Поларизована и природна светлост: концепт, разлике, закони

Данас ћемо говорити о поларизираном и природном свјетлу. Које су њихове разлике и како се поларизација ствара када пролази кроз супстанцу?

Светлост је талас

Пре него што кренемо у сложеније концепте, прво морамо објаснити шта је светло.

Већ дуго времена експерименти са рефлексијом и рефракцијом убедили су научнике: светлост има природу таласа, то јест, она је осцилација неког поља. На пример, Хуигенс је изведен, а Фреснел је допунио принцип. Према последњем, свака тачка медијума, на коју је стигао фронт таласа, постаје секундарни извор светлости. Али поларизована и природна светлост су различите, не само зато што су таласи. Њутн је веровао: зраци су састављени од неких најмањих честица - крвних зрнаца. Према томе, он је предвидио квантну теорију најмањих елемената нашег света, а то су фотони.

Двојство корпускуларног вала

Експерименти Лебедев је убедио научни свет: светлост је у стању да врши притисак на околне ствари. Прије истраживача било је много техничких потешкоћа. Упркос томе, он је доказао да фотони светлости преносе не-нулти момент на површине када наиђу на препреку. Овај феномен збунио је научнике. Како је могуће повезати таласна својства и материјалност масе заједно?

Као резултат тога, истраживачи су морали признати: свака елементарна честица је и вал и материјални објект. Фотони имају сличне знакове осцилатора (таласна дужина, фреквенција и амплитуда) и карактеристике материјалне супстанце (маса, момент и енергија). То је принцип дуалности валова и честица. Такође је требало да схвати тачно како наизглед бесконачни талас са коначном масом постоји и креће се у простору. Концепт "кванта" је дошао у помоћ - то је најмањи пакет одређене заједничке целине која се креће и комуницира са супстанцом. На пример, поларизована и природна светлост су кванти електромагнетног поља. Али такво окружење није једино предмет квантизације. Постоје и кванти:

• гравитационо поље (гравитони се предвиђају само теоретски, научници су се веома приближили доказивању свог постојања);
• глуон поље (глуони, за разлику од гравитона, пронађено);
• колективна интеракција чворова цристал латтице чврсте материје (фонони, на пример, одговорни су за конверзију електромагнетног зрачења у кристалима у звук).

Међутим, да замислимо зашто је светлост поларизована, горе описано знање није довољно. Потребно је напрезати просторну имагинацију.

Како је светлост поларизована?

Као што смо горе објаснили, светло је талас. Али електромагнетска осцилација, за разлику од мора, не само да померају поље горе и доле. Смјер ширења валова показује вал вектор. Вецтор амплитуда која може ротирати око таласа. Може постојати много типова ове ротације. Вектор амплитуде се разуме као смер у коме се помера амплитуда таласа у датом времену.

Сваки продужени извор, као што је сијалица са жарном нити или Сунце, ствара фотоне свих могућих типова. Вектор амплитуде је каотично усмерен на такво зрачење. Сада замислите шешир. Она се креће напред по својој главној оси, али се истовремено окреће око ње. Тачка на страни цилиндра ће показати облик кретања вектора амплитуде кружно поларизованог таласа. Други концепт је повезан са просторним конструкцијама - "светлосни вектор". Означава смер густине флукса. Ова вредност одређује интензитет и правац преноса светлосне енергије. Овај појам се ретко користи, по правилу, у примењеним техничким текстовима, у којима је решен проблем осветљавања одређених места светиљкама или рефлекторима. Књиге о физици, на пример, уџбеници и приручници коштају једноставне и фундаменталне појмове.

Зашто је светлост поларизована?

Фотони се емитују када се електрони у атомима крећу од више до ниже позиције. Размотримо један фотон који емитује неки атом. Карактеристика таквог кванта је сасвим конкретна. Овај фотон ће осциловати у одређеном правцу, а његов вектор амплитуде лежи у једној равни. Дакле, један фотон је увек линеарно поларизован. Према томе, једна од метода за производњу поларизоване светлости је кохерентна стимулисана емисија од многих идентичних атома. Али овај метод није увијек примјењив, а одговарајући уређаји (ласери) нису доступни свима. Међутим, светлост сунца или обична лампа са жарном нити је прилично једноставна Да би их поларизовали, потребно је поставити такву препреку на пут зрачења, који пролази само један тип осцилације, и одгађа све остале. Дакле, други начини производње поларизоване светлости повезани су са стварањем филтера за природно зрачење.

По правилу, кристали са датом структуром или полимерним мембранама, у којима се влакна налазе у одређеном правцу, су способни за то. Први природни поларизатор који су открили научници био је кристални кварц са Исланда, такозвани исландски спар. Први вештачки поларизатор био је органска мембрана са додатком јодних јона. Сада се комерцијално користе полароидни филмови, спојени између два равна стакла.

Типови поларизоване светлости

Нешто више смо већ дали кружну поларизацију и њену расподелу осцилација у простору. Али постоје и други типови поларизације. Као што је читалац вероватно већ схватио, поларизована и природна светлост се међусобно прожимају: прва се лако добија из другог.

Поларизација електромагнетни таласи дешава се у облику:

• кружни (кружни);
• линеар;
• еллиптицал.

Такође, према степену промене поларизације је:

• комплетан;
• парцијално.

Поларизација, осим линеарног, је колективна својина, а не индивидуална. Другим речима, један фотон не може бити елиптички поларизован, захтева одређену количину светлосних кванта. Зато се у математичким манипулацијама елиптична и кружно поларизована светлост полаже у две перпендикуларне компоненте.

Примери парцијалне поларизације

Пример парцијалне поларизације је светлост Сунца, која је прошла кроз атмосферу Земље. Дебели слој мјешавине плинова је увијек у покрету, неке површине су збијене, друге су разријеђене.

Ови печати расипају део електромагнетних осцилација, тако да светлост допире до површине планете која је делимично поларизована. Али степен ових промена је мали: закони поларизоване светлости примењују се само у веома прецизним астрономским прорачунима. У другим случајевима, зрачење Сунца на површини Земље се сматра природним.

Ротација поларизатора

На путу природног светла, потребно је да ставите одговарајући филтер да добијете поларизацију. Након филтера, вектор амплитуде електромагнетног зрачења ће осциловати на само један начин, на пример, линеарно. Али шта се дешава ако ставите још један поларизатор на пут већ измењеног тока светлости?

Постоје две опције:

1. Оса преноса другог поларизатора је поравната са осом прве. У овом случају, светло ће једноставно проћи други филтер, као да га не "примећује".
2. Преносна ос другог филтера налази се под углом у односу на осу првог. Да би се добио резултат, потребно је применити Малусов закон за поларизовану светлост.

Формуле и њихово тумачење дат ће се у наставку.

Малус Лав

Ако читаоцу изгледа да су та два поларизатора таква игра, нешто као вјежба за ум, онда је то погрешно. Помоћу другог филтера, можете одредити правац и степен поларизације струје светлости. Ови подаци се користе и директно, на пример, у процени својстава удаљених галаксија и маглина, и индиректно, за процену квалитета површина.

Закон Малуса за поларизовану светлост изражава се формулом:

• И = к к И к к цос ² φ, где
  Ја је интензитет последњег тока светлости,
  И ₀ - примарни,
  к је трансмисија поларизатора,
  бетвеен је угао између поларизационих равни упадне светлости и поларизатора.

За релативистички случај додају се цикличне фреквенције поларизованих таласа. Али ове компоненте се узимају у обзир само ако се извор светлости креће брзином која је близу брзину светлости. Да би се користила проширена формула Малуса, није потребно превазићи три стотине хиљада километара у секунди. Релативистичка брзина је један проценат брзине светлости у вакууму.

Међутим, педантан читатељ ће питати: "Али шта је са кружном и елиптичном поларизацијом?" Као што смо већ поменули, одговор је једноставан. Потребно је представити ову врсту поларизације као суму два линеарно поларизована таласа.

Сложеност перцепције поларизације као концепта

Надамо се да смо појаснили концепт природног и поларизованог светла за читаоце. Међутим, избећи тешкоће у просторној перцепцији ових појмова је немогуће. Шта треба урадити да би се схватило како се вектор амплитуде ротира?

Прва препрека може бити неспоразум о томе шта је вектор. Пре свега, ово је правац кретања. Када особа вози аутомобил, вектор његовог кретања је тамо где је усмерен нос аутомобила и у ком смеру се окрећу гуме, а не тамо где изгледају очи особе. Ако би сви возачи схватили ово, можда би било мање несрећа на нашим путевима. Као што смо већ поменули, у случају таласа, вектор амплитуде је правац у коме талас "осцилира" у одређеној временској тачки.

Друга препрека може бити недостатак разумијевања процеса зрачења. Да би се попуниле празнине, вреди се сетити шта су електронски нивои у атомима и зашто је транзиција између њих праћена или зрачењем или апсорпцијом енергије. Разумејући одакле долазе фотони, читалац ће вероватно боље разумети поларизацију светлости.

Природно и поларизовано светло се мало разликује. Ако особи није јасно зашто, понављамо још једном: прилично је тешко добити поларизовано свјетло одмах након зрачења. Али, да би се изабрале све могуће насумично усмерене осцилације природне светлости само неке специфичне, много је једноставније. То се може урадити помоћу посебних кристалних или полимерних супстанци.