Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Pokud se volný konec lana přivázaného ke stabilnímu předmětu pravidelně „vlní“, vytvoří se na něm příčná vlna. Může být oscilační v jedné rovině - vertikální, horizontální nebo v určitém úhlu k horizontále. Taková vlna se nazývá polarizovaná. Pokud lano kmitá nerovnoměrně, v různých rovinách, bude se jím šířit nepolarizovaná vlna. Světlo, což je elektromagnetické vlnění, se chová jako vlna na struně. Tato vlastnost se používá např. u 3D brýlí k rozlišení obrazu pro levé a pravé oko.

Příčná vlna se nazývá rovinně polarizovaná, jestliže oscilace ve všech jejích bodech probíhají pouze v jedné rovině.

Ve vztahu ke světlu byl termín polarizace zaveden v letech 1704-1706 Newtonem.

Polarizovaná světelná vlna

Světlo je vlna elektromagnetického záření, tzn. poruchy elektrického a magnetického pole pohybujícího se v prostoru. Pro jednoduchost budeme mluvit o monochromatickém světle, tedy o harmonickém vlnění s určitou frekvencí a vlnovou délkou.

Elektromagnetická vlna je příčná vlna. To znamená, že jeho elektrické pole E je vždy kolmé (kmitá kolmo) ke směru šíření vlny. Říkáme, že vlna je polarizovaná, pokud má elektrické pole v libovolném bodě stejný směr. Příklad polarizované vlny je na obrázku 1.

Polarizace světla tedy popisuje směr oscilace vektoru elektrického pole.

Polarizovaná vlna (z angl. polarized wave) - vlna, jejíž elektrické pole kmitá v jedné rovině.

Rýže. 1. Polarizovaná vlna

Vlna znázorněná na obr. 1 kmitá ve vertikálním směru. Směr kmitání polarizované vlny se nazývá směr polarizace. Tento směr může být libovolný - vlna může kmitat vertikálně (obr. 2. b), horizontálně (obr. 2. a) nebo pod určitým úhlem (obr. 2. c).

Rýže. 2. Vlny s různými směry polarizace

Nepolarizovaná vlna

Ne všechny vlny jsou polarizované. V některých vlnách se směr elektrického pole náhodně mění z místa na místo. Taková vlna se nazývá nepolarizovaná (obr. 3).

Rýže. 3. Nepolarizovaná vlna

To je povaha světla vyzařovaného zahřátým kovem, jako je wolframové vlákno obyčejné žárovky. Světlo vyzařované žhnoucím atomovým plynem, jako je neonová lampa (neonové atomy září) nebo plamen plynového hořáku solanky (září atomy sodíku), je také nepolarizované.

Na posledním příkladu vysvětlíme, proč tyto vlny nejsou polarizované. V důsledku zahřívání těla začnou atomy vibrovat a svítit, aby se zbavily přebytečné energie. Směry vibrací těchto atomů jsou náhodné, a proto se náhodně mění i směr elektrického pole vyzařované elektromagnetické vlny. Na Obr. 4 vidíme tři atomy, které jsou zdrojem vln s různou polarizací. Výsledkem jejich kombinace je nepolarizovaná vlna.

Rýže. 4. Vibrující atomy jsou zdrojem vln s různou polarizací

Rozklad jakékoli vlny na dvě polarizované vlny

Každou vlnu lze rozložit na dvě polarizované vlny s libovolně zvolenými kolmými směry elektrického pole. To vyplývá z prostého faktu, že každý vektor v rovině lze znázornit jako součet dvou na sebe kolmých vektorů.To platí pro polarizované i nepolarizované vlny.

Takový rozklad polarizované vlny s „jakýmkoli“ směrem polarizace na vlnu s vertikálním elektrickým polem (zelená vlna) a horizontálním elektrickým polem (červená vlna) je na obr. 5.

Rýže. 5. Rozklad polarizované vlny s "libovolným" směrem polarizace na vlnu s vertikálním elektrickým polem (zelená vlna) a horizontálním elektrickým polem (červená vlna)

Polarizátor

Polarizátor je zařízení, které přenáší pouze ty elektromagnetické vlny z dopadajícího nepolarizovaného světla, jejichž elektrický vektor leží ve směru určeném polarizátorem.

Systém zvaný polarizátor funguje následovně. Má to určitý směr. Na Obr. 6 je horizontální směr.

    Pokud polarizovaná vlna dopadá na polarizátor, ve kterém se směr elektrického pole shoduje se směrem zvolené vlny, pak jím prochází beze změny amplitudy (obr. a).
  1. Pokud na něj dopadá polarizovaná vlna, ve které je směr elektrického pole kolmý na zvolený směr, tak neprojde vůbec (obr. 6. b).
  2. Pokud na ni dopadá polarizovaná vlna, ve které směr polarizace svírá se zvoleným směrem nenulový úhel, pak zvoleným směrem prochází pouze její složka (obr. 6. c a 6. d) . Po průchodu přes něj se vlna zjevně polarizuje.
  3. Pokud na polarizátor dopadá nepolarizovaná vlna, prochází jím pouze její složka ve zvoleném směru. Je zřejmé, že se jedná o polarizovanou vlnu. Polarizátor tedy převede nepolarizovanou vlnu na polarizovanou.
Rýže. 6. Polarizátorem prochází pouze složka intenzity elektrického pole ve zvoleném směru - zde je horizontální.

V dnešní době se k polarizaci světla běžně používají speciální plastové fólie zvané polarizační filtry. Takové filmy se používají na počítačových monitorech.

Polarizační filtr (z anglického polarizační filtr) - běžně známý jako polaroid; průhledná deska nebo fólie, která funguje jako polarizátor, tzn. zařízení, které přenáší pouze ty elektromagnetické vlny z dopadajícího nepolarizovaného světla, jehož elektrický vektor leží ve směru naznačeném polarizátorem.

Částečně polarizované světlo

Je tu ještě jedna možnost. Elektrická pole světelné vlny mají všechny možné směry, ale pravděpodobnost jejich výskytu není stejná. Pro určitý směr je největší a pro směr na něj kolmý nejmenší. Když takové světlo zkoumáme rotačním polarizátorem, dostaneme výsledek znázorněný na Obr. 7. Mluvíme o takovém světle, že je částečně polarizované.

Rýže. 7. Graf závislosti intenzity světla na úhlu natočení polarizátoru, získaný při testování částečně polarizovaného světla.

Polarizace světla při odrazu

V každodenním životě neustále pozorujeme průchod světla přes dvojitá okna. Vidíme, že obvykle světlo vstupuje do skla a zároveň se odráží od jeho povrchu. Ukázalo se však, že při správné volbě zdroje světla a úhlu sklonu se světlo nemusí odrážet vůbec. To je určeno polarizací světelné vlny.

Předpokládejme, že paprsek polarizovaného světla dopadá na povrch dvou médií pod úhlem α ≠ 0⁰. Rovina obsahující dopadající paprsek a normálu se nazývá rovina dopadu. Na obrázku 8 je tato rovina označena modře.

Když uvažujeme dopad polarizovaného světla na povrch, musíme rozlišovat dva hlavní případy. Jsou znázorněny na Obr. 8. V obou případech se světelný paprsek pohybuje po přímce x:

  • a. Elektrické pole (červené vektory) elektromagnetické vlny je kolmé k rovině dopadu (modrá rovina),
  • b. Elektrické pole E harmonické elektromagnetické vlny je rovnoběžné s rovinou dopadu (červené vektory leží na modré rovině). Potom toto pole svírá s hranicí prostředí úhel α. Tento úhel také leží v rovině dopadu (modrá rovina).
Rýže. 8. Vlna dopadající na povrch

Bylo zkoumáno, jak v těchto situacích závisí velikost elektrického pole odraženého světla na úhlu dopadu látky s indexem lomu n. Na Obr. 9 ukazuje poměr velikosti amplitudy elektrického pole odraženého světla k amplitudě dopadajícího světla E0 při přechodu světla ze vzduchu do prostředí s indexem lomu n=1,5, v závislosti na úhlu dopadu. Takovým materiálem je například sklo.

Rýže. 9. Poměr velikosti amplitudy elektrického pole odraženého světla k amplitudě dopadajícího světla v závislosti na úhlu dopadu.

a. Modrá křivka odpovídá polarizaci (a) na Obr. 8. Pro kolmý dopad, tzn. α=0⁰, poměr E/E0je 0,2. S rostoucím úhlem α roste hodnota E/E0To znamená, že stále více dopadajícího světla se spíše odráží než láme. Poměr E/E0 dosahuje 1 při hodnotách úhlu α blížících se 90°. Pak se všechno světlo odráží.

b. Červená křivka odpovídá polarizaci (b) na Obr. 8. Pro α=0⁰, tzn. světlo dopadající kolmo na povrch, poměr E/E0je 0,2. Pak není žádný rozdíl mezi případem (a) a případem (b). S rostoucím úhlem α se hodnota E/E0zpočátku vůbec nezvyšuje, ale spíše klesá. Světlo se odráží stále méně. Hodnota E/E0dosahuje pro určitý úhel nuly. Tento úhel αBse nazývá Brewsterův úhel. Záleží na indexu lomu látky. Pro n=1,5 je αB=56,3°.Pro úhly větší než αBse poměr E/E0 zvyšuje a blíží se jednotě, když se α blíží 90°. Pak se celý svět chová jako v případě (a).

Brewsterův úhel splňuje jednoduchý vztah tg αB=n .

Celková polarizace světla odrazem

Zvažme dále, co se stane, když nepolarizované světlo, například z obyčejné žárovky, dopadne na sklo pod Brewsterovým úhlem. Takovou vlnu lze rozložit na dvě polarizované vlny s kolmými směry elektrického pole, jednu typu (a) a druhou typu (b).

Každou vlnu lze rozložit na dvě polarizované vlny s libovolně zvolenými kolmými směry elektrického pole. Vyplývá to z prostého faktu, že každý vektor v rovině lze znázornit jako součet dvou na sebe kolmých vektorů (obr. 10). To platí pro polarizované i nepolarizované vlny.

Rýže. 10. Rozklad vektoru elektrického pole do dvou na sebe kolmých směrů

V případě nepolarizované vlny, když ji rozložíme na složky, ukáže se, že vlna (a) se částečně odrazí (modrá křivka na obr. 9.), a vlna (b) nebude odrazí vůbec, ale zcela pronikne do skla (červená křivka na obr. 9.). Odražené světlo tedy bude obsahovat pouze jednu složku, tzn. bude plně polarizované se směrem elektrického pole jako na obr. 2a.

Částečná polarizace světla při odrazu

Pro všechny úhly α jiné než αB jsou v odraženém světle přítomny obě složky: (a) a (b). S výjimkou α=0⁰ a α do 90° je složka (a) v průměru větší než složka (b). Jak se polarizátor otáčí, mění se pozorovaná intenzita světla. Pro některé úhly je to nejvyšší úhel a pro jiné nejnižší.Úplné vymizení intenzity světla však není pozorováno. Graf intenzity světla v závislosti na úhlu, o který byl polarizátor natočen, je na Obr. 11.

Rýže. 11. Graf intenzity světla v závislosti na úhlu, pod kterým je polarizátor instalován, pro úhly dopadu jiné než Brewsterův úhel

Takovému světlu říkáme částečně polarizované.

Typy polarizace

Polarizace se dělí na různé typy podle toho, jak se chová směr oscilace elektrického pole a jeho velikost.

  • Lineární polarizace: směr elektrického pole je konstantní, ale jeho velikost se periodicky mění.
  • Kruhová polarizace: zde je velikost elektrického pole konstantní, ale směr jeho kmitů se mění s pevnou úhlovou rychlostí.
  • Eliptická polarizace: u tohoto typu polarizace se mění jak velikost elektrického pole, tak směr jeho oscilací.

Název typů polarizace pochází ze skutečnosti, že při pohledu zepředu má vektor elektrického pole následující geometrické tvary (viz obrázek 12).

Rýže. 12. Typy polarizace světla

Například při lineární polarizaci se vektor elektrického pole pohybuje po přímce, zatímco při kruhové polarizaci se pohybuje po kruhu.

Příklady použití polarizace světla

Nakonec zde je krátký seznam oblastí, kde je polarizace světla kritická. Patří mezi ně

  • displeje z tekutých krystalů (také nazývané LCD),
  • sluneční brýle,
  • 3D filmy,
  • analýza napětí v průhledných plastech,
  • na fotce.

Reference

    Zhilko VV, Markovich Ya. G. Physics. 11. třída - 2011.
  1. Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B., Charugin V. M. Physics. 11. třída Návod.
  2. Kasyanov V. A. Fyzika, třída 11. - 2004.
  3. Kakichashvili Sh. D. Polarizační holografie / díry. vyd. Yu. N. Denisyuk. - L.: "Science" , 1989. - 141 s.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Budova