Tänään paljastamme valon a altoluonteen olemuksen ja siihen liittyvän ilmiön "polarisaatioaste".
Mahdollisuus nähdä ja valoa
Valon luonne ja siihen liittyvä kyky nähdä on huolestuttanut ihmismieliä jo pitkään. Muinaiset kreikkalaiset, yrittäessään selittää näkemistä, olettivat: joko silmä lähettää tiettyjä "säteitä", jotka "tuntevat" ympäröivät esineet ja kertovat siten ihmiselle niiden ulkonäöstä ja muodosta, tai asiat itse säteilevät jotain, jonka ihmiset kiinnittävät ja arvioivat, miten kaikki toimii. Teoriat osoittautuivat kaukana totuudesta: elävät olennot näkevät heijastuneen valon ansiosta. Tämän tosiasian ymmärtämisestä polarisaatioasteen laskemiseen oli jäljellä yksi askel - ymmärtää, että valo on a alto.
Valo on a alto
Kun valoa tutkittiin tarkemmin, kävi ilmi, että häiriön puuttuessa se etenee suorassa linjassa eikä käänny mihinkään. Jos läpinäkymätön este joutuu säteen tielle, muodostuu varjoja, ja minne itse valo menee, ihmiset eivät olleet kiinnostuneita. Mutta heti kun säteily törmäsi läpinäkyvään väliaineeseen, tapahtui hämmästyttäviä asioita: säde vaihtoi suuntaaleviää ja himmenee. Vuonna 1678 H. Huygens ehdotti, että tämä voidaan selittää yhdellä tosiasialla: valo on a alto. Tiedemies muodosti Huygensin periaatteen, jota myöhemmin täydensi Fresnel. Sen ansiosta, mitä ihmiset nykyään osaavat määrittää polarisaatioasteen.
Huygens-Fresnel-periaate
Tämän periaatteen mukaan mikä tahansa a altorintaman saavuttama väliaineen piste on koherentin säteilyn toissijainen lähde, ja näiden pisteiden kaikkien rintamien verhokäyrä toimii a altorintamina seuraavalla ajanhetkellä. Siten, jos valo etenee ilman häiriöitä, jokaisella seuraavalla hetkellä a altorintama on sama kuin edellisellä. Mutta heti kun säde kohtaa esteen, peliin tulee toinen tekijä: erilaisissa välineissä valo etenee eri nopeuksilla. Näin ollen fotoni, joka onnistui saavuttamaan toisen väliaineen ensimmäisenä, etenee siinä nopeammin kuin säteen viimeinen fotoni. Siksi a altorintama kallistuu. Polarisaatioasteella ei ole vielä mitään tekemistä sen kanssa, mutta tämä ilmiö on yksinkertaisesti välttämätöntä ymmärtää täysin.
Prosessiaika
On erikseen sanottava, että kaikki nämä muutokset tapahtuvat uskomattoman nopeasti. Valon nopeus tyhjiössä on kolmesataatuhatta kilometriä sekunnissa. Mikä tahansa väliaine hidastaa valoa, mutta ei paljon. Aika, jonka aikana a altorintama vääristyy siirtyessään väliaineesta toiseen (esimerkiksi ilmasta veteen), on erittäin lyhyt. Ihmissilmä ei huomaa tätä, ja harvat laitteet pystyvät korjaamaan näin oikosulkuaprosessit. Eli ilmiö kannattaa ymmärtää puhtaasti teoreettisesti. Nyt täysin tietoisena siitä, mitä säteily on, lukija haluaa ymmärtää, kuinka löytää valon polarisaatioaste? Älkäämme petäkö hänen odotuksiaan.
Valon polarisaatio
Olemme jo maininneet edellä, että valon fotoneilla on eri nopeus eri medioissa. Koska valo on poikittaissuuntainen sähkömagneettinen a alto (se ei ole väliaineen kondensaatiota ja harventumista), sillä on kaksi pääominaisuutta:
- a altovektori;
- amplitudi (myös vektorisuure).
Ensimmäinen ominaisuus osoittaa, mihin valonsäde on suunnattu, ja polarisaatiovektori syntyy, eli mihin suuntaan sähkökentän voimakkuusvektori on suunnattu. Tämä mahdollistaa pyörimisen a altovektorin ympäri. Luonnonvalolla, kuten auringon säteilemällä, ei ole polarisaatiota. Värähtelyt jakautuvat kaikkiin suuntiin samalla todennäköisyydellä, ei ole valittua suuntaa tai kuviota, jota pitkin a altovektorin pää värähtelee.
Polarisoidun valon tyypit
Ennen kuin opit laskemaan polarisaatioasteen kaavan ja tekemään laskelmia, sinun tulee ymmärtää, millaisia polarisoitunut valo on.
- Elliptinen polarisaatio. Tällaisen valon a altovektorin loppu kuvaa ellipsiä.
- Lineaarinen polarisaatio. Tämä on ensimmäisen vaihtoehdon erikoistapaus. Kuten nimestä voi päätellä, kuva on yksisuuntainen.
- Pyöreäpolarisaatio. Toisella tavalla sitä kutsutaan myös pyöreäksi.
Mikä tahansa luonnonvalo voidaan esittää kahden keskenään kohtisuorassa olevan polarisoidun elementin summana. On syytä muistaa, että kaksi kohtisuorassa polarisoitunutta a altoa eivät ole vuorovaikutuksessa. Niiden häiritseminen on mahdotonta, koska amplitudien vuorovaikutuksen näkökulmasta ne eivät näytä olevan olemassa toisilleen. Kun he tapaavat, he vain siirtyvät eteenpäin muuttumatta.
Osittain polarisoitu valo
Polarisaatiovaikutuksen käyttö on v altava. Suuntamalla luonnonvaloa kohteeseen ja vastaanottamalla osittain polarisoitua valoa tutkijat voivat arvioida pinnan ominaisuuksia. Mutta miten määrität osittain polarisoidun valon polarisaatioasteen?
N. A:lle on kaava. Umov:
P=(Ilan-Ipar)/(Ilan+I par), jossa Itrans on valon voimakkuus suunnassa, joka on kohtisuorassa polarisaattorin tai heijastavan pinnan tasoon nähden, ja I par- rinnakkain. P-arvo voi olla arvot 0 (luonnollinen valo, jossa ei ole polarisaatiota) 1 (tasopolarisoituneelle säteilylle).
Voidaanko luonnonvaloa polarisoida?
Kysymys on outo ensi silmäyksellä. Säteilyä, jossa ei ole selkeää suuntaa, kutsutaan yleensä luonnolliseksi. Maan pinnan asukkaille tämä on kuitenkin jossain mielessä likiarvo. Aurinko tuottaa eripituisia sähkömagneettisia a altoja. Tämä säteily ei ole polarisoitunut. Mutta ohimennenpaksun ilmakehän kerroksen läpi säteily polarisoituu hieman. Luonnonvalon polarisaatioaste ei siis yleensä ole nolla. Mutta arvo on niin pieni, että se jätetään usein huomiotta. Se otetaan huomioon vain tarkoissa tähtitieteellisissä laskelmissa, joissa pieninkin virhe voi lisätä tähteen vuosia tai etäisyyttä järjestelmäämme.
Miksi valo polarisoituu?
Olemme usein sanoneet yllä, että fotonit käyttäytyvät eri tavalla erilaisissa väliaineissa. Mutta he eivät maininneet miksi. Vastaus riippuu siitä, millaisesta ympäristöstä puhumme, toisin sanoen missä tilassa se on.
- Väliaine on kiteinen kappale, jolla on tiukasti jaksollinen rakenne. Yleensä tällaisen aineen rakenne esitetään hilana, jossa on kiinteitä palloja - ioneja. Mutta yleisesti ottaen tämä ei ole täysin tarkkaa. Tällainen approksimaatio on usein perusteltua, mutta ei kiteen ja sähkömagneettisen säteilyn vuorovaikutuksessa. Itse asiassa jokainen ioni värähtelee tasapainoasemansa ympärillä, eikä satunnaisesti, vaan sen mukaan, mitä naapureita sillä on, millä etäisyyksillä ja kuinka monta niistä. Koska kaikki nämä värähtelyt ovat tiukasti ohjelmoituja jäykällä väliaineella, tämä ioni pystyy emittoimaan absorboituneen fotonin vain tiukasti määritellyssä muodossa. Tämä tosiasia synnyttää toisen: mikä on lähtevän fotonin polarisaatio, riippuu suunnasta, jossa se tuli kiteen. Tätä kutsutaan ominaisuuden anisotropiaksi.
- Keskiviikko - nestemäinen. Tässä vastaus on monimutkaisempi, koska kaksi tekijää vaikuttaa - molekyylien monimutkaisuus jatiheyden vaihtelut (kondensaatio-harvinaisuudet). Sinänsä monimutkaisilla pitkillä orgaanisilla molekyyleillä on tietty rakenne. Edes yksinkertaisimmat rikkihapon molekyylit eivät ole kaoottista pallomaista hyytymää, vaan hyvin spesifistä ristinmuotoista muotoa. Toinen asia on, että normaaleissa olosuhteissa ne kaikki on järjestetty satunnaisesti. Toinen tekijä (fluktuaatio) pystyy kuitenkin luomaan olosuhteet, joissa pieni määrä molekyylejä muodostuu pienessä tilavuudessa jotain väliaikaisen rakenteen k altaista. Tässä tapauksessa joko kaikki molekyylit ohjataan yhdessä tai ne sijaitsevat suhteessa toisiinsa tietyissä kulmissa. Jos valo tällä hetkellä kulkee nesteen tällaisen osan läpi, se saa osittaisen polarisaation. Tämä johtaa johtopäätökseen, että lämpötila vaikuttaa voimakkaasti nesteen polarisaatioon: mitä korkeampi lämpötila, sitä vakavampi on turbulenssi ja sitä enemmän tällaisia alueita muodostuu. Viimeinen johtopäätös on olemassa itseorganisaatioteorian ansiosta.
- Keskiviikko - kaasu. Homogeenisen kaasun tapauksessa polarisaatio tapahtuu vaihteluiden vuoksi. Siksi Auringon luonnollinen valo, joka kulkee ilmakehän läpi, saa pienen polarisaation. Ja siksi taivaan väri on sininen: tiivistettyjen elementtien keskikoko on sellainen, että sinistä ja violettia sähkömagneettista säteilyä hajaantuu. Mutta jos olemme tekemisissä kaasuseoksen kanssa, polarisaatioasteen laskeminen on paljon vaikeampaa. Nämä ongelmat ratkaisevat usein tähtitieteilijät, jotka tutkivat tiheän molekyylipilven läpi kulkeneen tähden valoa. Siksi on niin vaikeaa ja mielenkiintoista tutkia kaukaisia galakseja ja klustereita. Muttatähtitieteilijät selviävät ja antavat ihmisille upeita kuvia syvästä avaruudesta.
