Stupanj polarizacije djelomično polariziranog svjetla: definicija, opis i formula

Danas ćemo otkriti bit valne prirode svjetlosti i fenomen "stupanj polarizacije" povezan s tom činjenicom.

Sposobnost gledanja i svjetla

Priroda svjetlosti i pridružene sposobnostida dugo vidim zabrinute ljudske umove. Drevni Grci, pokušavajući objasniti viziju, pretpostavljali su: ili oko emitira neke "zrake" koje "osjećaju" okolne predmete i time informiraju osobu o njihovom izgledu i obliku, ili same stvari emitiraju nešto što ljudi uhvate i prosuđuju kako sve radi ... Pokazalo se da su teorije daleko od istine: živa bića vide odbijenu svjetlost. Od spoznaje ove činjenice do mogućnosti izračuna broja stupnja polarizacije jednak je ostao samo jedan korak - shvatiti da je svjetlost val.

Svjetlost je val

Otkrivena je detaljnija studija svjetlosti:u nedostatku smetnji širi se pravocrtno i ne okreće se nigdje. Ako neprozirna prepreka stoji na putu snopa, tada se stvaraju sjene, a tamo gdje ide sama svjetlost, ljude to nije zanimalo. Ali čim se zračenje sudarilo s prozirnim medijem, dogodile su se nevjerojatne stvari: snop je promijenio smjer širenja i zatamnio se. 1678. H. Huygens sugerira da se to može objasniti jednom činjenicom: svjetlost je val. Znanstvenik je oblikovao Huygensov princip, koji je kasnije dopunio Fresnel. Zahvaljujući tome, ljudi danas znaju odrediti stupanj polarizacije.

Huygens-Fresnelov princip

Prema ovom principu, bilo koja točka u okolišu dodo kojeg je dosegla valna fronta, sekundarni je izvor koherentnog zračenja, a omotač svih fronta tih točaka djeluje kao valna fronta u sljedećem trenutku. Dakle, ako se svjetlost širi bez smetnji, u svakom sljedećem trenutku fronta vala bit će ista kao i u prethodnom. No čim snop naiđe na prepreku, na scenu stupa još jedan čimbenik: u različitim okruženjima svjetlost se širi različitim brzinama. Dakle, foton koji je uspio prvi doći do drugog medija, širit će se u njemu brže od posljednjeg fotona sa snopa. Zbog toga će se valna fronta naginjati. Zasad stupanj polarizacije nema nikakve veze s tim, ali jednostavno je potrebno potpuno razumjeti ovaj fenomen.

Vrijeme procesa

Treba odvojeno reći da se sve te promjenedogoditi se nevjerojatno brzo. Brzina svjetlosti u vakuumu je tristo tisuća kilometara u sekundi. Bilo koji medij usporava svjetlost, ali ne puno. Vrijeme koje je potrebno da se valna fronta iskrivi prilikom prelaska s jednog medija na drugi (na primjer, iz zraka u vodu) izuzetno je kratko. Ljudsko oko to ne može primijetiti, a malo je uređaja sposobnih zabilježiti tako kratke procese. Stoga vrijedi fenomen razumjeti čisto teoretski. Sad, potpuno svjestan što je zračenje, čitatelj će htjeti razumjeti kako pronaći stupanj polarizacije svjetlosti? Ne zavaravajmo njegova očekivanja.

Polarizacija svjetlosti

Gore smo to već spomenuli u različitim medijima fotonasvjetla imaju različite brzine. Budući da je svjetlost poprečni elektromagnetski val (nije zgušnjavanje i razrjeđivanje medija), ona ima dvije glavne karakteristike:

• valni vektor;
• amplituda (također vektorska veličina).

Prva karakteristika ukazuje gdjeusmjeren je snop svjetlosti i nastaje vektor polarizacije, odnosno u kojem smjeru je usmjeren vektor jakosti električnog polja. To omogućuje rotaciju oko valnog vektora. Prirodno svjetlo, kakvo emitira sunce, nije polarizirano. Oscilacije se šire s jednakom vjerojatnošću u svim smjerovima; ne postoji odabrani smjer ili slika duž kojih kraj valnog vektora oscilira.

Vrste polarizirane svjetlosti

Prije nego što naučite kako izračunati formulu za stupanj polarizacije i izvršiti izračune, vrijedi razumjeti koje su vrste polarizirane svjetlosti.

1. Eliptična polarizacija. Kraj valnog vektora takve svjetlosti opisuje elipsu.
2. Linearna polarizacija. Ovo je poseban slučaj prve opcije. Kao što i samo ime govori, slika je u jednom smjeru.
3. Kružna polarizacija. Na drugi se način naziva i kružnim.

Bilo koje prirodno svjetlo možemo smatratizbroj dva međusobno okomito polarizirana elementa. Treba imati na umu da dva okomito polarizirana vala ne međusobno djeluju. Njihovo ometanje je nemoguće, jer sa stajališta interakcije amplituda izgleda da ne postoje jedno za drugo. Kad se upoznaju, jednostavno idu dalje bez da se mijenjaju.

Djelomično polarizirana svjetlost

Primjena učinka polarizacije je ogromna.Usmjeravajući prirodno svjetlo na objekt i primajući djelomično polariziranu svjetlost, znanstvenici mogu prosuditi svojstva površine. Ali kako odrediti stupanj polarizacije djelomično polarizirane svjetlosti?

Postoji formula N.A. Umova:

P = (I_traka-Ja_para) / (I_traka+ Ja_para), gdje ja_traka Je li intenzitet svjetlosti u smjeru okomitom na ravninu polarizatora ili reflektirajuće površine, i I_para - paralelno. Vrijednost P može poprimiti vrijednosti od 0 (za prirodno svjetlo lišeno polarizacije) do 1 (za ravninsko polarizirano zračenje).

Može li se prirodno svjetlo polarizirati?

Pitanje je na prvi pogled neobično.Napokon, zračenje u kojem nema odabranih pravaca obično se naziva prirodnim. Međutim, za stanovnike Zemljine površine to je u određenom smislu približna vrijednost. Sunce odaje struju elektromagnetskih valova različitih duljina. Ovo zračenje nije polarizirano. Ali prolazeći kroz debeli sloj atmosfere, zračenje dobiva beznačajnu polarizaciju. Dakle, stupanj polarizacije prirodne svjetlosti uglavnom nije nula. Ali veličina je toliko mala da se često zanemaruje. Uzima se u obzir samo u slučaju preciznih astronomskih proračuna, gdje najmanja pogreška može dodati godine zvijezdi ili udaljenost do našeg sustava.

Zašto je svjetlost polarizirana?

Iznad smo to često govorili u različitim okruženjimafotoni se ponašaju drugačije. Ali nisu spomenuli zašto. Odgovor ovisi o kakvom okruženju govorimo, drugim riječima, u kakvom je agregatnom stanju.

1. Srijeda je kristalno tijelo sa strogimperiodična struktura. Obično se struktura takve tvari predstavlja kao rešetka s fiksnim kuglicama - ionima. Ali općenito, to nije posve točno. Takva je aproksimacija često opravdana, ali ne u slučaju interakcije između kristala i elektromagnetskog zračenja. U stvari, svaki ion oscilira oko svog ravnotežnog položaja, i to ne kaotično, već u skladu s onim susjedima, na kojim udaljenostima i koliko ih ima. Budući da su sve ove vibracije strogo programirane krutim medijem, ovaj je ion sposoban emitirati apsorbirani foton samo strogo određenog oblika. Iz ove činjenice proizlazi još jedna: kakva će biti polarizacija odlazećeg fotona ovisi o smjeru u kojem je ušao u kristal. To se naziva anizotropija svojstava.
2. Srijeda je tečna.Ovdje je odgovor složeniji, jer djeluju dva čimbenika - složenost molekula i fluktuacije (zgušnjavanje-rijetkost) gustoće. Složene duge organske molekule same po sebi imaju specifičnu strukturu. Čak i najjednostavnije molekule sumporne kiseline nisu kaotična kuglasta nakupina, već vrlo specifičan oblik križa. Druga je stvar što su svi kaotično smješteni u normalnim uvjetima. Međutim, drugi faktor (fluktuacija) sposoban je stvoriti uvjete pod kojima mali broj molekula stvara u malom volumenu nešto poput privremene strukture. U ovom slučaju, ili će sve molekule biti usmjerne ili će biti smještene jedna u odnosu na drugu pod nekim određenim kutovima. Ako svjetlost u to vrijeme prolazi kroz takav dio tekućine, poprimit će djelomičnu polarizaciju. Iz ovoga proizlazi da temperatura snažno utječe na polarizaciju tekućine: što je temperatura viša, to će turbulencija biti jača i više će takvih područja nastati. Potonji zaključak postoji zahvaljujući teoriji samoorganizacije.
3. Srijeda - benzin.U slučaju homogenog plina dolazi do polarizacije zbog kolebanja. Zato prirodna svjetlost Sunca, prolazeći kroz atmosferu, poprima laganu polarizaciju. I zato je boja neba plava: prosječna veličina zbijenih elemenata je takva da se rasprši plavo i ljubičasto elektromagnetsko zračenje. Ali ako imamo posla s mješavinom plinova, tada je izračunavanje stupnja polarizacije puno teže. Te probleme nerijetko rješavaju astronomi koji proučavaju svjetlost zvijezde koja je prošla kroz gusti molekularni oblak plina. Zbog toga je tako teško i zanimljivo proučavati udaljene galaksije i jata. Ali astronomi to čine i daju ljudima nevjerojatne fotografije iz svemira.