Graden af ​​polarisering af delvist polariseret lys: definition, beskrivelse og formel

I dag vil vi afsløre essensen af ​​lysets bølgeart og fænomenet forbundet med denne kendsgerning "polarisationsgrad".

Evne til at se og lyse

Lysets art og tilhørende evneat se bekymrede menneskelige sind i lang tid. De gamle grækere, forsøger at forklare visionen, foreslog: enten øjet udsender nogle "stråler", at "famler" omkringliggende objekter og dermed underrette personen om deres facon og form, eller de ting, selv udstråle noget, fange de mennesker og dommer, hvordan tingene fungerer . Teorierne viste sig at være langt fra sandheden: levende væsener ser takket være det reflekterede lys. Fra denne erkendelse til evnen til at regne ud, hvad er graden af ​​polarisering, han opholdt sig et skridt - at forstå, at lys er en bølge.

Lys er en bølge

Ved mere detaljeret undersøgelse af lys blev det konstateret: I mangel af interferens spredes den i en lige linje og slukker ikke overalt. Hvis der opstår en uigennemsigtig forhindring i strålenes vej, dannes der skygger, og hvor lyset selv forlader, var folk ikke interesserede. Men når strålingen kolliderede med et gennemsigtigt miljø, skete der fantastiske ting: strålen ændrede udbredelsesretningen og dæmpet. I 1678 foreslog H. Huygens, at dette kan forklares af den eneste kendsgerning: Lys er en bølge. Forskeren dannede Huygens-princippet, som senere blev suppleret af Fresnel. Takket være, hvad i dag folk ved, hvordan man bestemmer graden af ​​polarisation.

Huygens-Fresnel-princippet

Ifølge dette princip er ethvert punkt i mediet, op tilsom er forreste af bølgen, er en sekundær kilde til sammenhængende stråling, og konvolutten på alle fronter af disse punkter virker som bølgefronten på det næste tidspunkt. Således, hvis lyset udbreder sig uden indblanding, vil bølgefronten i hvert næste øjeblik være det samme som i det foregående. Men det er værd at strålen møder forhindringen, da en anden faktor kommer i spil: I modsætning til miljøer formerer lyset sig med forskellige hastigheder. Således vil den foton, som formåede at nå det andet medium først, sprede sig hurtigere end den sidste foton fra strålen. Derfor vil bølgens forside bøje. Graden af ​​polarisation her har intet at gøre med det, men at forstå dette fænomen fuldt ud er simpelthen nødvendigt.

Proces tid

Det er værd at nævne særskilt, at alle disse ændringerforekommer utroligt hurtigt. Lysets hastighed i et vakuum er tre hundrede tusind kilometer pr. Sekund. Ethvert medium sænker lyset, men ikke meget. Tid, som bølgefronten er forvrænget, når den passerer fra et medium til et andet (for eksempel fra luft til vand), er meget lille. Det menneskelige øje kan ikke se dette, og ikke meget, hvilken enhed der kan registrere sådanne korte processer. Så for at forstå fænomenet er rent teoretisk. Nu, er fuldt ud klar over, at en sådan stråling, læseren ønsker at forstå, hvordan man kan finde graden af ​​polarisering af lyset? Vi vil ikke bedrage hans forventninger.

Polarisation af lys

Vi har allerede nævnt ovenfor, at fotonerne i forskellige medierlys har en anden hastighed. Da lys er en tværgående elektromagnetisk bølge (ikke en kondensering og nedsættelse af mediet), har den to hovedkarakteristika:

• bølge vektor;
• amplitude (også en vektor mængde).

Den første karakteristik angiver hvoren stråle af lys er rettet, en polarisationsvektor opstår, det vil sige, i hvilken retning vektoren af ​​elektrisk feltintensitet er rettet. Dette tillader rotation omkring bølgevektoren. Naturlyset, for eksempel udstrålet af solen, har ingen polarisering. Oscillationer er fordelt i alle retninger med samme sandsynlighed, der er ingen valgt retning eller figur, langs hvilken enden af ​​bølgevektoren svinger.

Typer af polariseret lys

Før du lærer at beregne formlen for graden af ​​polarisering og udføre beregninger, er det værd at forstå, hvilken slags polariseret lys der er.

1. Elliptisk polarisering. Slutningen af ​​bølgevektoren af ​​sådant lys beskriver en ellipse.
2. Lineær polarisering. Dette er et specielt tilfælde af den første mulighed. Som du kan se fra titlen, er billedet i dette tilfælde en retning.
3. Cirkulær polarisering. På en anden måde kaldes den også cirkulær.

Ethvert naturligt lys kan repræsenteres somsummen af ​​to indbyrdes vinkelret polariserede elementer. Det skal huskes, at to vinkelret polariserede bølger ikke interagerer. Deres indblanding er umuligt, da de ud fra samspillet mellem amplituder ikke synes at eksistere for hinanden. Når de mødes, går de simpelthen uden at ændre sig.

Delvist polariseret lys

Anvendelsen af ​​polarisationseffekten er enorm. Ved at lede objektet til naturligt lys og få delvist polariseret, kan forskere dømme overfladens egenskaber. Men hvordan man bestemmer graden af ​​polarisering af delvist polariseret lys?

Der er en formel NA. Umov:

P = (I_bane-I_damp) / (I_bane+ I_damp), hvor jeg_bane Er lysintensiteten i en retning vinkelret på polarisatoren eller den reflekterende overflade, og jeg_damp - parallelt P-værdi kan antage værdier fra 0 (for naturligt lys, blottet for enhver polarisering) til 1 (for planpolariseret stråling).

Kan naturligt lys polariseres?

Spørgsmålet er ved første øjekast mærkeligt. Stråling, hvor der ikke er nogen tildelte retninger, bliver som regel kaldt naturlig. Men for jordens indbyggere er det på en måde en tilnærmelse. Solen giver en strøm af elektromagnetiske bølger af forskellig længde. Denne stråling er ikke polariseret. Men gennem et tykt lag af atmosfæren opnår strålingen en ubetydelig polarisation. Så graden af ​​polarisation af naturligt lys som helhed er ikke lig med nul. Men størrelsen er så lille, at den ofte forsømmes. Det tages i betragtning kun i tilfælde af præcise astronomiske beregninger, hvor den mindste fejl kan tilføje en stjerne år eller afstand til vores system.

Hvorfor polariserer lyset?

Ovenfor har vi ofte sagt det i forskellige miljøerfotoner opfører sig anderledes. Men de fortalte ikke hvorfor. Svaret afhænger af, hvilken slags miljø vi taler om, med andre ord i hvilken tilstand det er.

1. Mediet er en krystallinsk krop med strengtperiodisk struktur. Normalt er strukturen af ​​et sådant stof repræsenteret som et gitter med faste bolde-ioner. Men generelt er det ikke helt korrekt. En sådan tilnærmelse er ofte berettiget, men ikke i tilfælde af interaktion mellem en krystal og elektromagnetisk stråling. Faktisk svinger hver ion i nærheden af ​​dens ligevægtsposition, ikke kaotisk, men i overensstemmelse med hvad dets naboer er, på hvilke afstande er der placeret og hvor mange af dem. Da alle disse oscillationer strengt programmeres af et stift medium, udsendes den udsendte absorberede foton kun af denne ion i en strengt defineret form. Denne kendsgerning giver anledning til en anden: hvad der vil være polariseringen af ​​den nye foton, afhænger af den retning, hvori den kom ind i krystallen. Dette kaldes anisotropi af egenskaber.
2. Mediet er flydende. Her er svaret mere kompliceret, da der er to faktorer - kompleksiteten af ​​molekylerne og fluktuationerne (kondensationsfortynding) af densiteten. I sig selv har komplekse lange organiske molekyler en bestemt struktur. Selv de simpleste molekyler af svovlsyre er ikke en kaotisk sfærisk bunke, men en meget specifik korsformet form. En anden ting er, at alle af dem under normale forhold er placeret kaotisk. Den anden faktor (svingning) er imidlertid i stand til at skabe betingelser, hvor et lille antal molekyler danner i et lille volumen noget som en tidsmæssig struktur. I dette tilfælde vil alle molekyler være medretninger eller vil være placeret i forhold til hinanden ved visse specifikke vinkler. Hvis lyset på dette tidspunkt passerer gennem en sådan del af væsken, vil den opnå en delvis polarisering. Konklusionen er derfor, at temperaturen stærkt påvirker polarisationen af ​​væsken: Jo højere temperatur jo mere alvorlig turbulensen er, og jo flere sådanne sektioner vil blive dannet. Den sidste konklusion skyldes teorien om selvorganisation.
3. Mediet er gas. I tilfælde af ensartet gas polarisering opstår på grund af udsving. Det er grunden til det naturlige lys fra solen, der passerer gennem atmosfæren bliver lille polarisering. Og det er derfor himlen blå farve: den gennemsnitlige størrelse af tætningslegemet sådan, at den elektromagnetiske stråling er spredt blå og lilla farver. Men hvis der er tale om en blanding af gasser, derefter beregne graden af ​​polarisering er meget vanskeligere. Disse problemer er ofte løst astronomer, der udforsker stjernelys passerede gennem den tætte molekylære sky af gas. Derfor er det så svært og interessant at studere fjerne galakser og klynger. Men astronomer klare og give fantastiske billeder af dybt rum til mennesker.
</ ol </ p>