I dag vil vi avsløre essensen av lysets bølgenatur og fenomenet "grad av polarisering" assosiert med dette faktum.
Evnen til å se og lyse
Lysets natur og dets tilhørende evneå se bekymrede menneskers sinn i lang tid. De gamle grekerne, som prøvde å forklare synet, antok: enten øyet avgir noen "stråler" som "føler" de omkringliggende objektene og derved informerer personen om deres utseende og form, eller tingene selv avgir noe som folk fanger og bedømmer hvordan alt fungerer ... Teoriene viste seg å være langt fra sannheten: levende vesener ser gjennom reflektert lys. Fra realiseringen av dette faktum til evnen til å beregne hva graden av polarisering er lik, var det bare ett trinn igjen - å forstå at lys er en bølge.
Lys er en bølge
En mer detaljert studie av lyset avslørte:i fravær av forstyrrelser forplantes den i en rett linje og snur seg ikke noe sted. Hvis en ugjennomsiktig hindring står i strålens vei, dannes det skygger, og hvor selve lyset går, var folk ikke interessert. Men så snart strålingen kolliderte med et gjennomsiktig medium, skjedde fantastiske ting: bjelken endret forplantningsretning og dempet. I 1678 foreslo H. Huygens at dette kan forklares med ett enkelt faktum: lys er en bølge. Forskeren dannet Huygens-prinsippet, som senere ble supplert med Fresnel. Takket være dette vet folk i dag hvordan de skal bestemme graden av polarisering.
Huygens-Fresnel-prinsippet
I henhold til dette prinsippet, ethvert punkt i miljøet, opp tilsom bølgefronten har nådd, er en sekundær kilde til sammenhengende stråling, og konvolutten til alle frontene til disse punktene fungerer som bølgefronten i neste øyeblikk. Dermed, hvis lyset forplanter seg uten forstyrrelse, vil bølgefronten i hvert neste øyeblikk være den samme som den forrige. Men så snart strålen møter et hinder, kommer en annen faktor inn i bildet: I forskjellige miljøer forplantes lys i forskjellige hastigheter. Dermed vil den første foton som klarte å nå et annet medium, forplante seg i den raskere enn den siste foton fra strålen. Følgelig vil bølgefronten vippe. Så langt har graden av polarisering ingenting å gjøre med det, men det er rett og slett nødvendig å forstå dette fenomenet fullt ut.
Prosesstid
Det skal sies hver for seg at alle disse endringeneskje utrolig raskt. Lysets hastighet i vakuum er tre hundre tusen kilometer per sekund. Ethvert medium bremser lyset, men ikke mye. Tiden det tar for bølgefronten å forvride seg når den går fra ett medium til et annet (for eksempel fra luft til vann) er ekstremt kort. Det menneskelige øye kan ikke legge merke til dette, og få enheter er i stand til å registrere så korte prosesser. Så det er verdt å forstå fenomenet rent teoretisk. Nå, fullstendig klar over hva stråling er, vil leseren forstå hvordan man finner graden av lyspolarisering? La oss ikke lure forventningene hans.
Lyspolarisering
Vi har allerede nevnt ovenfor i forskjellige mediefotonerlysene har forskjellige hastigheter. Siden lys er en tverrgående elektromagnetisk bølge (det er ikke en fortykning og sjeldenhet av mediet), har det to hovedegenskaper:
- bølgevektor;
- amplitude (også en vektormengde).
Den første egenskapen indikerer hvoren lysstråle blir rettet, og en polarisasjonsvektor oppstår, det vil si i hvilken retning den elektriske feltstyrkevektoren er rettet. Dette gjør det mulig å rotere rundt bølgevektoren. Naturlig lys, som det som sendes ut av solen, er ikke polarisert. Svingninger forplanter seg i alle retninger med lik sannsynlighet; det er ingen valgt retning eller figur langs hvilken enden av bølgevektoren svinger.
Typer av polarisert lys
Før du lærer å beregne formelen for graden av polarisering og gjøre beregninger, er det verdt å forstå hvilke typer polarisert lys.
- Elliptisk polarisering. Slutten av bølgevektoren til slikt lys beskriver en ellipse.
- Lineær polarisering. Dette er et spesielt tilfelle av det første alternativet. Som navnet antyder, er bildet i en retning.
- Sirkulær polarisering. På en annen måte kalles det også sirkulært.
Ethvert naturlig lys kan tenkes somsummen av to gjensidig vinkelrett polariserte elementer. Det er verdt å huske at to vinkelrett polariserte bølger ikke samhandler. Forstyrrelsen deres er umulig, siden de ikke ser ut til å eksistere for hverandre fra synspunktet av samspillet mellom amplituder. Når de møtes, går de bare videre uten å endre seg.
Delvis polarisert lys
Anvendelsen av polarisasjonseffekten er enorm.Ved å lede naturlig lys på en gjenstand, og motta delvis polarisert lys, kan forskere bedømme overflatens egenskaper. Men hvordan bestemmer du graden av polarisering av delvis polarisert lys?
Det er en formel N.A. Umova:
P = (Ikjørefelt-JEGdamp) / (JEGkjørefelt+ Jegdamp), hvor jegkjørefelt Er lysintensiteten i en retning vinkelrett på polariseringsplanet eller reflekterende overflate, og jegdamp - parallell. Verdien av P kan ta verdier fra 0 (for naturlig lys uten polarisering) til 1 (for plan polarisert stråling).
Kan naturlig lys polariseres?
Ved første øyekast er spørsmålet rart.Tross alt kalles stråling der det ikke er noen valgte retninger vanligvis naturlig. For innbyggerne på jordoverflaten er dette imidlertid på en måte en tilnærming. Solen avgir en strøm av elektromagnetiske bølger av forskjellige lengder. Denne strålingen er ikke polarisert. Men passerer gjennom et tykt lag av atmosfæren, får strålingen ubetydelig polarisering. Så graden av polarisering av naturlig lys generelt er ikke null. Men størrelsen er så liten at den ofte blir neglisjert. Det tas bare i betraktning i tilfelle nøyaktige astronomiske beregninger, hvor den minste feilen kan legge år til stjernen eller avstanden til systemet vårt.
Hvorfor er lys polarisert?
Ovenfor har vi ofte sagt det i forskjellige miljøerfotoner oppfører seg annerledes. Men de nevnte ikke hvorfor. Svaret avhenger av hva slags miljø vi snakker om, med andre ord, i hvilken tilstand av aggregering det er.
- Onsdag er en krystallinsk kropp med strengperiodisk struktur. Vanligvis presenteres strukturen til et slikt stoff som et gitter med faste kuler - ioner. Men generelt er dette ikke helt nøyaktig. En slik tilnærming er ofte berettiget, men ikke i tilfelle interaksjon mellom en krystall og elektromagnetisk stråling. Faktisk svinger hvert ion om sin likevektsposisjon, og ikke kaotisk, men i samsvar med hva slags naboer det har, på hvilke avstander og hvor mange det er. Siden alle disse vibrasjonene er strengt programmert av et stivt medium, er dette ionet bare i stand til å avgi en absorbert foton med en strengt definert form. Dette faktum gir opphav til en annen: hva som vil være polarisasjonen av den utgående fotonet, avhenger av retningen den kom inn i krystallet. Dette kalles eiendomsanisotropi.
- Onsdag er flytende.Her er svaret mer komplisert, siden det er to faktorer på jobb - kompleksiteten av molekyler og svingninger (kondens-sjeldenhet) av tetthet. I seg selv har komplekse lange organiske molekyler en bestemt struktur. Selv de enkleste svovelsyremolekylene er ikke en kaotisk sfærisk klump, men en veldig spesifikk korsform. En annen ting er at de alle er kaotisk lokalisert under normale forhold. Imidlertid er den andre faktoren (fluktuasjon) i stand til å skape forhold der et lite antall molekyler dannes i et lite volum, noe som en midlertidig struktur. I dette tilfellet vil enten alle molekylene være co-dirigert, eller de vil være plassert i forhold til hverandre i noen bestemte vinkler. Hvis lys på dette tidspunktet passerer gjennom en slik del av væsken, vil den få delvis polarisering. Derfor følger det at temperaturen sterkt påvirker væskens polarisering: jo høyere temperatur, jo mer alvorlig turbulens, og jo flere slike områder vil bli dannet. Sistnevnte konklusjon eksisterer takket være teorien om selvorganisering.
- Onsdag er det bensin.Når det gjelder en homogen gass, oppstår polarisering på grunn av svingninger. Det er grunnen til at det naturlige lyset fra solen, som passerer gjennom atmosfæren, får en liten polarisering. Og det er grunnen til at himmelfargen er blå: Den gjennomsnittlige størrelsen på de komprimerte elementene er slik at blå og fiolett elektromagnetisk stråling er spredt. Men hvis vi har å gjøre med en blanding av gasser, er det mye vanskeligere å beregne polarisasjonsgraden. Disse problemene løses ofte av astronomer som studerer lyset fra en stjerne som har gått gjennom en tett molekylær sky av gass. Det er derfor det er så vanskelig og interessant å studere fjerne galakser og klynger. Men astronomer gjør det og presenterer fantastiske bilder fra verdensrommet for mennesker.
