Polariseret og naturligt lys. polariseret lys i modsætning til naturlige

Bølgerne er af to slags. Den langsgående vibrations perturbation parallelt med deres udbredelsesretning. Et eksempel er passage af lyd i luften. Tværbølger består af forstyrrelser, der er i en vinkel på 90 ° i forhold til bevægelsesretningen. For eksempel bølgen passerer vandret gennem massen af vand forårsager vertikale vibrationer ved dens overflade.

Opdagelsen af

En række mystiske optiske effekter observeret i midten af det XVII århundrede, er blevet forklaret, når det polariserede og naturligt lys begyndte at blive betragtet som en bølge fænomen og retningen af sine vibrationer blev opdaget. Den første såkaldte polarisering effekt blev opdaget af den danske læge Erasmus Bartholin i 1669. Videnskabelig observeret dobbelt brydning eller dobbeltbrydning i Island Spar eller calcium (krystalform af calciumcarbonat). Når lys passerer gennem en calcit krystal opdeler det, der producerer to billeder forskudt i forhold til hinanden.

Newton kender om dette fænomen, og tyder på, at måske lys blodlegemer har asymmetri eller "ensidig", der kunne være årsag til dannelsen af to billeder. Huygens, en nutidig af Newton var i stand til at forklare hans teori om dobbelt brydning af elementære bølger, men han forstod ikke den sande betydning af effekten. Dobbeltbrydning forblev et mysterium indtil Thomas Young og den franske fysiker Augustin-Zhan Frenel ikke foreslås, at lysbølger er tværgående. En simpel idé har lov til at forklare, hvad polariseret og naturligt lys. Dette gav en naturlig og ukompliceret ramme for at analysere polariseringsvirkninger.

Dobbeltbrydningen er forårsaget af en kombination af to ortogonale polarisationer, som hver har sin bølgehastigheden. På grund af forskellen i hastighed af de to komponenter har forskellige brydningsindekser, og de er derfor forskelligt brydes gennem materialet, der producerer to billeder.

Polariseret og naturligt lys: Maxwell teori

Fresnel hurtigt udviklet en omfattende model af tværgående bølger, som førte til dobbeltbrydningen og en række andre optiske virkninger. Fyrre år senere, den elektromagnetiske Maxwells teori elegant forklarer den tværgående karakter af lys.

Elektromagnetiske bølger Maxwell sammensat af magnetiske og elektriske felter er vinkelrette på retningen af oscillerende bevægelse. Felterne er i en vinkel på 90 ° til hinanden. I dette tilfælde udbredelsesretningen af de magnetiske og elektriske felter danner en højrehåndet koordinatsystem. For en bølge med frekvensen f og længden λ (de vedrører afhængighed Xf = c), som bevæger sig i retning X felterne beskrives matematisk:

• 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 ^.

Ligningerne viser, at de elektriske og magnetiske felter er i fase med hinanden. På ethvert givet tidspunkt, de samtidig nå deres maksimale værdier i et rum svarende til D ₀ og B _0. Disse amplituder er ikke uafhængige. Maxwells ligninger viser, at E ₀ = cB ₀ for alle elektromagnetiske bølger i vakuum.

polarisationsretningen

I beskrivelsen af orienteringen af de magnetiske og elektriske felter lysbølger er typisk kun angiver retningen af det elektriske felt. Magnetfeltet vektor bestemmes af kravet vinkelrette felter og deres vinkelrette på retningen af bevægelse. Naturlige og lineært polariseret lys er kendetegnet ved, at det sidste felt svinge i faste retninger som bevægelsen af bølgen.

Der er andre mulige polarisering stater. I tilfælde af cirkulære vektorer af de magnetiske og elektriske felter drejes i forhold til udbredelsesretningen ved konstant amplitude. Elliptisk polariseret lys er i en mellemposition mellem de lineære og cirkulære polariseringer.

upolariseret lys

Atomer på overfladen af en opvarmet glødetråd, som genererer den elektromagnetiske stråling, uafhængigt af hinanden. Hver stråling kan omtrent modelleres som tog af kort varighed på 10 ^-9 til 10 ^-8 sekunder. Elektromagnetiske bølger fra glødetråden, er en superposition af disse tog, som hver har sin egen polarisering retning. Beløb orienteret tilfældigt tog danner bølge polarisering vektor varierer hurtigt og uregelmæssigt. En sådan bølge kaldes upolariseret. Alle naturlige lyskilder, herunder solen, glødelamper, lysstofrør og flammer, producere en sådan stråling. Imidlertid er naturligt lys ofte delvist polariseret på grund af multipel spredning og refleksion.

Forskellen fra naturlige polariseret lys består i, at der i de første svingninger opstår i et plan.

Kilder til polariseret stråling

Polariseret lys kan produceres, når den rumlige orientering bestemt. Et eksempel er synkrotronstrålingen, hvori højenergi ladede partikler bevæger sig i et magnetfelt og udsender polariseret elektromagnetisk bølge. Der er mange kendte astronomiske kilder, der udsender naturligt polariseret lys. Disse omfatter stjernetåger, supernovarester, og aktiv galakse. kosmisk stråling polarisering er undersøgt for at bestemme egenskaberne af dens kilder.

Polaroid filter

Polariseret og naturligt lys er adskilt ved at passere gennem en række materialer, den mest almindelige er den polaroid, skabt af den amerikanske fysiker Edwin Land. Filteret består af lange kæder af carbonhydridmolekyler orienteret i én retning ved varmebehandlingen. Molekyle til selektivt at absorbere stråling, det elektriske felt er parallel med deres orientering. Lyset forlader polarisator er lineært polariseret. Dens elektriske felt vinkelret på retningen af molekylære orientering. Polaroid har fundet anvendelse i mange områder, herunder solbriller og filtre, der reducerer effekten af det reflekterede og spredte lys.

Naturligt og polariseret lys: loven af Malus

I 1808, fysiker Etienne Louis Malus fandt, at lys reflekteret fra ikke-metalliske overflader, delvist polariseret. Omfanget af denne virkning afhænger af indfaldsvinklen og brydningsindekset for det reflekterende materiale. I en af de ekstreme tilfælde, når tangenten indfaldsvinklen i luft er lig med brydningsindekset for det reflekterende materiale, bliver det reflekterede lys helt lineært polariseret. Dette fænomen er kendt som Brewster lov (opkaldt efter sin opdager, den skotske fysiker David Brewster). Polarisationsretningen parallel med den reflekterende overflade. Da fluorescerende blænding sædvanligvis forekomme ved refleksion fra horisontale overflader, såsom veje og vandfiltre er almindeligt anvendt i solbriller at bo vandret polariseret lys og derfor selektivt at fjerne refleksioner af lys.

Rayleigh-spredning

Lysspredning ved meget små objekter, hvis dimensioner er meget mindre end bølgelængden (den såkaldte Rayleigh-spredning efter den engelske videnskabsmand Lord Rayleigh), skaber også en delvis polarisering. Når sollyset passerer gennem jordens atmosfære, er det spredt af luftmolekyler. Jorden og når spredt polariseret naturligt lys. Graden af polarisering afhænger af spredningsvinkel. Da mennesket ikke skelner mellem naturligt og polariseret lys, denne effekt normalt går ubemærket hen. Ikke desto mindre, for øjnene af mange insekter reagerer på det, og de bruger den relative polarisering af den spredte stråling som navigatør værktøj. Normal filter kamera, der bruges til at reducere baggrundsstråling i skarpt sollys, er en simpel lineær polarisator, der adskiller det polariserede lys og naturlig Rayleigh.

anisotrope materialer

Polariseringsvirkninger observeres i de optisk anisotrope materialer (hvori brydningsindekset varierer med polarisationsretningen), såsom dobbeltbrydende krystaller, nogle biologiske strukturer og optisk aktive materialer. Teknologiske anvendelser omfatter polariserende mikroskoper, LCD-skærme og optiske instrumenter, der anvendes til materialer forskning.