Polariserad och dagsljus. polariserat ljus till skillnad från naturlig

Vågorna är av två slag. Den längsgående vibrations störning parallell med deras utbredningsriktning. Ett exempel är passagen av ljud i luften. Transversella vågor består av störningar som är i en vinkel av 90 ° mot riktningen för rörelsen. Till exempel, den våg som passerar horisontellt genom massan av vatten orsakar vertikala vibrationer vid dess yta.

Upptäckten av

Ett antal mystiska optiska effekter som observerats i mitten av XVII-talet, har förklarats, när den polariserade och naturliga ljuset började betraktas som en våg fenomen och riktningen för dess vibrationer upptäcktes. Den första så kallade polariseringseffekt upptäcktes av den danska läkaren Erasmus Bartholin i 1669. Vetenskaplig observerade dubbelbrytning eller dubbelbrytning i islandsspat eller kalcium (kristallform av kalciumkarbonat). När ljus passerar genom en kalcit kristall delar den, som producerar två bilder skiftas i förhållande till varandra.

Newton vet om detta fenomen och föreslår att kanske ljuskroppar har asymmetri eller "ensidig", som skulle kunna vara orsaken till bildandet av två bilder. Huygens, en samtida med Newton kunde förklara sin teori om dubbelbrytning av elementära vågor, men han förstod inte den sanna innebörden av effekten. Dubbelbrytning förblev ett mysterium tills Thomas Young och den franska fysikern Augustin-Zhan Frenel inte föreslås att ljusvågor är tvär. En enkel idé har gjort att förklara vad polariserad och naturligt ljus. Detta gav en naturlig och okomplicerad ramverk för att analysera polariseringseffekter.

Dubbelbrytningen orsakas av en kombination av två ortogonala polarisationer, var och en har sin våghastigheten. På grund av skillnaden i hastighet hos de två komponenterna har olika brytningsindex, och därför är de olika brytes genom materialet, som producerar två bilder.

Polariserad och naturligt ljus: Maxwell teori

Fresnel snabbt utvecklat en omfattande modell av transversella vågor, vilket ledde till dubbelbrytningen och ett antal andra optiska effekter. Fyrtio år senare, den elektromagnetiska Maxwells teori förklarar elegant tvär ljusets natur.

Elektromagnetiska vågor Maxwell sammansatt av magnetiska och elektriska fält vinkelräta mot riktningen för oscillerande rörelse. Fälten är i en vinkel av 90 ° mot varandra. I detta fall utbredningsriktningen av de magnetiska och elektriska fälten bildar en högerhänt koordinatsystem. För en våg med frekvensen f och längden λ (de avser beroendet Af = c), som rör sig i den positiva x-riktningen, fälten beskrivs matematiskt:

• E (x, t) = E ₀ cos (2 π x / λ - 2 Tt ft) y ^;
• B (x, t) = B ₀ cos (2 π x / λ - 2 π ft) z ^.

Ekvationerna visar att de elektriska och magnetiska fälten är i fas med varandra. Vid varje givet tillfälle, de samtidigt når sina maxvärden i ett utrymme som är lika med E ₀ och B _0. Dessa amplituder är inte oberoende. Maxwells ekvationer visar att E ₀ = cB ₀ för alla elektromagnetiska vågor i vakuum.

polarisationsriktningen

I beskrivningen av orienteringen av de magnetiska och elektriska fälten för ljusvågor är typiskt endast indikerar riktningen för det elektriska fältet. Den magnetiska fältvektorn bestäms av kravet på vinkelräthet fält och deras vinkelräthet mot riktningen för rörelsen. Naturligt och linjärt polariserat ljus är kännetecknad av att i det sista fältet oscillerar i fasta riktningar som rörelsen av vågen.

Det finns andra möjliga polarisationstillstånd. I fallet med cirkulära vektorerna hos de magnetiska och elektriska fält roteras relativt utbredningsriktningen vid konstant amplitud. Elliptiskt polariserat ljus är i ett mellanläge mellan den linjära och cirkulära polarisationer.

opolariserat ljus

Atomer på ytan av en uppvärmd glödtråd, som genererar den elektromagnetiska strålningen, är, oberoende av varandra. Varje strålnings kan approximativt modelleras såsom tåg med kort varaktighet av 10 ^-9 till 10 ^-8 sekunder. Elektromagnetiska vågor från glödtråden, är en överlagring av dessa tåg, var och en har sin egen polariseringsriktning. Mängd orienterade slumpmässigt tåg bildar den våg polarisationsvektor av vilka varierar snabbt och oförutsägbart. En sådan våg kallas opolariserat. Alla naturliga källor av ljus, inklusive solen, glödlampor, lysrör och lågor, producera sådan strålning. Emellertid, är naturligt ljus ofta partiellt polariserat på grund av multipel spridning och reflektion.

Sålunda kan skillnaden från naturligt polariserat ljus består i det faktum att under de första svängningar uppträder i ett plan.

Källor av polariserad strålning

Polariserat ljus kan produceras när den spatiala orienteringen bestäms. Ett exempel är den synkrotronstrålning, där hög energi laddade partiklar rör sig i ett magnetfält och avger polariserat elektromagnetisk våg. Det finns många kända astronomiska källor som avger naturligt polariserat ljus. Dessa inkluderar nebulosor, supernovarester och aktiva galaxkärnor. kosmisk strålning polarisation studeras för att bestämma egenskaperna hos dess källor.

polaroidfiltret

Polariserad och dagsljus är åtskilda genom att passera genom ett antal material, den vanligaste av dessa är polaroid, skapad av den amerikanske fysikern Edwin Land. Filtret består av långa kedjor av kolvätemolekyler orienterade i en riktning av värmebehandlingsprocessen. Molekyl för att selektivt absorbera strålning, är det elektriska fältet parallellt med deras orientering. Ljuset som lämnar polarisatorn är linjärt polariserat. Dess elektriska fält vinkelrätt mot riktningen för molekylär orientering. Polaroid har funnit tillämpning inom många områden, bland annat solglasögon och filter som reducerar effekten av det reflekterade och spridda ljuset.

Naturligt och polariserat ljus: lagen om Malus

I 1808, fysiker Etienne Louis Malus fann att ljus som reflekteras från icke-metalliska ytor, delvis polariserat. Omfattningen av denna effekt beror på infallsvinkeln och brytningsindex för det reflekterande materialet. I ett av de extrema fall då tangenten av infallsvinkeln i luft är lika med brytningsindex för det reflekterande materialet, blir det reflekterade ljuset helt linjärt polariserat. Detta fenomen kallas Brewster lag (uppkallad efter sin upptäckare, den skotska fysikern David Brewster). Polarisationsriktningen parallell med den reflekterande ytan. Eftersom fluorescerande bländning uppträder vanligtvis vid reflektion från horisontella ytor såsom vägar och vattenfilter används vanligen i solglasögon för att stanna horisontellt polariserat ljus och därför selektivt avlägsna reflektioner av ljus.

Rayleigh-spridning

Ljusspridning av mycket små föremål vars dimensioner är mycket mindre än våglängden (den så kallade Rayleigh-spridning efter den engelska vetenskapsmannen Lord Rayleigh), skapar också en partiell polarisering. När solljuset passerar genom jordens atmosfär, är det sprids av luftmolekyler. Jorden och når spridda polariserat dagsljus. Graden av polarisation är beroende av spridningsvinkeln. Eftersom man inte skiljer mellan naturligt och polariserat ljus, denna effekt går oftast obemärkt. Ändå ögonen på många insekter reagerar på det, och de använder den relativa polarisation den spridda strålningen som ett navigationsverktyg. Normal filter kamera som används för att minska bakgrundsstrålning i starkt solljus, är en enkel linjär polarisator, som separerar det polariserade ljuset och naturlig Rayleigh.

anisotropa material

Polarisationseffekter observeras i de optiskt anisotropa material (i vilka brytningsindex varierar med polarisationsriktningen), såsom dubbelbrytande kristaller, vissa biologiska strukturer och optiskt aktiva material. Tekniska tillämpningar inkluderar polariserande mikroskop, flytande kristalldisplayer och optiska instrument som används för materialforskning.