Hari ini kami akan mendedahkan intipati sifat gelombang cahaya dan fenomena "darjah polarisasi" yang berkaitan dengan fakta ini.
Keupayaan untuk melihat dan cahaya
Sifat cahaya dan kebolehan melihat yang berkaitan dengannya telah membimbangkan fikiran manusia sejak sekian lama. Orang Yunani purba, cuba menjelaskan penglihatan, menganggap: sama ada mata memancarkan "sinar" tertentu yang "merasakan" objek di sekelilingnya dan dengan itu memberitahu orang itu rupa dan bentuknya, atau benda itu sendiri memancarkan sesuatu yang orang dapat menangkap dan menilai bagaimana segala-galanya berfungsi. Teori ternyata jauh dari kebenaran: makhluk hidup melihat berkat cahaya yang dipantulkan. Daripada menyedari fakta ini hingga dapat mengira tahap polarisasi, tinggal satu langkah lagi - untuk memahami bahawa cahaya ialah gelombang.
Cahaya ialah gelombang
Dengan kajian yang lebih terperinci tentang cahaya, ternyata jika tiada gangguan, ia merambat dalam garis lurus dan tidak berpusing ke mana-mana. Jika halangan legap menghalang rasuk, maka bayang-bayang terbentuk, dan ke mana cahaya itu pergi, orang tidak berminat. Tetapi sebaik sahaja sinaran bertembung dengan medium lutsinar, perkara yang menakjubkan berlaku: pancaran bertukar arahtersebar dan malap. Pada tahun 1678, H. Huygens mencadangkan bahawa ini boleh dijelaskan dengan satu fakta: cahaya ialah gelombang. Saintis itu membentuk prinsip Huygens, yang kemudiannya ditambah dengan Fresnel. Terima kasih kepada pengetahuan orang hari ini cara menentukan tahap polarisasi.
Prinsip Huygens-Fresnel
Mengikut prinsip ini, mana-mana titik medium yang dicapai oleh hadapan gelombang adalah sumber sekunder sinaran koheren, dan sampul semua bahagian hadapan titik ini bertindak sebagai hadapan gelombang pada masa yang berikutnya. Oleh itu, jika cahaya merambat tanpa gangguan, pada setiap saat berikutnya hadapan gelombang akan sama seperti pada yang sebelumnya. Tetapi sebaik sahaja pancaran bertemu dengan halangan, faktor lain akan dimainkan: dalam media yang berbeza, cahaya merambat pada kelajuan yang berbeza. Oleh itu, foton yang berjaya mencapai medium lain terlebih dahulu akan merambat di dalamnya lebih cepat daripada foton terakhir dari rasuk. Oleh itu, hadapan gelombang akan condong. Tahap polarisasi belum ada kaitan dengannya lagi, tetapi hanya perlu untuk memahami sepenuhnya fenomena ini.
Masa proses
Perlu dikatakan secara berasingan bahawa semua perubahan ini berlaku dengan sangat pantas. Kelajuan cahaya dalam vakum ialah tiga ratus ribu kilometer sesaat. Mana-mana medium memperlahankan cahaya, tetapi tidak banyak. Masa di mana hadapan gelombang diherotkan apabila bergerak dari satu medium ke medium lain (contohnya, dari udara ke air) adalah sangat singkat. Mata manusia tidak dapat melihat ini, dan beberapa peranti mampu membetulkan pendek sedemikianproses. Oleh itu, adalah wajar memahami fenomena itu secara teori semata-mata. Sekarang, menyedari sepenuhnya apa itu sinaran, pembaca ingin memahami bagaimana untuk mencari tahap polarisasi cahaya? Jangan kita tipu jangkaannya.
Polarisasi cahaya
Kami telah menyatakan di atas bahawa foton cahaya mempunyai kelajuan yang berbeza dalam media yang berbeza. Memandangkan cahaya ialah gelombang elektromagnet melintang (ia bukan pemeluwapan dan jarang berlaku bagi medium), ia mempunyai dua ciri utama:
- vektor gelombang;
- amplitud (juga kuantiti vektor).
Ciri pertama menunjukkan ke mana pancaran cahaya diarahkan, dan vektor polarisasi timbul, iaitu, ke arah mana vektor kekuatan medan elektrik diarahkan. Ini memungkinkan untuk berputar mengelilingi vektor gelombang. Cahaya semula jadi, seperti yang dipancarkan oleh matahari, tidak mempunyai polarisasi. Ayunan diedarkan dalam semua arah dengan kebarangkalian yang sama, tiada arah atau corak yang dipilih di sepanjang hujung vektor gelombang berayun.
Jenis cahaya terkutub
Sebelum anda mempelajari cara mengira formula untuk tahap polarisasi dan membuat pengiraan, anda harus memahami jenis cahaya terkutub.
- Polarisasi elips. Penghujung vektor gelombang cahaya sedemikian menggambarkan elips.
- Polarisasi linear. Ini adalah kes khas pilihan pertama. Seperti namanya, gambar adalah satu arah.
- Polarisasi bulatan. Dalam cara lain, ia juga dipanggil pekeliling.
Sebarang cahaya semula jadi boleh diwakili sebagai hasil tambah dua unsur terkutub yang saling berserenjang. Perlu diingat bahawa dua gelombang terkutub serenjang tidak berinteraksi. Gangguan mereka adalah mustahil, kerana dari sudut pandangan interaksi amplitud, mereka nampaknya tidak wujud untuk satu sama lain. Apabila mereka bertemu, mereka terus berlalu tanpa berubah.
Cahaya terkutub separa
Aplikasi kesan polarisasi adalah besar. Dengan mengarahkan cahaya semula jadi pada objek, dan menerima cahaya terkutub separa, saintis boleh menilai sifat permukaan. Tetapi bagaimana anda menentukan tahap polarisasi cahaya terkutub separa?
Terdapat formula untuk N. A. Umov:
P=(Ilan-Ipar)/(Ilan+I par), dengan Itrans ialah keamatan cahaya dalam arah yang berserenjang dengan satah polarizer atau permukaan pemantulan, dan I par- selari. Nilai P boleh mengambil nilai daripada 0 (untuk cahaya semula jadi tanpa sebarang polarisasi) kepada 1 (untuk sinaran terkutub satah).
Bolehkah cahaya semula jadi dikutubkan?
Soalannya pelik pada pandangan pertama. Lagipun, sinaran yang tidak mempunyai arah yang berbeza biasanya dipanggil semula jadi. Walau bagaimanapun, bagi penduduk permukaan Bumi, ini dalam beberapa erti anggaran. Matahari memberikan aliran gelombang elektromagnet dengan pelbagai panjang. Sinaran ini tidak terpolarisasi. Tetapi berlalumelalui lapisan atmosfera yang tebal, sinaran memperoleh polarisasi sedikit. Jadi tahap polarisasi cahaya semula jadi secara amnya tidak sifar. Tetapi nilainya sangat kecil sehingga sering diabaikan. Ia diambil kira hanya dalam kes pengiraan astronomi yang tepat, di mana ralat yang sedikit boleh menambah tahun pada bintang atau jarak ke sistem kami.
Mengapa cahaya terkutub?
Kami sering mengatakan di atas bahawa foton berkelakuan berbeza dalam media yang berbeza. Tetapi mereka tidak menyebut mengapa. Jawapannya bergantung pada jenis persekitaran yang kita bincangkan, dengan kata lain, dalam keadaan agregatnya.
- Medium ialah badan kristal dengan struktur berkala yang ketat. Biasanya struktur bahan sedemikian diwakili sebagai kekisi dengan bola tetap - ion. Tetapi secara umum, ini tidak sepenuhnya tepat. Penghampiran sedemikian selalunya wajar, tetapi tidak dalam kes interaksi sinaran kristal dan elektromagnet. Malah, setiap ion berayun di sekeliling kedudukan keseimbangannya, dan bukan secara rawak, tetapi mengikut apa yang jiran yang ada, pada jarak berapa dan berapa banyak daripadanya. Oleh kerana semua getaran ini diprogramkan secara ketat oleh medium tegar, ion ini mampu memancarkan foton yang diserap hanya dalam bentuk yang ditentukan dengan ketat. Fakta ini menimbulkan satu lagi: apakah polarisasi foton keluar bergantung pada arah di mana ia memasuki kristal. Ini dipanggil anisotropi sifat.
- Rabu - cecair. Di sini jawapannya lebih rumit, kerana dua faktor sedang bekerja - kerumitan molekul danturun naik (kondensasi-rarefaction) ketumpatan. Dengan sendirinya, molekul organik panjang yang kompleks mempunyai struktur tertentu. Malah molekul asid sulfurik yang paling ringkas bukanlah bekuan sfera yang huru-hara, tetapi bentuk salib yang sangat spesifik. Perkara lain ialah dalam keadaan biasa semuanya disusun secara rawak. Walau bagaimanapun, faktor kedua (turun naik) mampu mewujudkan keadaan di mana sebilangan kecil molekul terbentuk dalam isipadu kecil sesuatu seperti struktur sementara. Dalam kes ini, sama ada semua molekul akan diarahkan bersama, atau ia akan terletak secara relatif antara satu sama lain pada beberapa sudut tertentu. Jika cahaya pada masa ini melalui bahagian cecair sedemikian, ia akan memperoleh polarisasi separa. Ini membawa kepada kesimpulan bahawa suhu sangat mempengaruhi polarisasi cecair: semakin tinggi suhu, semakin serius pergolakan, dan semakin banyak kawasan sedemikian akan terbentuk. Kesimpulan terakhir wujud berkat teori organisasi diri.
- Rabu - gas. Dalam kes gas homogen, polarisasi berlaku disebabkan turun naik. Itulah sebabnya cahaya semula jadi Matahari, melalui atmosfera, memperoleh polarisasi kecil. Dan itulah sebabnya warna langit adalah biru: saiz purata unsur-unsur yang dipadatkan adalah sedemikian rupa sehingga sinaran elektromagnet biru dan ungu tersebar. Tetapi jika kita berurusan dengan campuran gas, maka adalah lebih sukar untuk mengira tahap polarisasi. Masalah ini sering diselesaikan oleh ahli astronomi yang mengkaji cahaya bintang yang telah melalui awan molekul gas yang padat. Oleh itu, sangat sukar dan menarik untuk mengkaji galaksi dan gugusan yang jauh. Tetapiahli astronomi sedang mengatasi dan memberikan foto luar angkasa yang menakjubkan kepada manusia.
