I dag vil vi avsløre essensen av lysets bølgenatur og fenomenet «grad av polarisering» knyttet til dette faktum.
evnen til å se og lyse
Lysets natur og evnen til å se knyttet til det har bekymret menneskesinnet i lang tid. De gamle grekerne, som prøvde å forklare syn, antok: enten sender øyet ut visse "stråler" som "føler" de omkringliggende gjenstandene og dermed informerer personen om deres utseende og form, eller tingene i seg selv sender ut noe som folk fanger og bedømmer hvordan alt fungerer. Teorier viste seg å være langt fra sannheten: levende vesener ser takket være reflektert lys. Fra å innse dette faktum til å kunne beregne hva graden av polarisering er, var det ett skritt igjen - å forstå at lys er en bølge.
Lys er en bølge
Med en mer detaljert studie av lyset viste det seg at i fravær av interferens forplanter det seg i en rett linje og snur ikke noe sted. Hvis en ugjennomsiktig hindring kommer i veien for strålen, dannes det skygger, og hvor selve lyset går, var folk ikke interessert. Men så snart strålingen kolliderte med et gjennomsiktig medium, skjedde det utrolige ting: strålen endret retningspredt og dimmet. I 1678 foreslo H. Huygens at dette kan forklares med et enkelt faktum: lys er en bølge. Forskeren dannet Huygens-prinsippet, som senere ble supplert med Fresnel. Takket være det folk i dag vet hvordan de skal bestemme graden av polarisering.
Huygens-Fresnel-prinsipp
I henhold til dette prinsippet er ethvert punkt i mediet som nås av bølgefronten en sekundær kilde til koherent stråling, og omhyllingen til alle frontene til disse punktene fungerer som bølgefronten i neste øyeblikk. Således, hvis lys forplanter seg uten forstyrrelser, vil bølgefronten i hvert neste øyeblikk være den samme som ved den forrige. Men så snart strålen møter en hindring, spiller en annen faktor inn: i ulike medier forplanter lys seg med forskjellige hastigheter. Dermed vil fotonet som klarte å nå det andre mediet først forplante seg i det raskere enn det siste fotonet fra strålen. Derfor vil bølgefronten vippe. Graden av polarisering har ingenting med det å gjøre ennå, men det er rett og slett nødvendig å forstå dette fenomenet fullt ut.
Prosesstid
Det skal sies separat at alle disse endringene skjer utrolig raskt. Lysets hastighet i et vakuum er tre hundre tusen kilometer i sekundet. Ethvert medium bremser lyset, men ikke mye. Tiden hvor bølgefronten blir forvrengt når den beveger seg fra ett medium til et annet (for eksempel fra luft til vann) er ekstremt kort. Det menneskelige øyet kan ikke legge merke til dette, og få enheter er i stand til å fikse så kortprosesser. Så det er verdt å forstå fenomenet rent teoretisk. Nå, fullt klar over hva stråling er, vil leseren ønske å forstå hvordan man finner graden av polarisering av lys? La oss ikke lure forventningene hans.
Polarisering av lys
Vi har allerede nevnt ovenfor at fotoner av lys har forskjellige hastigheter i forskjellige medier. Siden lys er en tverrgående elektromagnetisk bølge (det er ikke en kondensering og sjeldneri av mediet), har det to hovedkarakteristikker:
- wave vector;
- amplitude (også en vektormengde).
Den første karakteristikken indikerer hvor lysstrålen er rettet, og polarisasjonsvektoren 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, har ingen polarisering. Oscillasjoner er fordelt i alle retninger med lik sannsynlighet, det er ingen valgt retning eller mønster som enden av bølgevektoren svinger langs.
Typer polarisert lys
Før du lærer hvordan du regner ut formelen for polarisasjonsgraden og gjør beregninger, bør du forstå hva slags polarisert lys er.
- Elliptisk polarisering. Enden av bølgevektoren til slikt lys beskriver en ellipse.
- Lineær polarisering. Dette er et spesielt tilfelle av det første alternativet. Som navnet tilsier, er bildet én retning.
- Sirkulær polarisering. På en annen måte kalles den også sirkulær.
Ethvert naturlig lys kan representeres som summen av to gjensidig perpendikulære polariserte elementer. Det er verdt å huske at to vinkelrett polariserte bølger ikke samhandler. Deres interferens er umulig, siden fra synspunktet om samspillet mellom amplituder, ser de ikke ut til å eksistere for hverandre. Når de møtes, går de bare videre uten å endre seg.
Delvis polarisert lys
Anvendelsen av polarisasjonseffekten er enorm. Ved å rette naturlig lys mot et objekt, og motta delvis polarisert lys, kan forskerne bedømme egenskapene til overflaten. Men hvordan bestemmer du graden av polarisering av delvis polarisert lys?
Det er en formel for N. A. Umov:
P=(Ilan-Ipar)/(Ilan+I par), der Itrans er lysintensiteten i retningen vinkelrett på planet til polarisatoren eller den reflekterende overflaten, og I par- parallell. P-verdien kan ta verdier fra 0 (for naturlig lys uten polarisering) til 1 (for plan polarisert stråling).
Kan naturlig lys polariseres?
Spørsmålet er rart ved første øyekast. Tross alt kalles stråling der det ikke er noen utmerkede retninger vanligvis naturlig. Men for innbyggerne på jordoverflaten er dette på en eller annen måte en tilnærming. Solen gir en strøm av elektromagnetiske bølger av forskjellige lengder. Denne strålingen er ikke polarisert. Men beståttgjennom et tykt lag av atmosfæren får strålingen en liten polarisering. Så graden av polarisering av naturlig lys er generelt ikke null. Men verdien er så liten at den ofte blir neglisjert. Det tas kun i betraktning ved nøyaktige astronomiske beregninger, der den minste feil kan legge til år til stjernen eller avstand til systemet vårt.
Hvorfor polariserer lyset?
Vi har ofte sagt ovenfor at fotoner oppfører seg annerledes i ulike medier. Men de nevnte ikke hvorfor. Svaret avhenger av hva slags miljø vi snakker om, med andre ord i hvilken aggregert tilstand det er.
- Mediet er en krystallinsk kropp med en strengt periodisk struktur. Vanligvis er strukturen til et slikt stoff representert som et gitter med faste kuler - ioner. Men generelt sett er ikke dette helt nøyaktig. En slik tilnærming er ofte berettiget, men ikke når det gjelder samspillet mellom en krystall og elektromagnetisk stråling. Faktisk svinger hvert ion rundt sin likevektsposisjon, og ikke tilfeldig, men i samsvar med hvilke naboer det har, på hvilke avstander og hvor mange av dem. Siden alle disse vibrasjonene er strengt programmert av et stivt medium, er dette ionet i stand til å sende ut et absorbert foton bare i en strengt definert form. Dette faktum gir opphav til et annet: hva som vil være polarisasjonen til det utgående fotonet avhenger av retningen det kom inn i krystallen. Dette kalles egenskapsanisotropi.
- onsdag - flytende. Her er svaret mer komplisert, siden to faktorer spiller inn - kompleksiteten til molekylene ogfluktuasjoner (kondensasjon-sjeldnere) av tetthet. I seg selv har komplekse lange organiske molekyler en viss struktur. Selv de enkleste molekylene av svovelsyre er ikke en kaotisk sfærisk koagel, men en veldig spesifikk korsformet form. En annen ting er at under normale forhold er de alle ordnet tilfeldig. Imidlertid er den andre faktoren (fluktuasjon) i stand til å skape forhold der et lite antall molekyler danner i et lite volum noe som en midlertidig struktur. I dette tilfellet vil enten alle molekyler være co-dirigert, eller de vil være lokalisert i forhold til hverandre i noen spesifikke vinkler. Hvis lys på dette tidspunktet passerer gjennom en slik del av væsken, vil det få delvis polarisering. Dette fører til konklusjonen at temperaturen sterkt påvirker polarisasjonen av væsken: jo høyere temperatur, jo mer alvorlig blir turbulensen, og jo flere slike områder vil det dannes. Den siste konklusjonen eksisterer takket være teorien om selvorganisering.
- onsdag - gass. Når det gjelder en homogen gass, oppstår polarisering på grunn av fluktuasjoner. Det er grunnen til at solens naturlige lys, som passerer gjennom atmosfæren, får en liten polarisering. Og det er grunnen til at fargen på himmelen 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, så er det mye vanskeligere å beregne graden av polarisering. Disse problemene løses ofte av astronomer som studerer lyset til en stjerne som har passert gjennom en tett molekylær sky av gass. Derfor er det så vanskelig og interessant å studere fjerne galakser og klynger. Menastronomer takler og gir fantastiske bilder av verdensrommet til mennesker.
