Polarized at natural na liwanag. polarized light hindi katulad ng likas na

Ang mga wave ay ng dalawang uri. Ang paayon vibrational aalaala kahilera sa kanilang direksyon ng pagpapalaganap. Ang isang halimbawa ay ang pagdaan ng tunog sa hangin. Transverse waves binubuo ng mga kaguluhan na kung saan ay sa isang anggulo ng 90 ° sa direksyon ng paggalaw. Halimbawa, ang mga wave pagpasa horizontally sa pamamagitan ng mga masa ng tubig nagiging sanhi ng vertical vibration sa ibabaw nito.

Ang pagkatuklas ng

Ang isang bilang ng mga mahiwagang optical effects siniyasat sa gitna ng XVII siglo, ay ipinaliwanag, kapag ang polarized at natural na ilaw ay nagsimula upang maging itinuturing bilang isang wave phenomenon at ang direksyon ng kanyang mga vibrations ay natuklasan. Ang unang tinaguriang polariseysyon epekto ay natuklasan sa pamamagitan ng Danish manggagamot Erasmus Bartholin sa 1669. Scientific sinusunod double repraksyon o birefringence sa Iceland spar o kaltsyum (crystal anyo ng calcium carbonate). Kapag ilaw pumasa sa pamamagitan ng isang calcite crystal hating ito, na gumagawa ng dalawang mga imahe ay shifted kamag-anak sa bawat isa.

Newton malaman tungkol sa ito kababalaghan at nagmumungkahi na marahil light corpuscles kung asymmetry o "one-sided", na maaaring maging sanhi ng ang pagbuo ng dalawang mga imahe. Huygens, isang kapanahon ni Newton ay able sa ipaliwanag ang kanyang teorya ng double repraksyon ng waves elementarya, ngunit hindi niya maunawaan ang tunay na kahulugan ng ang epekto. Birefringence nanatiling isang misteryo hanggang Thomas Young at ang Pranses pisisista Augustin-Zhan Frenel ay hindi iminungkahi na light waves ay nakahalang. Ang isang simpleng ideya ay pinahihintulutan upang ipaliwanag kung ano polarized at natural na liwanag. Ito na ibinigay ng isang likas at uncomplicated framework para sa pag-aaral polariseysyon epekto.

birefringence ay sanhi ng isang kumbinasyon ng dalawang orthogonal polarizations, ang bawat isa ay may sarili wave bilis. Dahil sa pagkakaiba sa bilis ng dalawang mga sangkap ay may iba't ibang repraktibo mga indeks, at samakatuwid ay ang mga ito ay naiiba refracted sa pamamagitan ng materyal, na gumagawa ng dalawang mga imahe.

Polarized at natural na ilaw: Maxwell teorya

Fresnel mabilis na bumuo ng isang komprehensibong modelo ng nakahalang wave, na kung saan ang humantong sa birefringence at isang bilang ng iba pang mga optical effect. Apatnapung taon na ang lumipas, ang electromagnetic Maxwell 's theory elegante nagpapaliwanag ang nakahalang likas na katangian ng liwanag.

Electromagnetic waves Maxwell binubuo ng magnetic at electric field na patayo sa direksyon ng oscillating paggalaw. Ang mga patlang ay sa isang anggulo ng 90 ° sa bawat isa. Sa kasong ito ang direksyon ng pagpapalaganap ng magnetic at electric mga patlang bumuo ng isang kanang kamay coordinate system. Para sa isang wave sa ang dalas f at ang haba λ (nauugnay ang pagdepende λf = c), na gumagalaw sa positibong x direksyon, ang mga patlang ay inilarawan mathematically:

• E (x, t) = E ₀ cos (2 π x / λ - 2 π piye) y ^;
• B (x, t) = B ₀ cos (2 π x / λ - 2 π piye) z ^.

Ang equation ipakita na ang electric at magnetic field ay nasa phase sa bawat isa. Sa anumang naibigay na oras, sila ay sabay-sabay na maabot ang kanilang maximum na mga halaga sa isang space katumbas ng E ₀ at B _0. Ang mga amplitudes ay hindi malaya. Maxwell 's equation isigaw na E ₀ = CB ₀ para sa lahat electromagnetic waves sa vacuo.

ang polariseysyon direksyon

Sa paglalarawan ng ang orientation ng magnetic at electric patlang ng liwanag waves ay karaniwang lamang ipahiwatig ang direksyon ng electric field. Ang magnetic field vector ay tinutukoy ng mga kinakailangan ng pagkaperpendikular parang at ang kanilang pagkaperpendikular sa direksyon ng paggalaw. Natural at linearly polarized ilaw ay nailalarawan sa na sa huling field atubili sa nakapirming direksyon bilang ang paggalaw ng mga wave.

May mga iba pang mga posibleng estado polariseysyon. Sa kaso ng pabilog vectors ng magnetic at electric field ay pinaikot na may kaugnayan sa pagpapalaganap direksyon sa pare-pareho ang amplitude. Elliptical polarized light ay nasa isang intermediate posisyon sa pagitan ng haba at bilog polarizations.

unpolarized liwanag

Atoms sa ibabaw ng isang heated filament, na makabuo ng electromagnetic radiation, ay, nang nakapag-iisa ng bawat isa. Ang bawat radiation ay maaaring humigit-kumulang na imo-modelo bilang mga tren ng maikling tagal ng 10 ^-9 sa 10 ^-8 segundo. Electromagnetic waves mula sa filament, ay isang superposisyon ng mga tren, ang bawat isa ay may sarili nitong polariseysyon direksyon. Halaga oriented na random tren form wave polariseysyon vector ng kung saan ay nag-iiba mabilis at erratically. Tulad ng isang alon ay tinatawag unpolarized. Ang lahat ng mga natural na mga pinagkukunan ng ilaw, kasama na ang Sun, maliwanag na maliwanag lamp, fluorescent lamp at apoy, makabuo ng naturang radiation. Gayunpaman, natural na ilaw ay madalas na bahagyang polarized dahil sa maraming pagkakalat at pagmuni-muni.

Kaya, ang mga pagkakaiba mula sa mga natural na polarized ilaw ay binubuo sa ang katunayan na sa unang oscillations mangyari sa isang plane.

Pinagmumulan ng polarized radiation

Polarized liwanag ay maaaring ginawa kapag ang spatial orientation tinutukoy. Ang isang halimbawa ay ang synchrotron radiation, kung saan mataas na enerhiya na sisingilin particle gumagalaw sa isang magnetic field at naglalabas ng polarized electromagnetic wave. Maraming mga kilalang pang-astronomiya pinagkukunan na naglalabas ng natural na polarized ilaw. Kabilang dito ang mga nebulae, labi ng supernova, at aktibong pusod ng nuclei. cosmic radiation polariseysyon ay pinag-aralan upang matukoy ang mga katangian ng kanyang pinagmulan.

polaroid filter

Polarized at natural na ilaw ay pinaghiwalay sa pamamagitan ng pagpasa sa pamamagitan ng isang bilang ng mga materyales, ang pinaka-karaniwang ng kung saan ay ang Polaroid, na nilikha ng mga Amerikano pisisista Edwin Land. filter ay binubuo ng mahabang kadena ng molecules haydrokarbon oriented sa isang direksyon sa pamamagitan ng proseso ng init paggamot. Molekyul upang selectively absorb radiation, ang electric field ay parallel sa kanilang orientation. Ang ilaw umaalis sa polarizer ay linearly polarized. Nito electric field na patayo sa direksyon ng molecular orientation. Polaroid ay natagpuan application sa maraming mga patlang, kabilang ang salaming pang-araw at mga filter na mabawasan ang epekto ng nakalarawan at nakakalat na liwanag.

Natural at polarized ilaw: ang batas ng Malus

Noong 1808, pisisista Etienne Louis Malus natagpuan na reflected light mula sa mga di-metal na ibabaw, bahagyang polarized. Ang lawak ng epekto na ito ay depende sa anggulo ng pagkahulog at ang repraktibo index ng reflective na materyal. Sa isa sa mga matinding mga kaso kapag ang tangent ng mga anggulo ng pagkahulog sa hangin ay katumbas ng repraktibo index ng reflective na materyal, ang masasalamin liwanag nagiging ganap na linearly polarized. pangkaraniwang bagay na ito ay kilala bilang Brewster batas (pinangalanan pagkatapos nito deskubridor, ang Scottish pisisista David Brewster). Ang polariseysyon direksyon kahilera sa sumasalamin sa ibabaw. Dahil fluorescent glare karaniwang nagaganap sa pagmuni-muni mula sa pahalang ibabaw tulad ng mga kalsada at tubig filter ay karaniwang ginagamit sa salaming pang-araw upang manatili horizontally polarized ilaw at samakatuwid pili alisin ang reflection ng ilaw.

Rayleigh scattering

Ilaw scattering sa pamamagitan ng napakaliit na bagay na ang sukat ay mas maliit kaysa sa ang haba ng daluyong (ang tinatawag na Rayleigh scattering pagkatapos ng Ingles siyentipiko Panginoon Rayleigh), lumilikha rin ng isang bahagyang polariseysyon. Kapag ang sikat ng araw ay ipinapasa sa atmosphere ng earth, ito ay dispersed sa pamamagitan ng hangin molecules. Earth at naabot nakakalat polarized natural na liwanag. Ang antas ng polariseysyon ay nakasalalay sa scattering anggulo. Dahil ang tao ay hindi makilala sa pagitan ng natural at polarized ilaw, epekto na ito ay karaniwang napupunta hindi napapansin. Gayunpaman, ang mga mata ng maraming mga insekto reaksyon sa ito, at ginagamit nila ang kamag-anak na polariseysyon ng nakakalat radiation bilang pag-navigate tool. Normal filter camera na ginagamit upang mabawasan ang background radiation sa maliwanag na sikat ng araw, ay isang simpleng linear polarizer, na naghihiwalay sa polarized ilaw at natural na Rayleigh.

anisotropic materyales

Polariseysyon epekto ay sinusunod sa optically anisotropic materyales (kung saan ang repraktibo index ay nag-iiba sa mga direksyon ng polariseysyon), tulad ng birefringent crystals, ang ilang mga biological mga istraktura at optically aktibong mga materyales. Teknolohikal na mga aplikasyon ay kinabibilangan ng polarizing microscopes, likidong kristal display at optical instrumento na ginagamit para sa mga materyales sa pananaliksik.