Πολωμένο και το φυσικό φως. πολωμένο φως σε αντίθεση με το φυσικό

Τα κύματα είναι δύο ειδών. Η διαμήκης δονητική διατάραξη παράλληλα προς την κατεύθυνση τους διαδόσεως. Ένα παράδειγμα είναι η διέλευση του ήχου στον αέρα. Εγκάρσια κύματα αποτελούνται από διαταραχές οι οποίες είναι σε γωνία 90 ° προς την κατεύθυνση της κίνησης. Για παράδειγμα, το κύμα περνά οριζοντίως μέσα από τη μάζα του νερού προκαλεί κατακόρυφη δονήσεις στην επιφάνειά του.

Η ανακάλυψη της

Ένας αριθμός από μυστηριώδη οπτικά αποτελέσματα που παρατηρήθηκαν στη μέση του XVII αιώνα, έχει εξηγηθεί, όταν άρχισε η πολωμένη και φυσικό φως να θεωρηθεί ως φαινόμενο κύματος και η κατεύθυνση των δονήσεων της ανακαλύφθηκαν. Το πρώτο λεγόμενο φαινόμενο της πόλωσης ανακαλύφθηκε από τη δανική γιατρό Erasmus Bartholin το 1669. Επιστημονική παρατηρηθεί διπλή διάθλαση ή διπλή διάθλαση στην Ισλανδία δοκαριού ή ασβεστίου (κρυσταλλική μορφή του ανθρακικού ασβεστίου). Όταν το φως περνά μέσω ενός κρυστάλλου ασβεστίτη χωρίζει αυτό, που παράγουν οι δύο εικόνες μετατοπίζονται ως προς το άλλο.

Newton ξέρετε για το φαινόμενο αυτό και προτείνει ότι ίσως ελαφρά σωμάτια έχουν ασυμμετρία ή «μονόπλευρη», που θα μπορούσε να είναι η αιτία του σχηματισμού των δύο εικόνων. Huygens, σύγχρονος του Νεύτωνα ήταν σε θέση να εξηγήσει τη θεωρία της διπλής διάθλασης των στοιχειωδών κυμάτων, αλλά δεν κατάλαβε το αληθινό νόημα του αποτελέσματος. Διπλή διάθλαση παρέμεινε ένα μυστήριο μέχρι Thomas Young και ο Γάλλος φυσικός Augustin-Ζαν Frenel δεν προτείνεται ότι το φως κύματα είναι εγκάρσια. Μια απλή ιδέα έχει τη δυνατότητα να εξηγήσει τι πολωμένο και το φυσικό φως. Αυτό παρείχε ένα φυσικό και απλό πλαίσιο για την ανάλυση των επιδράσεων πόλωσης.

Η διπλή διάθλαση προκαλείται από ένα συνδυασμό των δύο ορθογώνιες πολώσεις, καθένα από τα οποία έχει ταχύτητα κύμα του. Λόγω της διαφοράς στην ταχύτητα των δύο συστατικών έχουν διαφορετικούς δείκτες διάθλασης, και ως εκ τούτου έχουν διαφορετικό διαθλώνται μέσα από το υλικό, που παράγει δύο εικόνες.

Πολωμένο και το φυσικό φως: θεωρία Maxwell

Fresnel ανέπτυξε γρήγορα ένα συνολικό μοντέλο εγκάρσιων κυμάτων, η οποία οδήγησε στην διπλή διάθλαση και μια σειρά άλλων οπτικά αποτελέσματα. Σαράντα χρόνια αργότερα, η ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell εξηγεί κομψά την εγκάρσια φύση του φωτός.

Ηλεκτρομαγνητικά κύματα Maxwell αποτελείται από μαγνητικών και ηλεκτρικών πεδίων κάθετο προς την κατεύθυνση της ταλάντωσης κίνησης. Τα πεδία είναι υπό γωνία 90 ° μεταξύ τους. Σε αυτή την περίπτωση η κατεύθυνση της διάδοσης των μαγνητικών και ηλεκτρικών πεδίων σχηματίζουν ένα δεξιόστροφο σύστημα συντεταγμένων. Για ένα κύμα με τη συχνότητα f και το μήκος λ (αφορούν εξάρτηση λί = c), η οποία κινείται προς τη θετική κατεύθυνση χ, τα πεδία που περιγράφονται μαθηματικώς:

• Ε (χ, t) = E ₀ cos (2 π χ / λ - 2 π ft) y ^?
• Β (χ, t) = Β ₀ cos (2 π χ / λ - 2 π ft) z ^.

Οι εξισώσεις δείχνουν ότι τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία είναι σε φάση με το άλλο. Σε κάθε δεδομένη στιγμή, που ταυτόχρονα φτάσουν μέγιστες τιμές τους σε ένα χώρο ίσο με το Ε ₀ και B _0. Αυτές οι εντάσεις δεν είναι ανεξάρτητες. εξισώσεις Maxwell αποκαλύπτουν ότι E ₀ = cB ₀ για όλες ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε κενό.

η κατεύθυνση πόλωσης

Στην περιγραφή του προσανατολισμού των μαγνητικών και ηλεκτρικών πεδίων των κυμάτων του φωτός είναι τυπικά δείχνουν μόνο την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου. Ο φορέας μαγνητικό πεδίο καθορίζεται από την απαίτηση των πεδίων καθετότητα και καθετότητα τους προς την κατεύθυνση της κίνησης. Φυσικά και γραμμικά πολωμένο φως χαρακτηρίζεται από το ότι κατά το τελευταίο ταλαντώνονται πεδίο σε σταθερές κατευθύνσεις, όπως την κίνηση του κύματος.

Υπάρχουν και άλλες πιθανές καταστάσεις πόλωσης. Στην περίπτωση κυκλικών φορέων των μαγνητικών και ηλεκτρικών πεδίων περιστρέφονται σε σχέση με την κατεύθυνση διάδοσης σε σταθερό πλάτος. Ελλειψοειδούς πολωμένο φως είναι σε μία ενδιάμεση θέση μεταξύ του γραμμικού και κυκλικού πολώσεις.

μη πολωμένο φως

Τα άτομα στην επιφάνεια ενός θερμαινόμενου νήματος, τα οποία παράγουν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, είναι, ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Κάθε ακτινοβολία μπορεί να μοντελοποιηθεί ως περίπου τρένα βραχείας διάρκειας από 10 ^-9 έως 10 ^-8 δευτερόλεπτα. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα από το νήμα, είναι μια υπέρθεση αυτών των τρένων, καθένα από τα οποία έχει τη δική της κατεύθυνση πόλωσης του. Ποσό προσανατολισμένες τυχαία εκπαιδεύει σχηματίζει το διάνυσμα κύματος πόλωσης των οποίων ποικίλλει ταχέως και με αστάθεια. Ένα τέτοιο κύμα ονομάζεται unpolarized. Όλες οι φυσικές πηγές φωτός, συμπεριλαμβανομένης της Sun, λάμπες πυρακτώσεως, λάμπες φθορισμού και φλόγες, παράγουν τέτοια ακτινοβολία. Ωστόσο, το φυσικό φως είναι συχνά μερικώς πολωμένη λόγω της πολλαπλής σκέδασης και τον προβληματισμό.

Έτσι, η διαφορά από το φυσικό πολωμένου φωτός συνίσταται στο γεγονός ότι κατά τα πρώτα ταλαντώσεις συμβαίνουν σε ένα αεροπλάνο.

Πηγές του πολωμένου ακτινοβολίας

Πολωμένο φως μπορεί να παραχθεί όταν προσδιορίζεται ο χωρικός προσανατολισμός. Ένα παράδειγμα είναι η ακτινοβολία synchrotron, στην οποία υψηλής ενέργειας φορτισμένα σωματίδια κινούνται σε ένα μαγνητικό πεδίο και εκπέμπουν πολωμένο ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Υπάρχουν πολλές γνωστές αστρονομικές πηγές που εκπέμπουν φυσικά πολωμένο φως. Αυτά περιλαμβάνουν τα νεφελώματα, υπολείμματα υπερκαινοφανών, και ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες. κοσμική ακτινοβολία πόλωση μελετάται προκειμένου να καθοριστούν οι ιδιότητες των πηγών της.

φίλτρο polaroid

Πολωμένο και το φυσικό φως χωρίζονται περνώντας μέσα από μια σειρά των υλικών, το συνηθέστερο από τα οποία είναι η polaroid, που δημιουργήθηκε από τον Αμερικανό φυσικό Edwin Land. Το φίλτρο αποτελείται από μακριές αλυσίδες μορίων υδρογονανθράκων προσανατολισμένα κατά μία διεύθυνση από τη διαδικασία της θερμικής επεξεργασίας. Μόριο να απορροφά επιλεκτικά ακτινοβολία, το ηλεκτρικό πεδίο είναι παράλληλο προς τον προσανατολισμό τους. Το φως αφήνοντας τον πολωτή είναι γραμμικά πολωμένη. ηλεκτρικό πεδίο του κάθετο προς την κατεύθυνση της μοριακού προσανατολισμού. Polaroid έχει βρει εφαρμογή σε πολλούς τομείς, συμπεριλαμβανομένων γυαλιά ηλίου και φίλτρα που μειώνουν την επίδραση του αντανακλάται και διάσπαρτα φως.

Φυσικά και το πολωμένο φως: ο νόμος του Malus

Το 1808, ο φυσικός Etienne Louis Malus διαπίστωσε ότι το φως που ανακλάται από μη μεταλλικές επιφάνειες, μερικώς πολωμένη. Η έκταση αυτής της επίδρασης εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης και του δείκτη διάθλασης του αντανακλαστικού υλικού. Σε μία από τις ακραίες περιπτώσεις, όταν η εφαπτομένη της γωνίας πρόσπτωσης στον αέρα είναι ίση με το δείκτη διαθλάσεως του αντανακλαστικού υλικού, το ανακλώμενο φως γίνεται εντελώς γραμμικά πολωμένη. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως νόμο Μπρούστερ του (το όνομά του από ανακάλυψε της, η Scottish φυσικός David Brewster). Η κατεύθυνση πόλωσης παράλληλο προς την ανακλώσα επιφάνεια. Από φθορισμού έντονο φως συνήθως να εμφανιστούν κατά την ανάκλαση από οριζόντιες επιφάνειες όπως οι δρόμοι και τα φίλτρα νερού συνήθως χρησιμοποιούνται σε γυαλιά ηλίου για να μείνουν οριζόντια πολωμένο φως και επομένως απομακρύνει επιλεκτικά τις αντανακλάσεις του φωτός.

σκέδαση Rayleigh

Η σκέδαση του φωτός από τα πολύ μικρά αντικείμενα των οποίων οι διαστάσεις είναι πολύ μικρότερες από το μήκος κύματος (η λεγόμενη σκέδαση Rayleigh μετά από την Αγγλική επιστήμονα Κύριο Rayleigh), δημιουργεί επίσης μία μερική πόλωση. Όταν το φως του ήλιου περνάει μέσα από την ατμόσφαιρα της γης, διασκορπίζεται από τα μόρια του αέρα. Γη και φτάνει διάσπαρτα πολωμένο φυσικό φως. Ο βαθμός πόλωσης εξαρτάται από τη γωνία σκέδασης. Επειδή ο άνθρωπος δεν κάνει διάκριση μεταξύ φυσικών και πολωμένο φως, αυτό το φαινόμενο που συνήθως περνά απαρατήρητος. Παρ 'όλα αυτά, τα μάτια πολλών εντόμων αντιδρούν σε αυτό, και να χρησιμοποιούν τη σχετική πόλωση της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας ως εργαλείο πλοήγησης. Η κανονική κάμερα φίλτρο που χρησιμοποιείται για να μειώσει την ακτινοβολία υποβάθρου στο φως του ήλιου, είναι ένα απλό γραμμικό πολωτή, η οποία χωρίζει το πολωμένο φως και το φυσικό Rayleigh.

ανισότροπα υλικά

Οι επιδράσεις Πόλωση παρατηρήθηκαν στους οπτικά ανισότροπο υλικά (στην οποία ο δείκτης διάθλασης μεταβάλλεται με την κατεύθυνση της πόλωσης), όπως birefringent κρύσταλλοι, ορισμένες βιολογικές δομές και οπτικώς ενεργά υλικά. Τεχνολογικές εφαρμογές περιλαμβάνουν πολωτικό μικροσκόπια, οθόνες υγρών κρυστάλλων και οπτικά όργανα που χρησιμοποιούνται για την έρευνα υλικών.