Elektromagnetische golven (3/4)
Tot dusver hebben we de veldgrootheden E en B bekeken. Wat is nu
de lichtsterkte
gezien met het oog van een waarnemer, gemeten met een fotodetector of genomen als beeld met een camera?
Lichtdetectie, visueel of met een optisch instrument, gebeurt niet met E en B rechtstreeks.
Het is de energie van het elektrisch en magnetisch veld die de sterkte bepaalt.
De veldenergie is proportioneel aan de velden in het kwadraat, d.w.z. E2 en B2.
Zowel de veldgrootheden en de kwadraten ervan hebben zeer hoge frequenties in de orde van grootte
van 500 terahertz bij zichtbaar licht.
Deze frequenties zijn veel te hoog om door de fotoreceptoren van het oog te worden gezien.
Daarom bepalen het oog en alle elektronische detectoren voor zichtbaar licht het
tijdsgemiddelde van de veldgrootheden in het kwadraat.
Het is dit gemiddelde dat gerelateerd is aan de lichtsterkte.
Beeldsnelheid van speelfilms ↓ ↑
Films op televisie bestaan uit een opeenvolging van individuele beelden. Het oog slaat een
enkel beeld korte tijd op, zodat een reeks beelden voor de kijker verschijnt als een bewegend
beeld: het menselijk oog maakt een vloeiende middeling van de afzonderlijke beelden. Om dit
mogelijk te maken, moet de beeldsnelheid, gespecificeerd als frames per seconde (fps), een
waarde van ongeveer 18 overschrijden. Lagere verversingsfrequenties leiden tot schokkerige
of flikkerende films. Bioscoopfilms worden opgenomen met 24 frames per seconde of 48 frames
per seconde voor nieuwere films. Eerdere CRT-televisies gebruikten 25 frames per seconde
(Europese PAL- en SECAM-signaalcodering) of 30 fps (Amerikaanse NTSC-signaalcodering);
halve beelden werden in beide gevallen over elkaar heen gelegd, waardoor de
vernieuwingsfrequentie voor het oog 50 of 60 frames per seconde leek. Nieuwe LCD-apparaten
hebben vernieuwingsfrequenties tot 800 beelden per seconde.
Gelieve de periode van een individueel TV-beeld te berekenen en deze te vergelijken met de periode van een
lichtgolf met een frequentie van 500 THz.
Ga na uit het resultaat dat de frequentie van lichtgolven en de bps van films tot volledig
verschillende fysische verschijnselen behoren.
Dit wordt getoond in de volgende grafiek met het elektrisch veld E.
Voor de eenvoud kijken we enkel naar de tijdsafhankelijkheid ervan:
(dunne blauwe curve)
Het kwadraat ervan komt overeen met een sinusfunctie met halve amplitude en halve periode T, verschoven met 0,5
naar positieve waarden:
(rode curve)
Trigonometrische relaties ↓ ↑
De volgende transformaties gelden voor een hoek α en het kwadraat van de sinus en cosinus ervan:
Vergelijkingen ↓ ↑
Mathematische vergelijkingen worden getoond met behulp van de
Mathematical
Markup Language (MathML), die wordt ondersteund door Mozilla Firefox
en Safari. Dit is mogelijk niet beschikbaar voor andere browsers.
We gebruiken haakjes om een signaalgemiddelde gedurende tijd van E2(t) aan te geven.
Daar E2(t) symmetrisch rond E2(t)=0.5 is, volgt:
(groene lijn)
Het is dit constante signaal (zolang de golfamplitude constant blijft) dat door het oog gezien wordt als de lichtsterkte.
Lees meer over de energiedichtheid en sterkte van elektromagnetische golven
in supplement 1.4.
