Polarizita kaj natura lumo. polarizita lumo malkiel natura

La ondoj estas duspecaj. La longitudinales vibratorias perturbo paralela al ilia direkto de disvastigo. Ekzemplo estas la pasejo de sono en la aero. Transversaj ondoj konsistas de tumultoj kiuj estas en angulo de 90 ° al la direkto de movado. Ekzemple, la ondo pasas horizontale tra la maso de akvo kaŭzas vertikala vibrojn ĉe ĝia surfaco.

La malkovro de

Kelkaj mistera optikaj efektoj observis en la mezo de la jarcento jarcento, klarigis, kiam la polarizita kaj natura lumo komencis esti konsiderata kiel ondo fenomeno kaj la direkto de ĝia vibrojn estis malkovritaj. La unua tiel nomata polarizo efiko estis malkovrita de la dana kuracisto Erasmus Bartholin en 1669. Scienca observita duobla refrakto aŭ birefringence en Islando rondfosto aŭ kalcio (kristalo formo de carbonato de kalcio). Kiam lumo trapasas kalcito kristaloj disdividas ĝin, produktante du bildoj ŝanĝiĝis relative al unu la alian.

Neŭtono scias pri tiu fenomeno kaj sugestas ke eble lumo korpuskloj havas nesimetrio aŭ "unuflanka", kiu povus esti la kaŭzo de la formado de du bildoj. Huygens, samtempulo de Neŭtono povis klarigi lian teorion de duobla refrakto de elementaj ondoj, sed li ne komprenis la veran signifon de la efiko. Birefringence restis mistero ĝis Thomas Young kaj la franca fizikisto Augustin-Zhan Frenel ne proponis, ke lumo ondoj estas transversa. Simpla ideo permesis klarigi kion polarizita kaj natura lumo. Tiu havigis natura kaj malkomplika kadron por analizi polarizo efikoj.

La birefringence estas kaŭzita de kombinaĵo de du perpendikularaj polarizoj, ĉiu el kiuj havas siajn ondo rapido. Pro la diferenco en rapideco de la du komponantoj havas malsamajn refrakta indeksoj, kaj tial ili estas malsame refracta tra la materialo, produktante du bildoj.

Polarizita kaj natura lumo: Maxwell teorio

Fresnel rapide evoluigis kompletan modelon de transversaj ondoj, kiuj kondukis al la birefringence kaj kelkaj aliaj optikaj efektoj. Kvardek jarojn poste, la elektromagneta Maxwell teorio elegante klarigas la transversa naturo de lumo.

Elektromagnetaj ondoj Maxwell konsistas el magneta kaj elektra kampoj perpendikulara al la direkto de oscilanta movado. La kampoj estas en angulo de 90 ° al unu la alian. En ĉi tiu kazo la direkto de disvastigo de la magneta kaj elektra kampoj formi lerta koordinatsistemo. Por ondo kun la frekvenco f kaj la longo λ (ili rilatas dependeco λf = c), kiu movas en la pozitiva x direkto, la kampoj estas priskribita matematike:

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

La ekvacioj montras ke la elektra kaj magneta kampoj estas en fazo kun la alia. En momento donita, ili samtempe atingi ilian maksimuman valoroj en spaco egala al E ₀ kaj B _0. Tiuj ampleksoj ne sendependa. Ekvacioj de Maxwell malkaŝi ke E ₀ = CB ₀ por ĉiuj elektromagnetaj ondoj en vacuo.

la polarizo direkto

En la priskribo de la orientiĝo de la magneta kaj elektra kampoj de lumo ondoj estas tipe nur indiki la direkton de la elektra kampo. La magneta kampo vektoro estas difinita per la postulo de perpendicularidad kampoj kaj la perpendicularidad al la direkto de movado. Natura kaj lineare polarizita lumo estas karakterizita en tiu en la lasta kampo oscili en fiksita direktoj kiel la movado de la ondo.

Estas aliaj eblaj polarizo ŝtatoj. En la kazo de cirkla vectores de la magneta kaj elektra kampoj estas turnita relative al la disvastigo direkto al konstanta amplekso. Elipse polarigita lumo estas en intera pozicio inter la lineara kaj cirkla polarizoj.

unpolarized lumo

Atomoj sur la surfaco de hejtita filamento, kiuj generas la elektromagneta radiado, estas, sendepende de unu la alian. Ĉiu radiado povas esti proksimume modelita kiel trajnoj de mallonga daŭro de 10 ^-9 ĝis 10 ^-8 sekundoj. Elektromagnetaj ondoj de la filamento, estas superposición de ĉi tiuj trajnoj, ĉiu el kiuj havas propran polarizo direkto. Kvanto orientitaj hazarde trejnas formoj la ondo polarizo vektoro de kiuj varias rapide kaj nekonstante. Tia ondo estas nomita unpolarized. Ĉiuj naturaj fontoj de lumo, inkluzive de la Suno, inkandeskaj lampoj, fluoreskaj lampoj kaj flamoj, produkti tian radiado. Tamen, la natura lumo estas ofte parte polarizitaj pro multnombraj dispersión kaj interkonsiliĝo.

Tiel, la diferenco de naturaj polarizita lumo konsistas en tio, ke en la unua osciladoj okazas en ebeno.

Fontoj de polarigita radiado

Polarizita lumo povas esti produktita kiam la spaca orientiĝo difinita. Ekzemplo estas la radiado sincrotrón, en kiu alta energio eroj ŝarĝita movas en magneta kampo kaj ili elsendas polarizita elektromagneta ondo. Estas multaj konataj astronomiaj fontoj kiuj elsendas nature polarizita lumo. Tiuj inkludas nebulozoj, restoj de supernova, kaj aktiva galaksia kerno. kosma radiado polarizo estas studata por determini la propraĵoj de ĝiaj fontoj.

polaroid filtrilon

Polarizita kaj natura lumo estas disigitaj de trapasis kelkajn materialojn, la plej ofta el kiuj estas la polaroid, kreita de la usona fizikisto Edwin Land. La filtrilo konsistas longaj ĉenoj de hidrokarbonoj molekuloj orientitaj en unu direkto de la termika traktado procezo. Molekulo al selectivamente sorbas radiadon, la elektra kampo estas paralela al ilia orientiĝo. La lumo forlasi la polarizador estas lineare polarizita. Lia elektra kampo perpendicular al la direkto de molekula orientiĝo. Polaroid trovis aplikon en multaj kampoj, inkluzive de sunokulvitroj kaj filtriloj kiuj reduktas la efikon de la reflektita kaj disigis lumon.

Natura kaj polarizita lumo: la leĝo de Malus

En 1808, fizikisto Etienne Louis Malus trovis ke lumo reflektis pro ne-metalaj surfacoj, parte polarigita. La amplekso de tiu efiko dependas de la angulo de efiko kaj la refrakta indico de la reflekta materialo. En unu el la ekstremaj kazoj kiam la tangente de la angulo de efiko en aero egalas la refrakta indico de la reflekta materialo, la reflektita lumo iĝas tute lineare polarizita. Tiu fenomeno estas konata kiel Brewster leĝo (nomita laŭ lia descubridor, la skota fizikisto David Brewster). La polarizo direkto paralela al la reflektanta surfaco. Ekde fluoreska brilego kutime okazas sur konsidero de horizontala surfacoj kiel ekzemple vojoj kaj akvo filtriloj estas kutime uzita en sunokulvitroj resti horizontale polarizita lumo kaj tial selekte forigi la spegulbildoj de la lumo.

disĵeto de Rayleigh

Lumo disĵeto de tre malgrandaj objektoj kies dimensioj estas multe pli malgranda ol la longitudo de ondo (la tiel nomata disĵeto de Rayleigh post la angla sciencisto Lord Rayleigh), ankaŭ kreas parta polarizo. Kiam sunlumo trapasas la tera atmosfero, ĝi estas dissemitaj de aero molekuloj. Tero kaj atingo disaj polarizita natura lumo. La grado de polarizo dependas dispelante angulo. Ekde viro ne distingas inter naturaj kaj polarizita lumo, tiu efiko kutimas iri desapercibido. Tamen, la okuloj de multaj insektoj reagas al ĝi, kaj oni uzas la relativa polarizo de la disaj radiado kiel navigacia ilo. Normala filtrilo ĉambro kiu estas uzita por redukti fono radiado en brila sunlumo, estas simpla lineara polarizador, kiu disigas la polarizita lumo kaj naturaj Rayleigh.

neizotropa materialoj

Polarizo efektoj observas en la optike neizotropa materialoj (en kiuj la refrakta indico varias kun la direkto de polarizo), kiel ekzemple birefringent kristaloj, iuj biologiaj strukturoj kaj optike aktivaj materialoj. Teknologiaj aplikoj inkludas polarizi mikroskopoj, likva kristalo ekranoj kaj optikaj instrumentoj uzitaj por materialoj esploro.