Lumină polarizată și naturală. lumină polarizată spre deosebire naturală

Valurile sunt de două feluri. Longitudinală Perturbarea vibrațională paralelă cu direcția lor de propagare. Un exemplu este trecerea sunetului în aer. unde transversali constau perturbări care se află într-un unghi de 90 ° față de direcția de deplasare. De exemplu, unda care trece orizontal prin masa apei provoacă vibrații verticale la suprafața sa.

Descoperirea

O serie de efecte optice misterioase observate în mijlocul secolului al XVII-lea, a fost explicat, atunci când a început lumina polarizată și natural să fie privit ca un fenomen val și direcția vibrațiilor sale au fost descoperite. Primul efect de polarizare așa-numitul a fost descoperit de către medic danez Erasmus Bartholin în 1669. Scientific observat refracție dublă sau birefringență în Islanda (forma cristalină a carbonatului de calciu) spat sau calciu. Când lumina trece printr-un cristal de calcit se desparte, producând două imagini sunt deplasate una în raport cu cealaltă.

Newton știu despre acest fenomen și sugerează că, probabil, corpusculii de lumină au asimetrie sau „unilateral“, care ar putea fi cauza formarea a două imagini. Huygens, un contemporan al lui Newton a fost capabil să explice teoria dublei refracție a undelor elementare, dar el nu a înțeles adevăratul sens al efectului. Birefringența a ramas un mister pana cand Thomas Young si fizicianul francez Augustin-Zhan Frenel nu se sugerează că undele luminoase sunt transversale. O idee simplă a permis să explice ce polarizată și naturale de lumină. Aceasta a oferit un cadru natural și simplu pentru analizarea efectelor de polarizare.

Birefringența este cauzată de o combinație a două polarizări ortogonale, fiecare dintre care are viteza sa de unda. Din cauza diferenței de viteză dintre cele două componente au indici de refracție diferiți, și, prin urmare, acestea sunt în mod diferit refractate prin material, producând două imagini.

Polarizată și naturală de lumină: Teoria lui Maxwell

Fresnel a dezvoltat rapid un model complet de unde transversale, care a dus la birefringența și o serie de alte efecte optice. Patruzeci de ani mai târziu, electromagnetice teoria lui Maxwell explică elegant natura transversală a luminii.

Undele electromagnetice Maxwell compus din câmpuri magnetice și electrice perpendicular pe direcția de mișcare oscilantă. Câmpurile sunt la un unghi de 90 ° unul de altul. În acest caz, direcția de propagare a câmpurilor magnetice și electrice formează un sistem de coordonate dreptaci. Pentru un val cu frecvența f și X lungime (care se referă dependența λf = c), care se mișcă în direcția x pozitiv, câmpurile sunt descrise matematic:

• 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 ^.

Ecuațiile arată că câmpurile electrice și magnetice sunt în fază unul cu celălalt. La un moment dat, acestea ajung simultan valorile lor maxime într - un spațiu egal cu E ₀ și B _0. Aceste amplitudinile nu sunt independente. ecuațiile lui Maxwell arată că E ₀ = Cb ₀ pentru toate undelor electromagnetice în vid.

direcția de polarizare

În descrierea orientarea câmpurilor magnetice și electrice ale undelor luminoase sunt, de obicei indică doar direcția câmpului electric. Vectorul câmp magnetic este determinată de cerința câmpurilor perpendicularitate și perpendicularitate lor în direcția de mișcare. Lumina naturală și polarizată liniar este caracterizat prin aceea că, în ultimul câmp oscileze în direcții fixe ca mișcarea valului.

Există și alte stări posibile de polarizare. În cazul vectorilor circulare ale câmpurilor magnetice și electrice sunt rotite una față de direcția de propagare la amplitudine constantă. lumina polarizată eliptic este într-o poziție intermediară între polarizări circulare și liniare.

lumină nepolarizată

Atomii de pe suprafața unui filament încălzit, care generează radiația electromagnetică, sunt, independent unul față de celălalt. Fiecare radiație poate fi de aproximativ modelate ca trenuri de scurtă durată de 10 până la 10 ^{-9 -8 secunde.} Undele electromagnetice din filamentul, este o suprapunere a acestor trenuri, dintre care fiecare are propria direcție de polarizare. orientate aleatoriu Suma trenurilor formează vectorul de undă de polarizare care variază rapid și haotic. O astfel de undă se numește nepolarizată. Toate sursele naturale de lumină, inclusiv Soarele, lămpile cu incandescență, lămpi fluorescente și flăcări, produc astfel de radiații. Cu toate acestea, lumina naturală este adesea parțial polarizată datorită imprastiere multiple și de reflecție.

Astfel, diferența de lumină polarizată naturală constă în faptul că, în primele oscilațiile apar într-un plan.

Surse de radiații polarizată

Lumina polarizata poate fi produs atunci când orientarea spațială determinată. Un exemplu este radiația sincrotron, în care de mare energie particule încărcate se deplasează într-un câmp magnetic și emit unde electromagnetice polarizate. Există mai multe bine-cunoscute surse astronomice care emit lumină polarizată în mod natural. Acestea includ nebuloase, ramasite de supernove, și nuclee galactice activi. polarizarea radiației cosmice este studiat pentru a determina proprietățile surselor sale.

filtru polaroid

Lumina polarizata și naturale sunt separate prin trecerea printr-o serie de materiale, dintre care cea mai comună este Polaroid, creat de fizicianul american Edwin Land. Filtrul este format din lanțuri lungi de molecule de hidrocarburi orientate într-o direcție prin procesul de tratament termic. Molecule de a absorbi selectiv radiațiile, câmpul electric este paralelă cu orientarea lor. Lumina lăsând polarizator este liniar polarizată. Câmpul său electric perpendicular pe direcția de orientare moleculară. Polaroid a găsit aplicații în multe domenii, inclusiv ochelari de soare și filtre care reduc efectul luminii reflectate și împrăștiate.

Lumina naturală și polarizată: legea Malus

În 1808, fizicianul Etienne Louis Malus a constatat că lumina reflectată de suprafețele nemetalice, parțial polarizată. Amploarea acestui efect depinde de unghiul de incidență și indicele de refracție al materialului reflectorizant. Într-unul din cazuri extreme, atunci când tangenta unghiului de incidență în aer este egală cu indicele de refracție al materialului reflectorizant, lumina reflectată devine complet polarizat liniar. Acest fenomen este cunoscut sub numele de legea lui Brewster (numit după descoperitorul ei, fizicianul scoțian David Brewster). Direcția de polarizare paralelă cu suprafața de reflexie. Deoarece efectul de orbire fluorescentă apar, de obicei, la o analiză de pe suprafețe orizontale, cum ar fi drumuri și filtre de apă sunt frecvent utilizate în ochelari de soare pentru a rămâne lumină polarizată orizontal și, prin urmare, îndepărtarea selectivă a reflecțiile luminii.

Rayleigh

difuzia luminii de obiecte foarte mici, ale căror dimensiuni sunt mult mai mici decât lungimea de undă (așa-numita Rayleigh după savantul englez Lord Rayleigh), de asemenea, creează o polarizare parțială. Când lumina soarelui trece prin atmosfera terestră, este dispersat prin moleculele de aer. Pământul și ajunge împrăștiate în lumină naturală polarizată. Gradul de polarizare este dependentă de unghiul de împrăștiere. Din moment ce omul nu face distincție între lumină naturală și polarizată, acest efect se duce de obicei neobservate. Cu toate acestea, ochii multor insecte reacționează la ea, iar ei folosesc polarizarea relativă a radiației împrăștiate ca un instrument de navigație. camera filtru normal care este utilizat pentru a reduce radiația de fond în lumina puternică a soarelui, este un polarizator liniar simplu, care separă lumina polarizată și tip Rayleigh natural.

materiale anizotrope

Efectele observate în Polarizarea sunt materialele anizotrope optic (în care indicele de refracție variază în funcție de direcția de polarizare), cum ar fi cristale birefringente, unele structuri biologice și materiale optic active. aplicatii tehnologice includ microscoape polarizante, display-uri cu cristale lichide și instrumente optice utilizate pentru cercetarea materialelor.