ZÁŘENÍ 1. Klasifikace záření Záření mechanická a elektromagnetická, vlnový a kvantový charakter záření, příčné a podélné vlny, postupné a stojaté vlny. 2. Vznik a základní vlastnosti elektromagnetických vln 2.1. Vznik elektromagnetické vlny Maxwellovy rovnice obecné, Maxwellovy rovnice pro isotropní dielektrikum, vlnová rovnice a její řešení pro rovinnou vlnoplochu, rychlost záření. Otevřený kmitavý obvod, anténa. Typy vln, komplexní representace. 2.2. Spektrum elektromagnetických vln Rozdělení spektra podle vlnových délek (frekvence) a odpovídající zdroje. 2.3. Energie přenášená elmag vlnami Zářivá energie, hustota zářivé energie, intenzita záření, průměrná hustota zářivé energie, průměrná intenzita záření, Poyntingův vektor. 2.4. Polarizace Částečná a úplná polarizace, lineárně, kruhově a elipticky polarizované záření. 3. Geometrická optika 3.1. Základní konvence Geometrická aproximace, paprsek, vlnoplocha, znaménková konvence. 3.2. Index lomuDefinice, závislost na vlnové délce a teplotě, normované indexy lomu, klasifikace optických skel, normální a anomální disperse. Komplexní index lomu. 3.3. Zákony odrazu a lomu Huygensův princip, Fermatův princip, úhly dopadu, odrazu a lomu, zákon odrazu, Snellův zákon lomu, úplný odraz. Planparalelní deska, hranol, klín. Odraz při lomu, odraz na kovech. 3.4. Základy optického zobrazování 3.4.1. Základní pojmyOptická soustava, skutečný a zdánlivý obraz, kolineární zobrazení, optická osa, předmětové a obrazové veličiny, ohniska a ohniskové roviny, hlavní body a hlavní roviny, zvětšení příčné, podélné a úhlové. 3.4.2. Zobrazení lomem na kulové plošeStřed křivosti, vrchol, poloměr křivosti. Paraxiální prostor, zobrazovací rovnice, ohniskové vzdálenosti, spojná a rozptylná plocha, příčné zvětšení. 3.4.3. Zobrazení odrazem na kulové ploše Vypuklé a duté zrcadlo, zobrazovací rovnice zrcadla, ohniskové vzdálenosti, příčné zvětšení. Geometrická konstrukce obrazu. 3.4.4. Zobrazení tlustou a tenkou čočkou Postupné zobrazení tlustou čočkou (paraxiální prostor). Zobrazení tenkou čočkou, zobrazovací rovnice tenké čočky, ohniskové vzdálenosti, spojná a rozptylná čočka, lámavost, příčné zvětšení. Geometrická konstrukce obrazu. Zobrazení soustavou čoček. Omezení paprskových svazků. Vady zobrazení. 3.5. Základní optické přístroje 3.5.1. Lidské oko Skladba oka, blízký a vzdálený bod, konvenční zraková vzdálenost, dalekozraké a krátkozraké oko, vady oka a jejich korekce, rozlišovací schopnost. 3.5.2. Lupa Princip zobrazení, zvětšení lupy. 3.5.3. Mikroskop Princip zobrazení, objektiv a okulár, optický interval, zvětšení, prázdné zvětšení. 3.5.4. Dalekohled Princip zobrazení, objektiv a okulár, Galileiův a Keplerův typ, zrcadlový dalekohled, zvětšení. 3.5.5. Fotografický objektiv Clonové číslo, hloubka pole, světelnost 4. Fotometrie Zářivé a fotometrické veličiny, zářivá a světelná energie, zářivý a světelný tok, světelná a spektrální světelná účinnost záření, zářivost a svítivost, zář a jas, ozáření a osvětlení, Lambertův zákon, osvit. 5. Kvantové vlastnosti elmag záření 5.1. Planckova kvantová hypotéza, foton Kirchhoffovy zákony záření černého tělesa, Planckův zákon záření černého tělesa, kvantování energie, Foton a jeho energie. Einsteinova rovnice fotoefektu, výstupní práce, mezný kmitočet, brzdné napětí. Comptonův jev. 5.2. Bohrův model atomu Emisní a absorbční spektrum. Bohrovy postuláty, hlavní kvantové číslo, poloměr orbity, rychlost elektronu na orbitě a jeho energie, kmitočet vyzářeného fotonu, základní a exitovaný stav, spektrální série. 5.3. Schrôdingerova rovnice atomu vodíku Schrôdingerovy rovnice, vlnová funkce, vlastní hodnoty a vlastní funkce, Schrôdingerova rovnice atomu vodíku. Hlavní, vedlejší, magnetické, spinové a spinové magnetické kvantové číslo. 5.4. Elektronová konfigurace v atomech Pauliho vylučovací princip, kvantový stav, slupky, kvantová stavy a spektra molekul. 5.5. Paprsky X Princip vzniku Rentgenova záření, spojité a charakteristické spektrum, hranice spektra, Moseleyho zákon. 5.6. Lasery Absorpce, spontánní a stimulovaná emise. Inverze hladin, čerpání, optický rezonátor. Princip plynového, pevnofázového, kapalinového a polovodičového laseru. Pulzní a spojitý režim, vlastnosti laserového záření. 6. Vlnové vlastnosti elmag záření 6.1. InterferencePrincip skládání vlnění, koherence prostorová a časová, koherenční délka. Princip rotujícího vektoru, podmínky maxim a minim, odraz vlnění, koherentní délka. Youngův pokus, interference na tenké vrstvě, klínu, Newtonova skla, Vícesvazková interference. Interferometry. 6.2. Difrakce Fresnelova a Fraunhoferova difrakce. Fraunhoferova difrakce na štěrbině, kruhovém a čtvercovém otvoru, difrakce na optické mřížce. Difrakce a rozlišovací schopnost optických přístrojů. 6.3. Holografie Předmětová a informační vlna, záznam hologramu, rekonstrukce hologramu, skutečný a zdánlivý obraz. 6.4. Difrakce paprsků X Difrakce na krystalové mřížce, Braggova rovnice. 6.5. Difrakce částic De Broglieho doprovodná vlna a její délka, Davisonův a Germerův pokus. 7. Polarizace elmag záření Lineárně, kruhově a elipticky polarizované záření, matematický popis, Fresnelovy vzorce. Metody tvorby polarizovaného záření a posuvu fáze. Částečně polarizované záření. Optická aktivita. Interference polarizovaného záření. 8. Fourierova optika Základní pojmy. Jednorozměrná a dvojrozměrná Fourierova transformace, Diracova delta funkce. Optické aplikace. 9. Nelineární optika Předpoklady vzniku, nelineární polarizace dielektrika, index lomu, aplikace. B. AKUSTIKA 1. Mechanické vlnění Vznik mechanického vlnění, vlnová rovnice a její řešení, vlnění příčná a podélná, postupná a stojatá. 2. Zvukové vlnění 2.1. Základní pojmy Dělení vlnění, rovnice pro výchylku, rychlost šíření, akustická rychlost, tvary vlnoploch, akustický tlak, akustický vlnový odpor, efektivní hodnoty, intenzita zvukové vlny, druhy zvukových vln. 2.2. Rychlost šíření vln látkou Podélné, příčné a povrchové vlny v pevné látce, kapalině a plynu. Útlum vln. 2.3. Odraz a lom vln Součinitel odrazu a součinitel průchodu. 2.4. Dopplerův jev Pohyb zdroje, pohyb pozorovatele, pohyb obou. 2.5. Vlastnosti zvuku Zvuky hudební a hluky. Základní a vyšší harmonický tón. Rezonátory, Barva zvuku. 2.6. Subjektivní síla zvuku Prahová hodnota. Weberův - Fechnerův zákon. Hladina intenzity, hladina hlasitosti. 2.7. Šíření zvuku v exteriéru a interiéru Index směrovosti, útlum zvuku. Zvuková pohltivost a průzvučnost. Dozvuk.

Conditions for subject completion

Full-time form (validity from: 1960/1961 Summer semester, validity until: 2007/2008 Winter semester)
Task nameType of taskMax. number of points
(act. for subtasks)
Min. number of points
Exercises evaluation and Examination Credit and Examination 100 (100) 51
        Exercises evaluation Credit 30 (30) 0
                Project Project 20  0
                Written exam Written test 10  0
        Examination Examination 70 (70) 0
                Written examination Written examination 20  0
                Oral Oral examination 50  0
Mandatory attendence parzicipation:

Show history

Occurrence in study plans

Academic yearProgrammeField of studySpec.FormStudy language Tut. centreYearWSType of duty
2004/2005 (M2102) Mineral Raw Materials (3911T001) Applied Physics of Materials P Czech Ostrava 3 Compulsory study plan
2003/2004 (M2102) Mineral Raw Materials (3911T001) Applied Physics of Materials P Czech Ostrava 3 Compulsory study plan
2002/2003 (M2102) Mineral Raw Materials (3911T001) Applied Physics of Materials P Czech Ostrava 3 Compulsory study plan
2001/2002 (M2102) Mineral Raw Materials (3911T001) Applied Physics of Materials P Czech Ostrava 3 Compulsory study plan
2000/2001 (M2102) Mineral Raw Materials (3911T001) Applied Physics of Materials P Czech Ostrava 3 Compulsory study plan

Occurrence in special blocks

Block nameAcademic yearForm of studyStudy language YearWSType of blockBlock owner