Ngayon ay ibubunyag natin ang kakanyahan ng wave nature ng liwanag at ang phenomenon na "degree of polarization" na nauugnay sa katotohanang ito.
Ang kakayahang makakita at magliwanag
Ang likas na katangian ng liwanag at ang kakayahang makakita na nauugnay dito ay nag-aalala sa isipan ng tao sa mahabang panahon. Ang mga sinaunang Griyego, na sinusubukang ipaliwanag ang pangitain, ay ipinapalagay: alinman sa mata ay naglalabas ng ilang "sinag" na "nararamdaman" ang mga bagay sa paligid at sa gayon ay nagpapaalam sa tao ng kanilang hitsura at hugis, o ang mga bagay mismo ay naglalabas ng isang bagay na hinuhuli at hinuhusgahan ng mga tao kung paano ang lahat. gumagana. Ang mga teorya ay naging malayo sa katotohanan: ang mga buhay na nilalang ay nakakakita salamat sa sinasalamin na liwanag. Mula sa pag-unawa sa katotohanang ito hanggang sa kakayahang kalkulahin kung ano ang antas ng polarization, may isang hakbang pa - upang maunawaan na ang liwanag ay isang alon.
Ang liwanag ay isang alon
Sa isang mas detalyadong pag-aaral ng liwanag, lumabas na sa kawalan ng interference, ito ay kumakalat sa isang tuwid na linya at hindi lumiliko kahit saan. Kung ang isang opaque na balakid ay humarang sa daanan ng sinag, kung gayon ang mga anino ay nabuo, at kung saan napupunta ang liwanag mismo, ang mga tao ay hindi interesado. Ngunit sa sandaling ang radiation ay bumangga sa isang transparent na daluyan, ang mga kamangha-manghang bagay ay nangyari: ang sinag ay nagbago ng direksyonkumalat at lumabo. Noong 1678, iminungkahi ni H. Huygens na maipaliwanag ito ng isang katotohanan: ang liwanag ay isang alon. Binuo ng siyentipiko ang prinsipyo ng Huygens, na kalaunan ay dinagdagan ng Fresnel. Salamat sa alam ng mga tao ngayon kung paano matukoy ang antas ng polarization.
Huygens-Fresnel principle
Ayon sa prinsipyong ito, ang anumang punto ng medium na naabot ng wave front ay pangalawang pinagmumulan ng coherent radiation, at ang sobre ng lahat ng front ng mga puntong ito ay nagsisilbing wave front sa susunod na sandali ng oras. Kaya, kung ang liwanag ay lumaganap nang walang interference, sa bawat susunod na sandali ang harap ng alon ay magiging kapareho ng sa nauna. Ngunit sa sandaling matugunan ng sinag ang isang balakid, isa pang kadahilanan ang papasok: sa magkaibang media, ang liwanag ay kumakalat sa iba't ibang bilis. Kaya, ang photon na unang nakarating sa ibang medium ay magpapalaganap dito nang mas mabilis kaysa sa huling photon mula sa beam. Samakatuwid, ang harap ng alon ay tumagilid. Ang antas ng polarization ay wala pang kinalaman dito, ngunit ito ay kinakailangan lamang upang lubos na maunawaan ang hindi pangkaraniwang bagay na ito.
Oras ng proseso
Dapat sabihin nang hiwalay na ang lahat ng mga pagbabagong ito ay nangyayari nang napakabilis. Ang bilis ng liwanag sa isang vacuum ay tatlong daang libong kilometro bawat segundo. Ang anumang medium ay nagpapabagal sa liwanag, ngunit hindi gaanong. Ang oras kung saan ang harap ng alon ay nasira kapag lumilipat mula sa isang daluyan patungo sa isa pa (halimbawa, mula sa hangin patungo sa tubig) ay napakaikli. Hindi ito mapapansin ng mata ng tao, at kakaunti ang mga device na kayang ayusin ang ganoong kaiklianmga proseso. Kaya ito ay nagkakahalaga ng pag-unawa sa kababalaghan na puro theoretically. Ngayon, ganap na alam kung ano ang radiation, nais ng mambabasa na maunawaan kung paano hanapin ang antas ng polariseysyon ng liwanag? Huwag nating dayain ang kanyang mga inaasahan.
Polarization ng liwanag
Nabanggit na namin sa itaas na ang mga photon ng liwanag ay may iba't ibang bilis sa iba't ibang media. Dahil ang liwanag ay isang transverse electromagnetic wave (ito ay hindi isang condensation at rarefaction ng medium), mayroon itong dalawang pangunahing katangian:
- wave vector;
- amplitude (isa ring dami ng vector).
Ang unang katangian ay nagpapahiwatig kung saan nakadirekta ang light beam, at ang polarization vector ay bumangon, ibig sabihin, kung saan nakadirekta ang electric field strength vector. Ginagawa nitong posible na paikutin ang wave vector. Ang natural na liwanag, tulad ng ibinubuga ng araw, ay walang polarisasyon. Ang mga oscillation ay ipinamamahagi sa lahat ng direksyon na may pantay na posibilidad, walang napiling direksyon o pattern kung saan ang dulo ng wave vector ay nag-o-oscillate.
Mga uri ng polarized na ilaw
Bago mo matutunan kung paano kalkulahin ang formula para sa antas ng polarization at gumawa ng mga kalkulasyon, dapat mong maunawaan kung anong mga uri ng polarized na ilaw.
- Elliptical polarization. Ang dulo ng wave vector ng naturang liwanag ay naglalarawan ng isang ellipse.
- Linear polarization. Ito ay isang espesyal na kaso ng unang pagpipilian. Gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ang larawan ay isang direksyon.
- Paikot na polarisasyon. Sa ibang paraan, tinatawag din itong circular.
Anumang natural na liwanag ay maaaring katawanin bilang kabuuan ng dalawang magkaparehong patayo na polarized na elemento. Ito ay nagkakahalaga ng pag-alala na ang dalawang perpendicularly polarized wave ay hindi nakikipag-ugnayan. Imposible ang kanilang panghihimasok, dahil mula sa punto ng view ng pakikipag-ugnayan ng mga amplitude, tila hindi sila umiiral para sa isa't isa. Kapag nagkita sila, dumadaan lang sila nang hindi nagbabago.
Partly polarized light
Ang paglalapat ng polarization effect ay napakalaki. Sa pamamagitan ng pagdidirekta ng natural na liwanag sa isang bagay, at pagtanggap ng bahagyang polarized na liwanag, maaaring hatulan ng mga siyentipiko ang mga katangian ng ibabaw. Ngunit paano mo matutukoy ang antas ng polarization ng bahagyang polarized na liwanag?
May formula para sa N. A. Umov:
P=(Ilan-Ipar)/(Ilan+I par), kung saan ang Itrans ay ang intensity ng liwanag sa direksyon na patayo sa plane ng polarizer o reflective surface, at I par- parallel. Ang P value ay maaaring tumagal ng mga value mula 0 (para sa natural na liwanag na walang anumang polarization) hanggang 1 (para sa plane polarized radiation).
Maaari bang maging polarize ang natural na liwanag?
Ang tanong ay kakaiba sa unang tingin. Pagkatapos ng lahat, ang radiation kung saan walang mga kilalang direksyon ay karaniwang tinatawag na natural. Gayunpaman, para sa mga naninirahan sa ibabaw ng Earth, ito ay sa ilang kahulugan ay isang pagtatantya. Nagbibigay ang araw ng isang stream ng mga electromagnetic wave na may iba't ibang haba. Ang radiation na ito ay hindi polarized. Pero dumadaansa pamamagitan ng isang makapal na layer ng atmospera, ang radiation ay nakakakuha ng isang bahagyang polariseysyon. Kaya ang antas ng polariseysyon ng natural na liwanag ay karaniwang hindi zero. Ngunit ang halaga ay napakaliit na ito ay madalas na napapabayaan. Isinasaalang-alang lamang ito sa kaso ng mga tumpak na kalkulasyon ng astronomya, kung saan ang pinakamaliit na error ay maaaring magdagdag ng mga taon sa bituin o distansya sa aming system.
Bakit polarize ang liwanag?
Madalas naming sinasabi sa itaas na ang mga photon ay kumikilos nang iba sa magkaibang media. Pero hindi nila binanggit kung bakit. Ang sagot ay depende sa kung anong uri ng kapaligiran ang pinag-uusapan natin, sa madaling salita, sa kung anong pinagsama-samang estado ito.
- Ang medium ay isang mala-kristal na katawan na may mahigpit na pana-panahong istraktura. Karaniwan ang istraktura ng naturang sangkap ay kinakatawan bilang isang sala-sala na may mga nakapirming bola - ions. Ngunit sa pangkalahatan, hindi ito ganap na tumpak. Ang ganitong pagtatantya ay madalas na makatwiran, ngunit hindi sa kaso ng pakikipag-ugnayan ng isang kristal at electromagnetic radiation. Sa katunayan, ang bawat ion ay umiikot sa paligid ng posisyon ng balanse nito, at hindi random, ngunit alinsunod sa kung ano ang mga kapitbahay nito, sa anong mga distansya at kung gaano karami sa kanila. Dahil ang lahat ng mga vibrations na ito ay mahigpit na naka-program sa pamamagitan ng isang matibay na daluyan, ang ion na ito ay may kakayahang maglabas ng isang hinihigop na photon lamang sa isang mahigpit na tinukoy na anyo. Ang katotohanang ito ay nagbubunga ng isa pa: kung ano ang magiging polariseysyon ng papalabas na photon ay depende sa direksyon kung saan ito pumasok sa kristal. Tinatawag itong property anisotropy.
- Miyerkules - likido. Narito ang sagot ay mas kumplikado, dahil ang dalawang mga kadahilanan ay gumagana - ang pagiging kumplikado ng mga molekula atpagbabagu-bago (condensation-rarefaction) ng density. Sa sarili nito, ang mga kumplikadong mahabang organikong molekula ay may isang tiyak na istraktura. Kahit na ang pinakasimpleng mga molekula ng sulfuric acid ay hindi isang magulong spherical clot, ngunit isang napaka tiyak na hugis ng cruciform. Ang isa pang bagay ay na sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay lahat sila ay nakaayos nang random. Gayunpaman, ang pangalawang kadahilanan (pagbabago) ay nakakalikha ng mga kondisyon kung saan ang isang maliit na bilang ng mga molekula ay bumubuo sa isang maliit na dami tulad ng isang pansamantalang istraktura. Sa kasong ito, alinman sa lahat ng mga molekula ay co-direct, o sila ay matatagpuan na may kaugnayan sa isa't isa sa ilang partikular na anggulo. Kung ang liwanag sa oras na ito ay dumaan sa naturang seksyon ng likido, makakakuha ito ng bahagyang polariseysyon. Ito ay humahantong sa konklusyon na ang temperatura ay malakas na nakakaapekto sa polariseysyon ng likido: kung mas mataas ang temperatura, mas seryoso ang kaguluhan, at mas maraming mga lugar ang mabubuo. Umiiral ang huling konklusyon salamat sa teorya ng self-organization.
- Miyerkules - gas. Sa kaso ng isang homogenous na gas, ang polariseysyon ay nangyayari dahil sa mga pagbabago. Iyon ang dahilan kung bakit ang natural na liwanag ng Araw, na dumadaan sa atmospera, ay nakakakuha ng isang maliit na polariseysyon. At iyon ang dahilan kung bakit ang kulay ng langit ay asul: ang karaniwang sukat ng mga siksik na elemento ay tulad na ang asul at violet na electromagnetic radiation ay nakakalat. Ngunit kung tayo ay nakikitungo sa isang halo ng mga gas, kung gayon mas mahirap kalkulahin ang antas ng polariseysyon. Ang mga problemang ito ay madalas na nalutas ng mga astronomo na nag-aaral ng liwanag ng isang bituin na dumaan sa isang siksik na molekular na ulap ng gas. Samakatuwid, napakahirap at kawili-wiling pag-aralan ang malalayong kalawakan at kumpol. Perokinakaya ng mga astronomo at nagbibigay ng mga kamangha-manghang larawan ng malalim na espasyo sa mga tao.
