Gepolariseerd en natuurlijk licht. gepolariseerd licht in tegenstelling tot de natuurlijke

De golven zijn tweeërlei. De longitudinale vibrationele verstoring evenwijdig aan de voortplantingsrichting. Een voorbeeld is de doorgang van geluid in de lucht. Transversale golven bestaan uit verstoringen die onder een hoek van 90 ° met de bewegingsrichting. Bijvoorbeeld, de golf passeert horizontaal door de watermassa veroorzaakt verticale trillingen aan het oppervlak.

De ontdekking van

Een aantal mysterieuze optische effecten waargenomen in het midden van de zeventiende eeuw is uitgelegd, wanneer het gepolariseerde en daglicht begon te beschouwen als golfverschijnsel en de richting van de trillingen werden ontdekt. De eerste zogenaamde polarisatie-effect werd ontdekt door de Deense arts Erasmus Bartholin in 1669. Wetenschappelijke waargenomen dubbele breking of dubbele breking in ijslandspaat of calcium (kristalvorm calciumcarbonaat). Wanneer licht door een calcietkristal splitst, produceren twee beelden ten opzichte van elkaar verschoven.

Newton over dit verschijnsel en suggereert dat misschien licht lichaampjes hebben asymmetrie of "eenzijdig", dat de oorzaak van de vorming van twee beelden kunnen zijn. Huygens, een tijdgenoot van Newton in staat was om zijn theorie van de dubbele breking van elementaire golven uit te leggen, maar dat hij niet de ware betekenis van het effect niet te begrijpen. Dubbele breking een mysterie tot Thomas Young en de Franse fysicus Augustin-Zhan Frenel niet gesuggereerd dat lichtgolven dwars. Een simpel idee heeft het mogelijk gemaakt om uit te leggen wat gepolariseerd en natuurlijk licht. Dit verschaft een natuurlijk en ongecompliceerde raamwerk voor het analyseren van polarisatie-effecten.

De dubbele breking wordt veroorzaakt door een combinatie van twee orthogonale polarisaties, die elk zijn golfsnelheid. Door het snelheidsverschil van de twee componenten verschillende brekingsindices, en daarom zijn ze verschillend gebroken door het materiaal, waardoor twee afbeeldingen.

Gepolariseerd en natuurlijk licht: Maxwell theorie

Fresnel snel ontwikkelde een volledig model van transversale golven, wat leidde tot de dubbele breking en een aantal andere optische effecten. Veertig jaar later, de elektromagnetische Maxwell's theorie verklaart elegant de transversale aard van het licht.

Elektromagnetische golven Maxwell uit magnetische velden loodrecht op de oscillerende beweging. De velden onder een hoek van 90 ° met elkaar. In dit geval wordt de voortplantingsrichting van de magnetische en elektrische velden vormen een rechtshandig coördinatensysteem. Een golf met frequentie f en de lengte λ (zij betrekking afhankelijkheid λf = c), die beweegt in de positieve x-richting, de velden wiskundig beschreven:

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

De vergelijkingen blijkt dat de elektrische en magnetische velden in fase met elkaar. Op elk willekeurig moment zij gelijktijdig hun maximale waarden binnen een ruimte die gelijk is aan E en ₀ B _0. Deze amplitudes zijn niet onafhankelijk. Maxwell vergelijkingen blijkt dat E = ₀ cB ₀ voor elektromagnetische golven in vacuo.

de polarisatierichting

In de beschrijving van de oriëntatie van de magnetische velden van lichtgolven meestal alleen geven de richting van het elektrische veld. Het magnetische veldvector wordt bepaald door de vereiste haaksheid velden en de haaksheid op de bewegingsrichting. Natuurlijke en lineair gepolariseerd licht wordt gekenmerkt doordat in het laatste veld oscilleren in vaste richtingen de beweging van de golf.

Er zijn andere mogelijke polarisatietoestanden. Bij circulaire vectoren van de magnetische en elektrische velden worden geroteerd ten opzichte van de voortplantingsrichting constante amplitude. Elliptisch gepolariseerd licht in een tussenstand tussen de lineaire en circulaire polarisaties.

ongepolariseerd licht

Atomen op het oppervlak van een gloeidraad, die elektromagnetische straling genereert, onafhankelijk van elkaar. Elke stralingsbron kan bij benadering worden gemodelleerd als treinen van korte duur van 10 tot 10 ^{-9 -8} seconden. Elektromagnetische golven van het filament, een superpositie van deze treinen, die elk een eigen polarisatierichting. Hoeveelheid willekeurig georiënteerde treinen vormen de golf polarisatievector varieert snel en onregelmatig. Een dergelijke golf wordt ongepolariseerd genoemd. Alle natuurlijke bronnen van licht, met inbegrip van de zon, gloeilampen, TL-lampen en vlammen, produceren dergelijke straling. Echter daglicht vaak gedeeltelijk gepolariseerd door meervoudige verstrooiing en reflectie.

Dus het verschil van natuurlijk gepolariseerd licht bestaat hierin dat in de eerste oscillaties optreden in een vlak.

Bronnen van gepolariseerde straling

Gepolariseerd licht kan worden geproduceerd wanneer de ruimtelijke oriëntatie bepaald. Een voorbeeld is de synchrotronstraling, waarin hoogenergetische geladen deeltjes bewegen in een magnetisch veld en zenden gepolariseerde elektromagnetische golf. Er zijn vele bekende astronomische bronnen die van nature gepolariseerd licht uitzenden. Deze omvatten nevels, supernova restanten, en actieve galactische kernen. kosmische straling polarisatie bestudeerd om de eigenschappen van de bronnen te bepalen.

polaroid filter

Gepolariseerd en natuurlijk licht worden gescheiden door het passeren van een aantal materialen, de meest voorkomende daarvan is de polaroid, gecreëerd door de Amerikaanse fysicus Edwin Land. Het filter bestaat uit lange ketens van koolwaterstofmoleculen in één richting georiënteerd door de warmtebehandeling. Molecule selectief straling absorberen, het elektrische veld evenwijdig aan hun oriëntatie. Het licht dat de polarisator lineair gepolariseerd. Het elektrisch veld loodrecht op de richting van moleculaire oriëntatie. Polaroid heeft toepassing gevonden in veel gebieden, waaronder zonnebrillen en filters die het effect van het gereflecteerde en verstrooide licht te verminderen.

Natuurlijke en gepolariseerd licht: de wet van Malus

In 1808, fysicus Etienne Louis Malus gevonden dat licht gereflecteerd door niet-metalen oppervlakken, gedeeltelijk gepolariseerd. De omvang van dit effect is afhankelijk van de invalshoek en de brekingsindex van het reflecterende materiaal. In een van de uiterste gevallen waarin de tangens van de hoek van inval in lucht gelijk is aan de brekingsindex van het reflecterend materiaal, wordt het gereflecteerde licht geheel lineair gepolariseerd. Dit fenomeen staat bekend als de wet van Brewster's (vernoemd naar zijn ontdekker, de Schotse natuurkundige David Brewster). De polarisatierichting evenwijdig aan het reflecterende oppervlak. Omdat fluorescerende schittering meestal optreden bij reflectie van horizontale oppervlakken zoals wegen en waterfilters worden vaak gebruikt in zonnebrillen horizontaal gepolariseerd licht blijven en daardoor selectief verwijderen van de reflecties van licht.

Rayleighverstrooiing

Lichtverstrooiing door zeer kleine objecten waarvan de afmetingen veel kleiner zijn dan de golflengte (de zogenaamde Rayleigh verstrooiing na Engels wetenschapper Lord Rayleigh), creëert ook een gedeeltelijke polarisatie. Wanneer zonlicht gaat door de atmosfeer van de aarde, het is verspreid door luchtmoleculen. Aarde en bereikt verstrooid gepolariseerd natuurlijk licht. De mate van polarisatie is afhankelijk van de verstrooiingshoek. Omdat de mens maakt geen onderscheid tussen natuurlijke en gepolariseerd licht, dit effect gaat meestal ongemerkt. Niettemin de ogen van vele insecten erop reageren en ze de relatieve polarisatie van verstrooide straling als een navigatie-instrument. Normale filter camera die wordt gebruikt om straling te verminderen in helder zonlicht, is een eenvoudige lineaire polarisator, die het gepolariseerde licht en natuurlijke Rayleigh scheidt.

anisotrope materialen

Polarisatie-effecten worden waargenomen in de optisch anisotrope materialen (waarin de brekingsindex varieert met de polarisatierichting), zoals dubbelbrekende kristallen, wat biologische structuren en optisch actieve materialen. Technologische toepassingen omvatten polariserende microscoop, vloeibare kristaldisplays en optische instrumenten voor materiaalonderzoek.