Bugün ışığın dalgalı doğasının özünü ve bununla ilgili “kutuplaşma derecesi” olgusunu açığa çıkaracağız.
Görme ve ışık verme yeteneği
Işığın doğası ve onunla ilişkili görme yeteneği, uzun zamandır insan zihnini endişelendirdi. Eski Yunanlılar, görmeyi açıklamaya çalışırken, şunu varsaydılar: ya göz, çevredeki nesneleri “hissettiren” ve böylece kişiyi görünüşleri ve şekilleri hakkında bilgilendiren belirli “ışınlar” yayar ya da nesnelerin kendileri, insanların yakaladığı ve her şeyin nasıl olduğunu yargıladığı bir şey yayar. çalışır. Teorilerin gerçeklerden uzak olduğu ortaya çıktı: canlılar yansıyan ışık sayesinde görüyor. Bu gerçeği fark etmekten, polarizasyon derecesinin ne olduğunu hesaplayabilmek için geriye bir adım kaldı - ışığın bir dalga olduğunu anlamak.
Işık bir dalgadır
Işığın daha ayrıntılı bir çalışmasıyla, parazit olmadığında düz bir çizgide yayıldığı ve hiçbir yere dönmediği ortaya çıktı. Işığın önüne opak bir engel çıkarsa, gölgeler oluşur ve ışığın kendisinin nereye gittiği insanlar ilgilenmiyordu. Ancak radyasyon şeffaf bir ortamla çarpışır çarpmaz inanılmaz şeyler oldu: ışın yön değiştirdiyayıldı ve karartıldı. 1678'de H. Huygens bunun tek bir gerçekle açıklanabileceğini öne sürdü: ışık bir dalgadır. Bilim adamı, daha sonra Fresnel tarafından desteklenen Huygens ilkesini oluşturdu. Bugün insanların kutuplaşma derecesini nasıl belirleyeceğini bildikleri sayesinde.
Huygens-Fresnel ilkesi
Bu prensibe göre, dalga cephesinin ulaştığı ortamın herhangi bir noktası, ikincil bir tutarlı radyasyon kaynağıdır ve bu noktaların tüm cephelerinin zarfı, zamanın bir sonraki anında dalga cephesi gibi davranır. Bu nedenle, eğer ışık girişim olmadan yayılırsa, sonraki her anda dalga cephesi bir öncekiyle aynı olacaktır. Ancak ışın bir engelle karşılaştığında, başka bir faktör devreye girer: farklı ortamlarda ışık farklı hızlarda yayılır. Böylece diğer ortama ilk ulaşmayı başaran foton, ışından gelen son fotondan daha hızlı yayılacaktır. Bu nedenle, dalga cephesi eğilecektir. Kutuplaşma derecesinin bununla henüz bir ilgisi yok, ancak bu fenomeni tam olarak anlamak gerekiyor.
İşlem süresi
Tüm bu değişikliklerin inanılmaz hızlı gerçekleştiğini ayrıca söylemek gerekir. Işığın boşluktaki hızı saniyede üç yüz bin kilometredir. Herhangi bir ortam ışığı yavaşlatır, ancak çok fazla değil. Bir ortamdan diğerine (örneğin havadan suya) geçerken dalga cephesinin bozulduğu süre son derece kısadır. İnsan gözü bunu fark edemez ve çok az cihaz bu kadar kısa devreyi düzeltebilir.süreçler. Bu nedenle, fenomeni tamamen teorik olarak anlamaya değer. Şimdi, radyasyonun ne olduğunun tamamen farkında olan okuyucu, ışığın polarizasyon derecesini nasıl bulacağını anlamak isteyecek mi? Beklentilerini aldatmayalım.
Işığın polarizasyonu
Işık fotonlarının farklı ortamlarda farklı hızlara sahip olduğundan yukarıda bahsetmiştik. Işık enine bir elektromanyetik dalga olduğundan (ortamın yoğunlaşması ve seyrekleşmesi değildir), iki ana özelliği vardır:
- dalga vektörü;
- genlik (aynı zamanda bir vektör miktarı).
İlk karakteristik, ışık huzmesinin nereye yönlendirildiğini ve polarizasyon vektörünün ortaya çıktığını, yani elektrik alan şiddeti vektörünün hangi yöne yönlendirildiğini gösterir. Bu, dalga vektörü etrafında dönmeyi mümkün kılar. Güneşin yaydığı gibi doğal ışığın polarizasyonu yoktur. Salınımlar eşit olasılıkla her yöne dağılır, dalga vektörünün sonunun salınım yaptığı seçilmiş bir yön veya model yoktur.
Polarize ışık türleri
Polarizasyon derecesi formülünü nasıl hesaplayacağınızı öğrenmeden ve hesaplamalar yapmadan önce, polarize ışığın ne tür olduğunu anlamalısınız.
- Eliptik polarizasyon. Böyle bir ışığın dalga vektörünün sonu bir elips tanımlar.
- Doğrusal polarizasyon. Bu, ilk seçeneğin özel bir durumudur. Adından da anlaşılacağı gibi, resim tek yönlüdür.
- Dairesel polarizasyon. Başka bir şekilde dairesel olarak da adlandırılır.
Herhangi bir doğal ışık, birbirine dik iki polarize öğenin toplamı olarak temsil edilebilir. İki dik polarize dalganın etkileşime girmediğini hatırlamakta fayda var. Girişimleri imkansızdır, çünkü genliklerin etkileşimi açısından birbirleri için var gibi görünmüyorlar. Buluştuklarında değişmeden geçerler.
Kısmen polarize ışık
Polarizasyon etkisinin uygulanması çok büyük. Bilim adamları, doğal ışığı bir nesneye yönlendirerek ve kısmen polarize ışık alarak, yüzeyin özelliklerini yargılayabilirler. Ancak kısmen polarize ışığın polarizasyon derecesini nasıl belirlersiniz?
NA için bir formül var. Umov:
P=(Ilan-Ipar)/(Ilan+I par), burada Itrans polarizör veya yansıtıcı yüzey düzlemine dik yöndeki ışık yoğunluğudur ve I par- paralel. P değeri 0 (herhangi bir polarizasyondan yoksun doğal ışık için) ile 1 (düzlem polarize radyasyon için) arasında değerler alabilir.
Doğal ışık polarize edilebilir mi?
Soru ilk bakışta garip. Sonuçta, ayırt edici yönleri olmayan radyasyona genellikle doğal denir. Bununla birlikte, Dünya yüzeyinin sakinleri için bu, bir anlamda bir yaklaşımdır. Güneş, çeşitli uzunluklarda bir elektromanyetik dalga akışı verir. Bu radyasyon polarize değildir. Ama geçiyoratmosferin kalın bir tabakası boyunca, radyasyon hafif bir polarizasyon kazanır. Bu nedenle, doğal ışığın polarizasyon derecesi genellikle sıfır değildir. Ancak değer o kadar küçüktür ki genellikle ihmal edilir. Yalnızca en ufak bir hatanın yıldıza yıllar veya sistemimize uzaklık ekleyebileceği kesin astronomik hesaplamalar durumunda dikkate alınır.
Işık neden polarize olur?
Yukarıda, fotonların farklı ortamlarda farklı davrandıklarını sık sık söyledik. Ama nedenini söylemediler. Cevap, ne tür bir ortamdan bahsettiğimize, başka bir deyişle, hangi toplu halde olduğuna bağlıdır.
- Ortam, kesinlikle periyodik bir yapıya sahip kristal bir cisimdir. Genellikle böyle bir maddenin yapısı, sabit top - iyonları olan bir kafes olarak temsil edilir. Ancak genel olarak, bu tamamen doğru değildir. Böyle bir yaklaşım genellikle doğrulanır, ancak bir kristal ve elektromanyetik radyasyonun etkileşimi durumunda geçerli değildir. Aslında, her iyon kendi denge konumu etrafında salınım yapar ve rastgele değil, sahip olduğu komşulara göre, hangi mesafelerde ve kaç tane vardır. Tüm bu titreşimler katı bir ortam tarafından sıkı bir şekilde programlandığından, bu iyon yalnızca kesin olarak tanımlanmış bir biçimde soğurulan bir foton yayabilir. Bu gerçek başka bir gerçek ortaya çıkarır: giden fotonun polarizasyonunun ne olacağı, kristale girdiği yöne bağlıdır. Buna özellik anizotropisi denir.
- Çarşamba - sıvı. Burada cevap daha karmaşıktır, çünkü iki faktör iş başındadır - moleküllerin karmaşıklığı veyoğunluk dalgalanmaları (yoğunlaşma-seyreklik). Kendi içinde karmaşık uzun organik moleküller belirli bir yapıya sahiptir. En basit sülfürik asit molekülleri bile kaotik bir küresel pıhtı değil, çok özel bir haç şeklindedir. Başka bir şey de, normal şartlar altında hepsinin rastgele sıralanmasıdır. Bununla birlikte, ikinci faktör (dalgalanma), az sayıda molekülün küçük bir hacimde geçici bir yapı gibi bir şey oluşturduğu koşullar yaratabilir. Bu durumda, ya tüm moleküller birlikte yönlendirilecek ya da belirli açılarda birbirlerine göre konumlanacaklardır. Bu sırada ışık, sıvının böyle bir bölümünden geçerse, kısmi polarizasyon kazanacaktır. Bu, sıcaklığın sıvının polarizasyonunu güçlü bir şekilde etkilediği sonucuna yol açar: sıcaklık ne kadar yüksek olursa, türbülans o kadar ciddi olur ve bu tür alanlar o kadar fazla oluşur. Son sonuç, öz-örgütlenme teorisi sayesinde var olur.
- Çarşamba - gaz. Homojen bir gaz durumunda, dalgalanmalar nedeniyle polarizasyon meydana gelir. Bu nedenle Güneş'in atmosferden geçen doğal ışığı küçük bir polarizasyon kazanır. Gökyüzünün renginin mavi olmasının nedeni budur: Sıkıştırılmış öğelerin ortalama boyutu, mavi ve mor elektromanyetik radyasyon saçılacak şekildedir. Ancak bir gaz karışımı ile uğraşıyorsak, polarizasyon derecesini hesaplamak çok daha zordur. Bu problemler genellikle, yoğun bir moleküler gaz bulutundan geçen bir yıldızın ışığını inceleyen gökbilimciler tarafından çözülür. Bu nedenle, uzak galaksileri ve kümeleri incelemek çok zor ve ilginç. Ancakastronomlar bununla başa çıkıyor ve insanlara derin uzayın harika fotoğraflarını veriyor.
