Polarizált és a természetes fény. polarizált fény ellentétben természetes

A hullámok kétfélék. A hosszirányú vibrációs perturbáció párhuzamosak a terjedési iránya. Ennek egyik példája a hangnak a levegőben. Transzverzális hullámok állnak zavarok, amelyek szögben 90 ° mozgás irányát. Például, a hullám halad vízszintesen át a tömeget a víz hatására függőleges lengéseket a felületén.

A felfedezés

Számos rejtélyes optikai hatások figyelhetők meg a közepén a XVII században, már kifejtette, ha a polarizált és a természetes fény kezdett tekinthető, mint egy hullám jelenség, és az irányt a rezgések fedeztek fel. Az első az úgynevezett polarizációs hatást fedezte fel a dán orvos Erasmus Bartholin 1669. Tudományos megfigyelt kettős fénytörés vagy kettős törés izlandi pát vagy kalcium (kristály formájú kalcium-karbonát). Amikor a fény áthalad a kalcit kristály osztja meg, így két kép van tolva egymáshoz képest.

Newton tudni ezt a jelenséget, és arra utal, hogy talán fény részecskéken van aszimmetria vagy „egyoldalú”, hogy lehet az oka a kialakulásának két kép. Huygens, a kortárs Newton tudta magyarázni az elméletét a kettős fénytörés elemi hullámok, de nem érti a valódi jelentését a hatást. A kettős törés rejtély maradt, amíg Thomas Young és a francia fizikus Augustin-Zhan Frenel nem javasolta, hogy fényhullámok transzverzális. Egy egyszerű ötlet lehetővé tette, hogy elmagyarázza, mi polarizált és a természetes fény. Ez feltéve, egy természetes és egyszerű elemzési keretét polarizációs hatások.

A kettős törés okozza, amely két egymásra merőleges polarizáció, amelyek mindegyike a hullám terjedési sebessége. Mivel a különbség a sebesség a két komponens különböző törésmutatóval, és ezért ezek különbözőképpen megtörik az anyagon keresztül, termelő két kép.

Polarizált és a természetes fény: Maxwell elmélete

Fresnel gyorsan kifejlesztett egy átfogó modelljét transzverzális hullámok, ami a kettős törés és számos más optikai hatásokat. Negyven évvel később, az elektromágneses Maxwell elmélete elegánsan magyarázza a keresztirányú fény természetéről.

Az elektromágneses hullámok Maxwell álló mágneses és elektromos mezők irányára merőleges oszcilláló mozgást. A mezők szögben 90 ° egymással. Ebben az esetben a terjedési irányát a mágneses és elektromos mezők képeznek jobbkezes koordinátarendszerben. A hullám az f frekvenciát és a hossza λ (viszonyulnak függőség λf = c), ami mozog pozitív X irányban, a mezők leírhatók matematikailag:

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

Az egyenletek azt mutatják, hogy az elektromos és mágneses mezők egymással azonos fázisban vannak egymással. Egy adott időben, egyszerre éri el a maximális értékeket szóközzel egyenlő E ₀ és B _0. Ezek amplitúdója nem független egymástól. Maxwell egyenletek azt mutatják, hogy az E ₀ = CB ₀ minden elektromágneses hullámok vákuumban.

a polarizáció iránya

A leírásban a tájékozódás a mágneses és elektromos mezők a fényhullámok jellemzően csak azt az irányt az elektromos mező. A mágneses mező vektort határozza meg az a követelmény a merőlegességi mezőket, és azok a merőlegesség, hogy a mozgás irányát. Természetes és lineárisan polarizált fény az jellemzi, hogy az utolsó mező rezgésbe fix irányba a mozgás a hullám.

Vannak más lehetséges polarizációs állapotok. Abban az esetben, körkörös vektorok a mágneses és elektromos mezők viszonyítva forognak a terjedési irányát állandó amplitúdójú. Elliptikusan poláros fény egy köztes helyzetben a lineáris és cirkuláris polarizáció.

polarizált fény

Atomok felületen egy fűtött izzószál, amely generál az elektromágneses sugárzás, vannak, egymástól függetlenül. Minden sugárzás körülbelül modellezhető vonatok rövid időtartama 10 ^-9 10 ^-8 másodpercig. Az elektromágneses hullámok a végtelen, egy szuperpozíció ilyen vonatok, amelyek mindegyike saját polarizációs iránnyal. Összeg orientált véletlenszerűen vonatok formák a polarizációs vektor változik, ami gyorsan és kiszámíthatatlanul. Egy ilyen hullámot nevezzük polarizált. Minden természetes fényforrások, köztük a Nap, izzólámpák, fénycsövek és a lángok, ott olyan sugárzást. Azonban a természetes fény gyakran részben polarizált a többszörös szóródás következtében és a mérlegelés.

Ily módon a különbség a természetes polarizált fény áll az a tény, hogy az első oszcilláció áll elő egy síkban.

Forrásai polarizált sugárzás

Polarizált fényt lehet előállítani, ha a térbeli orientációját meghatározzuk. Egy példa erre a szinkrotron sugárzás, amelyben nagy energiájú töltött részecskék mozgó mágneses mező és bocsátanak ki polarizált elektromágneses hullám. Sok jól ismert csillagászati források bocsátanak ki természetesen a polarizált fény. Ezek közé tartozik a ködök, szupernóva maradványai, és az aktív galaxismagok. kozmikus sugárzás polarizációja vizsgálták annak érdekében, hogy meghatározzák a tulajdonságait annak forrásait.

polaroid szűrő

Polarizált és a természetes fény van elválasztva áthaladó számos anyagból, a leggyakoribb, amely a polaroid által létrehozott amerikai fizikus Edwin Land. A szűrő áll hosszú láncok szénhidrogén molekulák azonos irányultságú a hőkezelési folyamat. Molekula szelektíven elnyelik a sugárzást, az elektromos mező párhuzamos orientáció. A kilépő fény polarizációs lineárisan polarizált. A villamos tér irányára merőleges molekuláris orientáció. Polaroid talált alkalmazása számos területen, beleértve a napszemüveg és szűrők, amelyek csökkentik a hatását a visszavert és a szórt fény.

A természetes és polarizált fény: a törvény Malus

1808-ban, fizikus Etienne Louis Malus találtuk, hogy visszavert fény a nem-fémes felületek, részben polarizált. A mértéke ez a hatás függ a beesési szög és a törésmutató a fényvisszaverő anyag. Az egyik szélsőséges esetben, amikor a szög tangense beesési levegőben egyenlő a törésmutatója fényvisszaverő anyag, a visszavert fény válik teljesen lineárisan polarizált. Ezt a jelenséget nevezik Brewster törvénye (nevét felfedezője, a skót fizikus David Brewster). A polarizációs iránya párhuzamos a reflektáló felület. Mivel fluoreszcens káprázást általában akkor upon visszaverődést vízszintes felületeken, mint az utak és a víz szűrők általánosan használják a napszemüvegek maradni vízszintesen polarizált fényt, és így szelektíven eltávolítja a fény visszaverődése.

Rayleigh szórás

A fényszórás nagyon kis tárgyakat, amelyek méretei sokkal kisebbek, mint a hullámhossz (az úgynevezett Rayleigh szórás után az angol tudós Lord Rayleigh) is létrehoz egy részleges polarizáció. Amikor a napfény áthalad a Föld légkörébe, diszpergálva van levegő molekulák. Föld és eléri szórt polarizált természetes fény. A polarizáció foka függ szórási szög. Mivel az ember nem tesz különbséget a természetes és a polarizált fény, ez a hatás általában észrevétlen marad. Mindazonáltal, a szemek a sok rovar reagálnak rá, és használják a relatív polarizáció a szórt sugárzás egy navigációs eszköz. Normál szűrő kamera csökkentésére használják háttérsugárzás ragyogó napsütésben, egy egyszerű lineáris polarizátor, amely elválasztja a polarizált fény és a természetes Rayleigh.

anizotrop anyagok

Polarizációs hatások figyelhetők meg a optikailag anizotrop anyagok (ahol a törésmutató változik a polarizációs irányát), mint például a kettősen törő kristályokból, néhány biológiai struktúrák és optikailag aktív anyagok. Technológiai alkalmazások közé tartozik a polarizációs mikroszkópok, folyadékkristályos kijelzők és optikai műszerek használt anyagok kutatás.