Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Ak sa voľný koniec lana uviazaného o stabilný predmet pravidelne „vlní“, tak sa na ňom vytvorí priečna vlna. Môže byť oscilačný v jednej rovine - vertikálnej, horizontálnej alebo pod určitým uhlom k horizontále. Takáto vlna sa nazýva polarizovaná. Ak lano kmitá nerovnomerne, v rôznych rovinách, bude sa ním šíriť nepolarizovaná vlna. Svetlo, čo je elektromagnetické vlnenie, sa správa ako vlnenie na strune. Táto vlastnosť sa používa napríklad v 3D okuliaroch na rozlíšenie obrazu pre ľavé a pravé oko.

Priečna vlna sa nazýva rovinne polarizovaná, ak oscilácie vo všetkých jej bodoch prebiehajú iba v jednej rovine.

V súvislosti so svetlom bol pojem polarizácia zavedený v rokoch 1704-1706 Newtonom.

Polarizovaná svetelná vlna

Svetlo je vlna elektromagnetického žiarenia, t.j. poruchy elektrického a magnetického poľa pohybujúceho sa v priestore. Pre jednoduchosť budeme hovoriť o monochromatickom svetle, teda o harmonickom vlnení s určitou frekvenciou a vlnovou dĺžkou.

Elektromagnetická vlna je priečna vlna. To znamená, že jeho elektrické pole E je vždy kolmé (kmitá kolmo) na smer šírenia vlny. Hovoríme, že vlna je polarizovaná, ak má elektrické pole v ktoromkoľvek bode rovnaký smer. Príklad polarizovanej vlny je na obrázku 1.

Polarizácia svetla teda opisuje smer oscilácie vektora elektrického poľa.

Polarizovaná vlna (z angl. polarized wave) - vlna, ktorej elektrické pole kmitá v jednej rovine.

Ryža. 1. Polarizovaná vlna

Vlna znázornená na obr. 1 kmitá vo vertikálnom smere. Smer kmitania polarizovanej vlny sa nazýva smer polarizácie. Tento smer môže byť ľubovoľný - vlna môže oscilovať vertikálne (obr. 2. b), horizontálne (obr. 2. a) alebo pod určitým uhlom (obr. 2. c).

Ryža. 2. Vlny s rôznymi smermi polarizácie

Nepolarizovaná vlna

Nie všetky vlny sú polarizované. V niektorých vlnách sa smer elektrického poľa náhodne mení z miesta na miesto. Takáto vlna sa nazýva nepolarizovaná (obr. 3).

Ryža. 3. Nepolarizovaná vlna

Toto je povaha svetla vyžarovaného zahriatym kovom, akým je napríklad volfrámové vlákno bežnej žiarovky. Svetlo vyžarované žeravým atómovým plynom, ako je napríklad neónová lampa (žiaria neónové atómy) alebo plameň plynového horáka soľanky (žiaria atómy sodíka), je tiež nepolarizované.

Na poslednom príklade vysvetlíme, prečo tieto vlny nie sú polarizované. V dôsledku zahrievania tela začnú atómy vibrovať a žiariť, aby sa zbavili prebytočnej energie. Smery vibrácií týchto atómov sú náhodné, a preto sa náhodne mení aj smer elektrického poľa emitovaného elektromagnetického vlnenia. Na obr. 4 vidíme tri atómy, ktoré sú zdrojom vĺn s rôznou polarizáciou. Výsledkom ich kombinácie je nepolarizovaná vlna.

Ryža. 4. Vibrujúce atómy sú zdrojom vĺn s rôznou polarizáciou

Rozklad akejkoľvek vlny na dve polarizované vlny

Každá vlna sa dá rozložiť na dve polarizované vlny s ľubovoľne zvolenými kolmými smermi elektrického poľa. Vyplýva to z jednoduchého faktu, že každý vektor v rovine možno znázorniť ako súčet dvoch na seba kolmých vektorov.To platí pre polarizované aj nepolarizované vlny.

Takýto rozklad polarizovanej vlny s „akýmkoľvek“ smerom polarizácie na vlnu s vertikálnym elektrickým poľom (zelená vlna) a horizontálnym elektrickým poľom (červená vlna) je znázornený na obr. 5.

Ryža. 5. Rozklad polarizovanej vlny s "akýmkoľvek" smerom polarizácie na vlnu s vertikálnym elektrickým poľom (zelená vlna) a horizontálnym elektrickým poľom (červená vlna)

Polarizátor

Polarizátor je zariadenie, ktoré prenáša len tie elektromagnetické vlny z dopadajúceho nepolarizovaného svetla, ktorých elektrický vektor leží v smere určenom polarizátorom.

Systém nazývaný polarizátor funguje nasledovne. Má to určitý smer. Na obr. 6 je horizontálny smer.

    Ak polarizovaná vlna dopadne na polarizátor, v ktorom sa smer elektrického poľa zhoduje so smerom vybranej vlny, tak ním prejde bez zmeny amplitúdy (obr. a).
  1. Ak na ňu dopadne polarizovaná vlna, v ktorej je smer elektrického poľa kolmý na zvolený smer, tak neprejde vôbec (obr. 6. b).
  2. Ak na ňu dopadá polarizovaná vlna, v ktorej smer polarizácie zviera so zvoleným smerom nenulový uhol, tak zvoleným smerom prechádza len jej zložka (obr. 6. c a 6. d) . Po prechode cez ňu sa vlna zjavne polarizuje.
  3. Ak na polarizátor dopadne nepolarizovaná vlna, tak cez ňu prejde len jej zložka v zvolenom smere. Je zrejmé, že ide o polarizovanú vlnu. Polarizátor teda premení nepolarizovanú vlnu na polarizovanú.
Ryža. 6. Len zložka intenzity elektrického poľa prechádza polarizátorom vo zvolenom smere - tu je horizontálna.

V súčasnosti sa na polarizáciu svetla bežne používajú špeciálne plastové fólie nazývané polarizačné filtre. Takéto filmy sa používajú v počítačových monitoroch.

Polarizačný filter (z anglického polarizačný filter) – bežne známy ako polaroid; priehľadná platňa alebo film, ktorý funguje ako polarizátor, t.j. zariadenie, ktoré prenáša len tie elektromagnetické vlny z dopadajúceho nepolarizovaného svetla, ktorého elektrický vektor leží v smere naznačenom polarizátorom.

Čiastočne polarizované svetlo

Je tu ešte jedna možnosť. Elektrické polia svetelnej vlny majú všetky možné smery, ale pravdepodobnosť ich výskytu nie je rovnaká. Pre určitý smer je najväčší a pre smer naň kolmý najmenší. Keď takéto svetlo skúmame rotačným polarizátorom, dostaneme výsledok znázornený na obr. 7. Hovoríme o takom svetle, že je čiastočne polarizované.

Ryža. 7. Graf závislosti intenzity svetla od uhla natočenia polarizátora, získaný pri testovaní čiastočne polarizovaného svetla.

Polarizácia svetla pri odraze

V každodennom živote neustále pozorujeme prechod svetla cez okná s dvojitým zasklením. Vidíme, že zvyčajne svetlo vstupuje do skla a zároveň sa odráža od jeho povrchu. Ukázalo sa však, že pri správnom výbere svetelného zdroja a uhla sklonu sa svetlo nemusí odrážať vôbec. Toto je určené polarizáciou svetelnej vlny.

Predpokladajme, že lúč polarizovaného svetla dopadá na povrch dvoch médií pod uhlom α ≠ 0⁰. Rovina, v ktorej sa nachádza dopadajúci lúč a normála, sa nazýva rovina dopadu. Na obrázku 8 je táto rovina označená modrou farbou.

Keď uvažujeme o dopade polarizovaného svetla na povrch, musíme rozlišovať dva hlavné prípady. Sú znázornené na obr. 8. V oboch prípadoch sa svetelný lúč pohybuje priamočiaro x:

  • a. Elektrické pole (červené vektory) elektromagnetickej vlny kolmej na rovinu dopadu (modrá rovina),
  • b. Elektrické pole E harmonickej elektromagnetickej vlny je rovnobežné s rovinou dopadu (červené vektory ležia na modrej rovine). Potom toto pole zviera uhol α s hranicou prostredia. Tento uhol tiež leží v rovine dopadu (modrá rovina).
Ryža. 8. Vlna dopadajúca na povrch

Skúmalo sa, ako v týchto situáciách závisí veľkosť elektrického poľa odrazeného svetla od uhla dopadu látky s indexom lomu n. Na obr. 9 je znázornený pomer veľkosti amplitúdy elektrického poľa odrazeného svetla k amplitúde dopadajúceho svetla E0 pri prechode svetla zo vzduchu do prostredia s indexom lomu n.=1,5, v závislosti od uhla dopadu. Takýmto materiálom je napríklad sklo.

Ryža. 9. Pomer veľkosti amplitúdy elektrického poľa odrazeného svetla k amplitúde dopadajúceho svetla v závislosti od uhla dopadu.

a. Modrá krivka zodpovedá polarizácii (a) na obr. 8. Pre kolmý dopad, t.j. α=0⁰, pomer E/E0je 0,2. So zväčšujúcim sa uhlom α sa zvyšuje hodnota E/E0To znamená, že čoraz viac dopadajúceho svetla sa skôr odráža ako láme. Pomer E/E0 dosahuje 1 pri hodnotách uhla α blížiacich sa k 90°. Potom sa odrazí všetko svetlo.

b. Červená krivka zodpovedá polarizácii (b) na obr. 8. Pre α=0⁰, t.j. svetlo dopadajúce kolmo na povrch, pomer E/E0je 0,2. Potom nie je rozdiel medzi prípadom (a) a prípadom (b). S rastúcim uhlom α sa hodnota E/E0spočiatku vôbec nezväčšuje, ale skôr klesá. Svetlo sa odráža čoraz menej. Hodnota E/E0dosahuje pre určitý uhol nulu. Tento uhol αBsa nazýva Brewsterov uhol. Závisí to od indexu lomu látky. Pre n=1,5 je αB=56,3°.Pre uhly väčšie ako αBsa pomer E/E0 zvyšuje a blíži sa k jednote, keď sa α blíži k 90°. Potom sa celý svet správa ako v prípade (a).

Brewsterov uhol spĺňa jednoduchý vzťah tg αB=n .

Celková polarizácia svetla odrazom

Uvažujme ďalej, čo sa stane, ak nepolarizované svetlo, napríklad z obyčajnej žiarovky, dopadne na sklo pod Brewsterovým uhlom. Takáto vlna sa dá rozložiť na dve polarizované vlny s kolmými smermi elektrického poľa, jednu typu (a) a druhú typu (b).

Každá vlna sa dá rozložiť na dve polarizované vlny s ľubovoľne zvolenými kolmými smermi elektrického poľa. Vyplýva to z jednoduchého faktu, že každý vektor v rovine možno znázorniť ako súčet dvoch na seba kolmých vektorov (obr. 10). To platí pre polarizované aj nepolarizované vlny.

Ryža. 10. Rozklad vektora elektrického poľa do dvoch na seba kolmých smerov

V prípade nepolarizovanej vlny, keď ju rozložíme na zložky, ukáže sa, že vlna (a) sa čiastočne odrazí (modrá krivka na obr. 9.), a vlna (b) nebude odrazí vôbec, ale úplne prenikne do skla (červená krivka na obr. 9.). Odrazené svetlo teda bude obsahovať len jednu zložku, t.j. bude plne polarizované so smerom elektrického poľa ako na obr. 2a.

Čiastočná polarizácia svetla pri odraze

Pre všetky uhly α iné ako αB sú v odrazenom svetle prítomné obe zložky: (a) a (b). S výnimkou α=0⁰ a α do 90° je zložka (a) v priemere väčšia ako zložka (b). Keď sa polarizátor otáča, pozorovaná intenzita svetla sa mení. Pre niektoré uhly je to najvyšší uhol a pre iné najnižší.Úplné vymiznutie intenzity svetla však nie je pozorované. Graf intenzity svetla v závislosti od uhla, o ktorý bol polarizátor natočený, je na obr. 11.

Ryža. 11. Graf intenzity svetla v závislosti od uhla, pod ktorým je polarizátor nainštalovaný, pre uhly dopadu iné ako Brewsterov uhol

Takéto svetlo nazývame čiastočne polarizované.

Typy polarizácie

Polarizácia sa delí na rôzne typy podľa toho, ako sa správa smer oscilácie elektrického poľa a jeho veľkosť.

  • Lineárna polarizácia: smer elektrického poľa je konštantný, ale jeho veľkosť sa periodicky mení.
  • Kruhová polarizácia: tu je veľkosť elektrického poľa konštantná, ale smer jeho kmitov sa mení s pevnou uhlovou rýchlosťou.
  • Eliptická polarizácia: pri tomto type polarizácie sa mení veľkosť elektrického poľa aj smer jeho oscilácií.

Názov typov polarizácie pochádza zo skutočnosti, že pri pohľade spredu má vektor elektrického poľa nasledujúce geometrické tvary (pozri obrázok 12).

Ryža. 12. Typy polarizácie svetla

Pri lineárnej polarizácii sa napríklad vektor elektrického poľa pohybuje pozdĺž priamky, zatiaľ čo pri kruhovej polarizácii sa pohybuje po kruhu.

Príklady použitia polarizácie svetla

Na záver tu je krátky zoznam oblastí, kde je polarizácia svetla kritická. Patria sem

  • displeje z tekutých kryštálov (tiež nazývané LCD),
  • slnečné okuliare,
  • 3D filmy,
  • analýza napätia v priehľadných plastoch,
  • na fotke.

Referencie

    Zhilko VV, Markovich Ya. G. Physics. 11. ročník - 2011.
  1. Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B., Charugin V. M. Physics. 11. ročník Návod.
  2. Kasyanov V. A. Fyzika, 11. ročník. - 2004.
  3. Kakichashvili Sh. D. Polarizačná holografia / diery. vyd. Yu. N. Denisyuk. - L.: "Veda" , 1989. - 141 s.

Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Kategórie:

Budova