Vandag sal ons die essensie van die golfaard van lig en die verskynsel "graad van polarisasie" wat met hierdie feit verband hou, openbaar.
Die vermoë om te sien en te lig
Die aard van lig en die vermoë om te sien wat daarmee geassosieer word, het die menslike verstand vir 'n lang tyd bekommer. Die antieke Grieke, wat visie probeer verklaar het, het aangeneem: óf die oog straal sekere "strale" uit wat die omliggende voorwerpe "voel" en sodoende die persoon inlig oor hul voorkoms en vorm, óf die dinge self straal iets uit wat mense vang en beoordeel hoe alles werke. Teorieë het geblyk ver van die waarheid af te wees: lewende wesens sien danksy gereflekteerde lig. Van die besef van hierdie feit tot om te kan bereken wat die graad van polarisasie is, was daar een stap oor – om te verstaan dat lig 'n golf is.
Lig is 'n golf
Met 'n meer gedetailleerde studie van die lig, het dit geblyk dat in die afwesigheid van inmenging, dit in 'n reguit lyn voortplant en nêrens heen draai nie. As 'n ondeursigtige hindernis in die pad van die balk kom, word skaduwees gevorm, en waar die lig self gaan, het mense nie belang gestel nie. Maar sodra die bestraling met 'n deursigtige medium gebots het, het wonderlike dinge gebeur: die straal het van rigting veranderversprei en verdof. In 1678 het H. Huygens voorgestel dat dit deur 'n enkele feit verklaar kan word: lig is 'n golf. Die wetenskaplike het die Huygens-beginsel gevorm, wat later deur Fresnel aangevul is. Danksy wat mense vandag weet hoe om die graad van polarisasie te bepaal.
Huygens-Fresnel-beginsel
Volgens hierdie beginsel is enige punt van die medium wat deur die golffront bereik word 'n sekondêre bron van koherente straling, en die omhulsel van al die fronte van hierdie punte dien as die golffront op die volgende oomblik van tyd. As lig dus sonder inmenging voortplant, sal die golffront op elke volgende oomblik dieselfde wees as by die vorige een. Maar sodra die straal 'n hindernis teëkom, kom 'n ander faktor ter sprake: in verskillende media versprei lig teen verskillende snelhede. Dus, die foton wat daarin geslaag het om die ander medium eerste te bereik, sal vinniger daarin voortplant as die laaste foton van die bundel. Daarom sal die golffront kantel. Die mate van polarisasie het nog niks daarmee te doen nie, maar dit is eenvoudig nodig om hierdie verskynsel ten volle te verstaan.
Prosestyd
Dit moet afsonderlik gesê word dat al hierdie veranderinge ongelooflik vinnig plaasvind. Die spoed van lig in 'n vakuum is driehonderdduisend kilometer per sekonde. Enige medium vertraag lig, maar nie veel nie. Die tyd waartydens die golffront verwring word wanneer van een medium na 'n ander beweeg word (byvoorbeeld van lug na water) is uiters kort. Die menslike oog kan dit nie agterkom nie, en min toestelle is in staat om so kort te herstelprosesse. Dit is dus die moeite werd om die verskynsel suiwer teoreties te verstaan. Nou, ten volle bewus van wat straling is, sal die leser wil verstaan hoe om die mate van polarisasie van lig te vind? Laat ons nie sy verwagtinge mislei nie.
Polarisasie van lig
Ons het reeds hierbo genoem dat fotone van lig verskillende spoed in verskillende media het. Aangesien lig 'n transversale elektromagnetiese golf is (dit is nie 'n kondensasie en verdunning van die medium nie), het dit twee hoofkenmerke:
- golfvektor;
- amplitude (ook 'n vektorhoeveelheid).
Die eerste kenmerk dui aan waarheen die ligstraal gerig is, en die polarisasievektor ontstaan, dit wil sê in watter rigting die elektriese veldsterktevektor gerig is. Dit maak dit moontlik om om die golfvektor te roteer. Natuurlike lig, soos dié wat deur die son uitgestraal word, het geen polarisasie nie. Ossillasies word met gelyke waarskynlikheid in alle rigtings versprei, daar is geen gekose rigting of patroon waarlangs die einde van die golfvektor ossilleer nie.
tipes gepolariseerde lig
Voordat jy leer hoe om die formule vir die graad van polarisasie te bereken en berekeninge te maak, moet jy verstaan watter tipes gepolariseerde lig is.
- Elliptiese polarisasie. Die einde van die golfvektor van sulke lig beskryf 'n ellips.
- Lineêre polarisasie. Dit is 'n spesiale geval van die eerste opsie. Soos die naam aandui, is die prentjie een rigting.
- Sirkulêre polarisasie. Op 'n ander manier word dit ook sirkelvormig genoem.
Enige natuurlike lig kan voorgestel word as die som van twee onderling loodregte gepolariseerde elemente. Dit is die moeite werd om te onthou dat twee loodreg gepolariseerde golwe nie interaksie het nie. Hul inmenging is onmoontlik, aangesien dit uit die oogpunt van die interaksie van amplitudes blykbaar nie vir mekaar bestaan nie. Wanneer hulle ontmoet, gaan hulle net verby sonder om te verander.
Gedeeltelik gepolariseerde lig
Die toepassing van die polarisasie-effek is groot. Deur natuurlike lig op 'n voorwerp te rig, en gedeeltelik gepolariseerde lig te ontvang, kan wetenskaplikes die eienskappe van die oppervlak beoordeel. Maar hoe bepaal jy die mate van polarisasie van gedeeltelik gepolariseerde lig?
Daar is 'n formule vir N. A. Umov:
P=(Ilan-Ipar)/(Ilan+I par), waar Itrans die ligintensiteit is in die rigting loodreg op die vlak van die polarisator of reflektiewe oppervlak, en I par- parallel. Die P-waarde kan waardes neem van 0 (vir natuurlike lig sonder enige polarisasie) tot 1 (vir vlak gepolariseerde straling).
Kan natuurlike lig gepolariseer word?
Die vraag is met die eerste oogopslag vreemd. Straling waarin daar geen onderskeie rigtings is nie, word immers gewoonlik natuurlik genoem. Vir die bewoners van die aarde se oppervlak is dit egter in 'n sekere sin 'n benadering. Die son gee 'n stroom elektromagnetiese golwe van verskillende lengtes. Hierdie straling is nie gepolariseer nie. Maar verbygaandeur 'n dik laag van die atmosfeer verkry die straling 'n effense polarisasie. So die mate van polarisasie van natuurlike lig is oor die algemeen nie nul nie. Maar die waarde is so klein dat dit dikwels afgeskeep word. Dit word slegs in ag geneem in die geval van presiese astronomiese berekeninge, waar die geringste fout jare by die ster of afstand tot ons stelsel kan voeg.
Waarom polariseer lig?
Ons het dikwels hierbo gesê dat fotone anders optree in verskillende media. Maar hulle het nie genoem hoekom nie. Die antwoord hang af van watter soort omgewing ons praat, met ander woorde, in watter totale toestand dit is.
- Die medium is 'n kristallyne liggaam met 'n streng periodieke struktuur. Gewoonlik word die struktuur van so 'n stof voorgestel as 'n rooster met vaste balle - ione. Maar in die algemeen is dit nie heeltemal akkuraat nie. So 'n benadering is dikwels geregverdig, maar nie in die geval van die interaksie van 'n kristal en elektromagnetiese straling nie. Trouens, elke ioon ossilleer om sy ewewigsposisie, en nie lukraak nie, maar in ooreenstemming met watter bure dit het, op watter afstande en hoeveel van hulle. Aangesien al hierdie vibrasies streng deur 'n rigiede medium geprogrammeer word, is hierdie ioon in staat om 'n geabsorbeerde foton slegs in 'n streng gedefinieerde vorm uit te straal. Hierdie feit gee aanleiding tot 'n ander: wat die polarisasie van die uitgaande foton sal wees, hang af van die rigting waarin dit die kristal binnegekom het. Dit word eiendomsanisotropie genoem.
- Woensdag - vloeistof. Hier is die antwoord meer ingewikkeld, aangesien twee faktore aan die werk is - die kompleksiteit van die molekules enfluktuasies (kondensasie-rarefaksie) van digtheid. Op sigself het komplekse lang organiese molekules 'n sekere struktuur. Selfs die eenvoudigste molekules van swaelsuur is nie 'n chaotiese sferiese klont nie, maar 'n baie spesifieke kruisvorm. Nog iets is dat hulle onder normale omstandighede almal ewekansig gerangskik is. Die tweede faktor (skommeling) is egter in staat om toestande te skep waaronder 'n klein aantal molekules in 'n klein volume iets soos 'n tydelike struktuur vorm. In hierdie geval sal óf alle molekules medegerig word, óf hulle sal relatief tot mekaar geleë wees teen sekere spesifieke hoeke. As lig op hierdie tydstip deur so 'n gedeelte van die vloeistof gaan, sal dit gedeeltelike polarisasie verkry. Dit lei tot die gevolgtrekking dat die temperatuur die polarisasie van die vloeistof sterk beïnvloed: hoe hoër die temperatuur, hoe ernstiger die turbulensie, en hoe meer sulke areas sal gevorm word. Die laaste gevolgtrekking bestaan danksy die teorie van selforganisasie.
- Woensdag - gas. In die geval van 'n homogene gas vind polarisasie plaas as gevolg van fluktuasies. Dit is hoekom die natuurlike lig van die Son, wat deur die atmosfeer gaan, 'n klein polarisasie verkry. En dit is hoekom die kleur van die lug blou is: die gemiddelde grootte van die gekompakteerde elemente is sodanig dat blou en violet elektromagnetiese straling verstrooi word. Maar as ons met 'n mengsel van gasse te doen het, dan is dit baie moeiliker om die mate van polarisasie te bereken. Hierdie probleme word dikwels opgelos deur sterrekundiges wat die lig van 'n ster bestudeer wat deur 'n digte molekulêre gaswolk gegaan het. Daarom is dit so moeilik en interessant om verafgeleë sterrestelsels en trosse te bestudeer. Maarsterrekundiges hanteer dit en gee ongelooflike foto's van diep ruimte aan mense.
