La llum polaritzada i natural. a diferència de la llum polaritzada naturals

Les onades són de dos tipus. La pertorbació vibratòria longitudinal paral·lela a la seva adreça de propagació. Un exemple és el pas del so en l'aire. Les ones transversals es componen de trastorns que estan en un angle de 90 ° respecte a la direcció del moviment. Per exemple, l'ona que passa horitzontalment a través de la massa d'aigua provoca vibracions verticals en la seva superfície.

El descobriment de

Una sèrie de misteriosos efectes òptics observats en la meitat del segle XVII, s'ha explicat, quan es va iniciar la llum polaritzada i natural per a ser considerat com un fenomen ondulatori i la direcció dels seus vibracions van ser descoberts. El primer anomenat efecte de polarització va ser descobert pel metge danès Erasmus Bartholin en 1669. Scientific va observar doble refracció o birefringència a Islàndia (forma de cristall de carbonat de calci) spar o calci. Quan la llum passa a través d'un vidre de calcita el divideix, produint dues imatges es desplacen l'un respecte a l'altre.

Newton sap sobre aquest fenomen, i suggereix que potser corpuscles de llum tenen asimetria o "unilateral", que podria ser la causa de la formació de dues imatges. Huygens, un contemporani de Newton va ser capaç d'explicar la seva teoria de la doble refracció de les ones elementals, però que no comprenia el veritable significat de l'efecte. La birefringència va ser un misteri fins Thomas Young i el físic francès Augustin-Zhan Frênel No es suggereix que les ones de llum són transversals. Una idea simple ha permès a explicar el que polaritza i natural llum. Això va proporcionar un marc natural i sense complicacions per a l'anàlisi dels efectes de polarització.

La birefringència és causada per una combinació de dos polaritzacions ortogonals, cadascun dels quals té la seva velocitat de l'ona. A causa de la diferència en la velocitat dels dos components tenen diferents índexs de refracció, i per tant són de forma diferent refractats a través del material, produint dues imatges.

Polaritzada i llum natural: la teoria de Maxwell

Fresnel ràpidament va desenvolupar un model integral de les ones transversals, el que va portar a la birefringència i una sèrie d'altres efectes òptics. Quaranta anys després, l'electromagnètica teoria de Maxwell explica elegantment la naturalesa transversal de la llum.

Les ones electromagnètiques Maxwell componen de camps magnètics i elèctrics perpendiculars a la direcció del moviment oscil·lant. Els camps estan en un angle de 90 ° entre si. En aquest cas la direcció de propagació dels camps magnètics i elèctrics formen un sistema de mà dreta de coordenades. Per a una ona amb la freqüència f i la longitud λ (que es relacionen dependència λf = C), que es mou en la direcció x positiva, els camps es descriuen matemàticament:

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

Les equacions mostren que els camps elèctrics i magnètics estan en fase entre si. En un moment donat, que arribin al mateix temps els seus valors màxims en un espai igual a E ₀ i B _0. Aquestes amplituds no són independents. Les equacions de Maxwell revelen que E = cB _{0 0} per a totes les ones electromagnètiques en el buit.

la direcció de polarització

En la descripció de l'orientació dels camps magnètics i elèctrics d'ones de llum són típicament només indiquen la direcció del camp elèctric. El vector de camp magnètic està determinada pel requisit de camps perpendicularitat i la seva perpendicularitat a l'adreça de moviment. La llum natural i linealment polaritzada es caracteritza perquè en l'última oscil·lar camp en direccions fixes com el moviment de l'onada.

Hi ha altres possibles estats de polarització. En el cas de vectors circulars dels camps magnètics i elèctrics es fan girar amb relació a la direcció de propagació a amplitud constant. llum polaritzada el·lípticament està en una posició intermèdia entre la lineal i polaritzacions circulars.

la llum no polaritzada

Els àtoms en la superfície d'un filament escalfat, que generen la radiació electromagnètica, són, independentment l'un de l'altre. Cada radiació pot ser aproximadament modela com trens de curta durada de 10 ^-9 a 10 ^-8 segons. Les ones electromagnètiques des del filament, és una superposició d'aquests trens, cadascun dels quals té la seva pròpia direcció de polarització. Suma orientades a l'atzar entrena formes el vector de polarització d'ona de les quals varia ràpidament i de forma erràtica. una ona d'aquest tipus es diu no polaritzada. Totes les fonts naturals de llum, incloent el Sol, làmpades incandescents, làmpades fluorescents i flames, produeixen tal radiació. No obstant això, la llum natural és sovint polaritzat parcialment a causa de la dispersió i reflexió múltiple.

Per tant, la diferència de la llum polaritzada natural consisteix en el fet que en els primers es produeixen oscil·lacions en un pla.

Les fonts de radiació polaritzada

La llum polaritzada es pot produir quan l'orientació espacial determinada. Un exemple és la radiació de sincrotró, en què d'alta energia les partícules carregades que es mou en un camp magnètic i emetre ona electromagnètica polaritzada. Hi ha moltes fonts astronòmiques conegudes que emeten llum polaritzada de manera natural. Aquests inclouen nebuloses, restes de supernoves, i els nuclis galàctics actius. polarització de la radiació còsmica s'estudia per tal de determinar les propietats de les seves fonts.

filtre polaroid

La llum polaritzada i natural estan separats passant a través d'una sèrie de materials, la més comuna de les quals és la polaroid, creat pel físic nord-americà Edwin Land. El filtre consisteix en llargues cadenes de molècules d'hidrocarburs orientades en una direcció pel procés de tractament tèrmic. Molècula d'absorbir selectivament la radiació, el camp elèctric és paral·lel a la seva orientació. La llum que surt del polaritzador està polaritzada linealment. El seu camp elèctric perpendicular a la direcció de l'orientació molecular. Polaroid ha trobat aplicació en molts camps, incloent ulleres de sol i filtres que redueixen l'efecte de la llum reflectida i dispersada.

La llum natural i polaritzada: la llei de Malus

En 1808, el físic Etienne Louis Malus va trobar que la llum reflectida des de les superfícies no metàl·liques, en part polaritzada. La magnitud d'aquest efecte depèn de l'angle d'incidència i l'índex de refracció del material reflectant. En un dels casos extrems, quan la tangent de l'angle d'incidència en l'aire és igual a l'índex de refracció del material reflectant, la llum reflectida torna completament linealment polaritzada. Aquest fenomen es coneix com a llei de Brewster (el nom del seu descobridor, el físic escocès David Brewster). La direcció de polarització paral·lela a la superfície reflectant. Des resplendor fluorescent en general es produeixen en la reflexió de les superfícies horitzontals, com ara carreteres i filtres d'aigua s'usen comunament en ulleres de sol per allotjar llum polaritzada horitzontalment i per tant eliminar selectivament les reflexions de la llum.

dispersió de Rayleigh

dispersió de la llum pels objectes molt petits les dimensions són molt més petites que la longitud d'ona (l'anomenada dispersió de Rayleigh en honor al científic anglès Lord Rayleigh), també crea una polarització parcial. Quan la llum solar passa a través de l'atmosfera de la terra, es dispersa per les molècules d'aire. Terra i arriba dispersa la llum natural polaritzada. El grau de polarització depèn de l'angle de dispersió. Ja que l'home no distingeix entre la llum natural i polaritzat, aquest efecte sol passar desapercebut. Això no obstant, els ulls de molts insectes reaccionen a ella, i que utilitzen la polarització relativa de la radiació dispersada com una eina de navegació. la càmera de filtre normal que s'utilitza per reduir la radiació de fons en la llum del sol, és un polaritzador lineal simple, que separa la llum polaritzada i Rayleigh natural.

materials anisòtrops

els efectes de polarització s'observen en els materials òpticament anisotrópicas (en els quals l'índex de refracció varia amb la direcció de polarització), com vidres birrefringentes, algunes estructures biològiques i materials òpticament actius. Les aplicacions tecnològiques inclouen microscopis de polarització, pantalles de cristall líquid i instruments òptics utilitzats per a la investigació de materials.