Graden af ​​polarisering af delvist polariseret lys: definition, beskrivelse og formel

I dag vil vi afsløre essensen af ​​lysets bølge-natur og fænomenet "grad af polarisering" forbundet med denne kendsgerning.

Evnen til at se og lys

Lysets natur og dets tilknyttede evneat se bekymrede menneskers sind i lang tid. De gamle grækere, der forsøgte at forklare synet, antog: enten øjet udsender nogle "stråler", der "mærker" de omgivende objekter og derved informerer personen om deres udseende og form, eller tingene selv udsender noget, som folk fanger og bedømmer, hvordan alting fungerer ... Teorier viste sig at være langt fra sandheden: levende væsener ser gennem reflekteret lys. Fra at realisere denne kendsgerning til evnen til at beregne, hvad graden af ​​polarisering er lig med, var der kun et trin tilbage - at forstå, at lys er en bølge.

Lys er en bølge

En mere detaljeret undersøgelse af lyset afslørede:i mangel af indblanding formerer det sig i en lige linje og drejer ikke nogen steder. Hvis en uigennemsigtig forhindring står i bjælkens vej, dannes der skygger, og hvor selve lyset går, var folk ikke interesserede. Men så snart strålingen kolliderede med et gennemsigtigt medium, skete der fantastiske ting: strålen ændrede sin udbredelsesretning og dæmpede. I 1678 foreslog H. Huygens, at dette kan forklares med en enkelt kendsgerning: lys er en bølge. Forskeren dannede Huygens-princippet, som senere blev suppleret med Fresnel. Takket være dette ved folk i dag, hvordan man bestemmer graden af ​​polarisering.

Huygens-Fresnel-princippet

Ifølge dette princip, ethvert punkt i miljøet op tilsom bølgefronten har nået, er en sekundær kilde til sammenhængende stråling, og indhyllingen af ​​alle fronterne af disse punkter fungerer som bølgefronten i det næste øjeblik i tiden. Således, hvis lyset formerer sig uden forstyrrelse, vil bølgefronten i hvert næste øjeblik være den samme som ved den foregående. Men så snart strålen støder på en forhindring, kommer en anden faktor i spil: i forskellige miljøer bevæger lys sig med forskellige hastigheder. Således vil fotonet, der formåede at komme til et andet medium først, forplante sig hurtigere end det sidste foton fra strålen. Derfor vil bølgefronten vippe. Indtil videre har graden af ​​polarisering intet at gøre med det, men det er simpelthen nødvendigt at forstå dette fænomen fuldt ud.

Process tid

Det skal siges separat, at alle disse ændringerske utroligt hurtigt. Lysets hastighed i vakuum er tre hundrede tusind kilometer i sekundet. Ethvert medium bremser lyset, men ikke meget. Den tid, det tager for bølgefronten at forvride, når den passerer fra et medium til et andet (for eksempel fra luft til vand) er ekstremt kort. Det menneskelige øje kan ikke bemærke dette, og få enheder er i stand til at registrere så korte processer. Så det er værd at forstå fænomenet rent teoretisk. Nu, fuldt ud klar over, hvad stråling er, vil læseren gerne forstå, hvordan man finder graden af ​​lysets polarisering? Lad os ikke bedrage hans forventninger.

Lyspolarisering

Vi har allerede nævnt ovenfor det i forskellige mediefotonerlys har forskellige hastigheder. Da lys er en tværgående elektromagnetisk bølge (det er ikke en fortykning og sjældenhed af mediet), har det to hovedegenskaber:

• bølgevektor;
• amplitude (også en vektormængde).

Den første egenskab angiver hvoren lysstråle er rettet, og en polarisationsvektor opstår, det vil sige i hvilken retning den elektriske feltstyrkevektor er rettet. Dette muliggør rotation omkring bølgevektoren. Naturligt lys, som det udsendes af solen, er ikke polariseret. Svingninger spredes i alle retninger med lige sandsynlighed; der er ingen valgt retning eller figur, langs hvilken enden af ​​bølgevektoren svinger.

Typer af polariseret lys

Før du lærer at beregne formlen for graden af ​​polarisering og foretage beregninger, er det værd at forstå, hvilke typer polariseret lys der er.

1. Elliptisk polarisering. Slutningen af ​​bølgevektoren for sådant lys beskriver en ellipse.
2. Lineær polarisering. Dette er et specielt tilfælde af den første mulighed. Som navnet antyder, er billedet i en retning.
3. Cirkulær polarisering. På en anden måde kaldes det også cirkulært.

Ethvert naturligt lys kan betragtes somsummen af ​​to indbyrdes vinkelret polariserede elementer. Det skal huskes, at to vinkelret polariserede bølger ikke interagerer. Deres indblanding er umulig, da de fra et synspunkt af interaktionen mellem amplituder ikke synes at eksistere for hinanden. Når de mødes, går de bare videre uden at ændre sig.

Delvis polariseret lys

Anvendelsen af ​​polarisationseffekten er enorm.Ved at lede naturligt lys på en genstand og modtage delvist polariseret lys kan forskere bedømme overfladens egenskaber. Men hvordan bestemmer du graden af ​​polarisering af delvist polariseret lys?

Der er en formel N.A. Umova:

P = (I_bane-JEG_damp) / (I_bane+ Jeg_damp), hvor jeg_bane Er lysintensiteten i retningen vinkelret på polariseringsplanets eller reflekterende overflades plan, og I_damp - parallel. Værdien af ​​P kan tage værdier fra 0 (for naturligt lys uden polarisering) til 1 (for plan-polariseret stråling).

Kan naturligt lys polariseres?

Spørgsmålet er underligt ved første øjekast.Når alt kommer til alt kaldes stråling, hvor der ikke er nogen valgte retninger, normalt naturlig. For indbyggerne på jordens overflade er dette imidlertid på en måde en tilnærmelse. Solen afgiver en strøm af elektromagnetiske bølger i forskellige længder. Denne stråling er ikke polariseret. Men passerer gennem et tykt lag af atmosfæren, får strålingen ubetydelig polarisering. Så graden af ​​polarisering af naturligt lys er generelt ikke nul. Men størrelsen er så lille, at den ofte overses. Det tages kun i betragtning i tilfælde af præcise astronomiske beregninger, hvor den mindste fejl kan tilføje år til stjernen eller afstanden til vores system.

Hvorfor er lys polariseret?

Ovenfor sagde vi det ofte i forskellige miljøerfotoner opfører sig anderledes. Men de nævnte ikke hvorfor. Svaret afhænger af, hvilken slags miljø vi taler om, med andre ord, i hvilken tilstand af aggregering det er.

1. Onsdag er en krystallinsk krop med strengperiodisk struktur. Normalt præsenteres strukturen af ​​et sådant stof som et gitter med faste kugler - ioner. Men generelt er dette ikke helt nøjagtigt. En sådan tilnærmelse er ofte berettiget, men ikke i tilfælde af interaktion mellem en krystal og elektromagnetisk stråling. Faktisk svinger hver ion omkring sin ligevægtsposition og ikke kaotisk, men i overensstemmelse med hvilke naboer den har, i hvilke afstande og hvor mange der er. Da alle disse vibrationer er nøje programmeret af et stift medium, er denne ion i stand til kun at udsende en absorberet foton med en strengt defineret form. Denne kendsgerning giver anledning til en anden: hvad der vil være polariseringen af ​​den udgående foton afhænger af retningen, hvori den kom ind i krystallen. Dette kaldes ejendomsanisotropi.
2. Onsdag er flydende.Her er svaret mere kompliceret, da der er to faktorer på arbejde - kompleksiteten af ​​molekyler og udsving (fortykning-sjældenhed) af densitet. I sig selv har komplekse lange organiske molekyler en specifik struktur. Selv de enkleste svovlsyre-molekyler er ikke en kaotisk sfærisk klump, men en meget specifik korsform. En anden ting er, at de alle er kaotisk placeret under normale forhold. Den anden faktor (udsving) er imidlertid i stand til at skabe betingelser, hvorunder et lille antal molekyler dannes i et lille volumen, der ligner en midlertidig struktur. I dette tilfælde vil enten alle molekylerne være co-dirigerede, eller de vil være placeret i forhold til hinanden i nogle specifikke vinkler. Hvis lys på dette tidspunkt passerer gennem en sådan sektion af væske, får den delvis polarisering. Heraf følger, at temperaturen i høj grad påvirker væskens polarisering: jo højere temperaturen er, jo mere alvorlig turbulens, og jo flere sådanne områder dannes. Sidstnævnte konklusion eksisterer takket være teorien om selvorganisering.
3. Onsdag - gas.I tilfælde af en homogen gas opstår polarisering på grund af udsving. Derfor får Solens naturlige lys, der passerer gennem atmosfæren, en svag polarisering. Og det er grunden til, at himmelens farve er blå: den gennemsnitlige størrelse af komprimerede elementer er sådan, at blå og violet elektromagnetisk stråling er spredt. Men hvis vi har at gøre med en blanding af gasser, er det meget vanskeligere at beregne graden af ​​polarisering. Disse problemer løses ofte af astronomer, der studerer lyset fra en stjerne, der har passeret gennem en tæt molekylær sky af gas. Derfor er det så svært og interessant at studere fjerne galakser og klynger. Men astronomer gør det og giver folk fantastiske dybe rumfotos.