Phân cực và tự nhiên ánh sáng. ánh sáng phân cực không giống như tự nhiên

Các sóng có hai loại. Các nhiễu loạn rung động theo chiều dọc song song với hướng của họ về công tác tuyên truyền. Một ví dụ là việc thông qua âm thanh trong không khí. sóng ngang bao gồm rối loạn mà là ở một góc 90 ° so với hướng chuyển động. Ví dụ, sóng đi ngang qua khối lượng của nước gây ra rung động dọc ở bề mặt của nó.

Việc phát hiện ra

Một số hiệu ứng quang bí ẩn quan sát ở giữa thế kỷ XVII, đã được giải thích, khi ánh sáng phân cực và tự nhiên bắt đầu được coi là một hiện tượng sóng và sự chỉ đạo của những rung động của nó được phát hiện. Cái gọi là hiệu ứng phân cực đầu tiên được phát hiện bởi các bác sĩ Đan Mạch Erasmus Bartholin trong năm 1669. Khoa học quan sát sự khúc xạ kép hoặc lưỡng chiết ở Iceland spar hoặc canxi (dạng tinh thể canxi cacbonat). Khi ánh sáng đi qua một tinh thể canxit chia tách nó, tạo ra hai hình ảnh được chuyển tương đối với nhau.

Newton biết về hiện tượng này và cho thấy rằng corpuscles có lẽ ánh sáng có tính bất đối xứng hoặc "một chiều", đó có thể là nguyên nhân gây ra sự hình thành của hai hình ảnh. Huygens, một đương đại của Newton đã có thể giải thích lý thuyết của ông về khúc xạ kép của sóng tiểu học, nhưng ông đã không hiểu được ý nghĩa thực sự của hiệu ứng. Lưỡng chiết vẫn là một bí ẩn cho đến khi Thomas Young và nhà vật lý người Pháp Augustin-Zhan Frenel không gợi ý rằng sóng ánh sáng là ngang. Một ý tưởng đơn giản đã cho phép để giải thích những gì phân cực và tự nhiên ánh sáng. Đây được cung cấp một khuôn khổ tự nhiên và không phức tạp để phân tích hiệu ứng phân cực.

Các lưỡng chiết được gây ra bởi sự kết hợp của hai phân cực trực giao, mỗi trong số đó có vận tốc sóng của nó. Do sự khác biệt về tốc độ của hai thành phần có chiết suất khác nhau, và do đó họ đang khúc xạ khác nhau thông qua các tài liệu, sản xuất hai hình ảnh.

Phân cực và tự nhiên ánh sáng: lý thuyết Maxwell

Fresnel nhanh chóng phát triển một mô hình toàn diện của sóng ngang, dẫn đến sự lưỡng chiết và một số hiệu ứng quang học khác. Bốn mươi năm sau, điện từ lý thuyết của Maxwell thanh lịch giải thích bản chất ngang của ánh sáng.

sóng điện từ Maxwell gồm từ trường và điện vuông góc với hướng dao động phong trào. Các trường đang ở một góc 90 ° với nhau. Trong trường hợp này theo hướng tuyên truyền của từ trường và điện tạo thành một hệ thống thuận tay phải phối hợp. Đối với một làn sóng với tần số f và độ dài λ (có liên quan phụ thuộc λf = c), trong đó di chuyển theo hướng x tích cực, các lĩnh vực được mô tả về mặt toán học:

• 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 ^.

Các phương trình cho thấy các lĩnh vực điện và từ trường đang trong giai đoạn với nhau. Tại bất kỳ thời điểm nào, họ đồng thời đạt giá trị tối đa của họ trong một không gian tương đương với E ₀ và B _0. Những biên độ không phải là độc lập. phương trình Maxwell cho thấy E ₀ = CB ₀ cho tất cả các sóng điện từ trong chân không.

hướng phân cực

Trong các mô tả về định hướng của từ trường và điện của sóng ánh sáng thường chỉ cho thấy sự chỉ đạo của điện trường. Các vector từ trường được xác định bởi các yêu cầu của lĩnh vực tính thẳng góc và tính thẳng góc của họ với hướng chuyển động. ánh sáng tự nhiên và phân cực tuyến tính được đặc trưng ở chỗ trong dao động trường cuối cùng theo các hướng cố định như sự chuyển động của sóng.

Có trạng thái phân cực khác có thể. Trong trường hợp của vectơ tròn của từ trường và điện là xoay tương đối với sự chỉ đạo công tác tuyên truyền ở biên độ không đổi. ánh sáng phân cực elip là ở một vị trí trung gian giữa tuyến tính và phân cực tròn.

ánh sáng phân cực

Nguyên tử trên bề mặt của một sợi nước nóng, mà tạo ra các bức xạ điện từ, là, độc lập với nhau. Mỗi bức xạ có thể được xấp xỉ mô hình hóa như tàu hỏa trong thời gian ngắn từ 10 ^-9 đến 10 ^-8 giây. sóng điện từ sợi, là một sự chồng chất của những đoàn tàu, mỗi trong số đó có hướng phân cực riêng của nó. Số tiền định hướng ngẫu nhiên huấn luyện hình thức vector sóng phân cực trong đó thay đổi nhanh chóng và thất thường. một làn sóng như vậy được gọi unpolarized. Tất cả các nguồn tự nhiên của ánh sáng, bao gồm cả mặt trời, đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang và ngọn lửa, tạo ra bức xạ như vậy. Tuy nhiên, ánh sáng tự nhiên thường được một phần phân cực do nhiều tán xạ và phản xạ.

Như vậy, sự khác biệt từ ánh sáng phân cực tự nhiên bao gồm trong thực tế là trong các dao động đầu tiên xảy ra trong một mặt phẳng.

Nguồn bức xạ phân cực

ánh sáng phân cực có thể được tạo ra khi định hướng không gian xác định. Một ví dụ là bức xạ synchrotron, trong đó năng lượng cao hạt mang điện chuyển động trong một từ trường và phát ra sóng điện từ phân cực. Có rất nhiều nguồn thiên văn nổi tiếng phát ra ánh sáng phân cực một cách tự nhiên. Chúng bao gồm các tinh vân, tàn tích siêu tân tinh, và nhân thiên hà hoạt động. phân cực bức xạ vũ trụ được nghiên cứu nhằm xác định các thuộc tính của các nguồn của nó.

lọc polaroid

ánh sáng phân cực và tự nhiên được tách ra bằng cách đi qua một số tài liệu, phổ biến nhất trong số đó là polaroid, được tạo ra bởi nhà vật lý người Mỹ Edwin Land. Các bộ lọc bao gồm chuỗi dài các phân tử hydrocarbon định hướng theo một hướng bởi quá trình xử lý nhiệt. Phân tử để chọn lọc hấp thụ bức xạ, điện trường song song với hướng của chúng. Ánh sáng rời khỏi bản phân cực tuyến tính phân cực. điện trường của nó vuông góc với hướng định hướng phân tử. Polaroid đã tìm thấy ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm kính mát và các bộ lọc làm giảm ảnh hưởng của ánh sáng phản xạ và phân tán.

ánh sáng tự nhiên và phân cực: luật Malus

Năm 1808, nhà vật lý Etienne Louis Malus thấy rằng ánh sáng phản xạ từ bề mặt phi kim loại, một phần phân cực. Mức độ tác động này phụ thuộc vào góc tới và chỉ số khúc xạ của vật liệu phản chiếu. Trong một trong những trường hợp nghiêm trọng khi tang của góc tới trong không khí tương đương với chỉ số khúc xạ của vật liệu phản chiếu, ánh sáng phản xạ trở nên hoàn toàn tuyến tính phân cực. Hiện tượng này được gọi là luật Brewster (tên đã tìm ra nó, các nhà vật lý Scotland David Brewster). Hướng phân cực song song với bề mặt phản xạ. Kể từ khi chói huỳnh quang thường xảy ra khi phản xạ từ bề mặt ngang như đường giao thông và các bộ lọc nước thường được sử dụng trong kính mát để giữ ánh sáng phân cực theo chiều ngang và do đó có chọn lọc loại bỏ các phản xạ của ánh sáng.

tán xạ Rayleigh

tán xạ ánh sáng bởi các đối tượng rất nhỏ có kích thước nhỏ hơn nhiều so với bước sóng (cái gọi là tán xạ Rayleigh sau khi các nhà khoa học Anh Lord Rayleigh), cũng tạo ra một sự phân cực một phần. Khi ánh sáng mặt trời đi qua bầu khí quyển của trái đất, nó được phân tán bởi các phân tử không khí. Trái đất và đạt đến rải rác ánh sáng tự nhiên phân cực. Mức độ phân cực phụ thuộc vào góc tán xạ. Kể từ khi người đàn ông không phân biệt giữa ánh sáng tự nhiên và phân cực, hiệu ứng này thường không được chú ý. Tuy nhiên, con mắt của nhiều loài côn trùng phản ứng với nó, và họ sử dụng sự phân cực tương đối của các bức xạ rải rác như một công cụ điều hướng. camera lọc bình thường được sử dụng để làm giảm bức xạ nền trong ánh sáng mặt trời, là một phân cực tuyến tính đơn giản, mà tách ánh sáng phân cực và Rayleigh tự nhiên.

vật liệu đẳng hướng

hiệu ứng phân cực được quan sát trong các vật liệu quang học bất đẳng hướng (trong đó chỉ số khúc xạ thay đổi theo sự chỉ đạo của phân cực), chẳng hạn như tinh thể lưỡng chiết, một số cấu trúc sinh học và vật liệu hoạt tính quang học. ứng dụng công nghệ bao gồm kính hiển vi phân cực, màn hình tinh thể lỏng và dụng cụ quang học dùng để nghiên cứu vật liệu.