امروز جوهر ماهیت موجی نور و پدیده "درجه قطبش" مرتبط با این واقعیت را آشکار خواهیم کرد.
قابلیت دیدن و نور
ماهیت نور و توانایی دیدن مرتبط با آن برای مدت طولانی ذهن انسان را نگران کرده است. یونانیان باستان، در تلاش برای توضیح بینایی، فرض می‌کردند: یا چشم «پرتوهای» خاصی را ساطع می‌کند که اشیاء اطراف را «احساس» می‌کند و از این طریق ظاهر و شکل آنها را به فرد اطلاع می‌دهد، یا خود اشیا چیزی از خود ساطع می‌کنند که مردم می‌گیرند و درباره همه چیز قضاوت می‌کنند. آثار. معلوم شد که نظریه ها دور از واقعیت هستند: موجودات زنده به لطف نور منعکس شده می بینند. از درک این واقعیت تا توانایی محاسبه درجه قطبش، یک مرحله باقی مانده بود - درک اینکه نور یک موج است.
نور یک موج است
با مطالعه دقیقتر نور مشخص شد که در صورت عدم تداخل، در یک خط مستقیم منتشر می شود و به جایی نمی چرخد. اگر مانعی مات بر سر راه پرتو قرار گیرد، سایه‌ها تشکیل می‌شوند و به جایی که خود نور می‌رود، مردم علاقه‌ای نداشتند. اما به محض برخورد تابش با یک محیط شفاف، اتفاقات شگفت انگیزی رخ داد: پرتو تغییر جهت دادپخش و کم نور شد. در سال 1678، H. Huygens پیشنهاد کرد که این را می توان با یک واقعیت توضیح داد: نور یک موج است. این دانشمند اصل هویگنس را تشکیل داد که بعداً توسط فرنل تکمیل شد. به لطف آنچه امروزه مردم می دانند چگونه درجه قطبی شدن را تعیین کنند.
اصل هویگنز-فرنل
بر اساس این اصل، هر نقطه از محیطی که جبهه موج به آن می رسد، منبع ثانویه تشعشع منسجم است و پوشش تمام جبهه های این نقاط به عنوان جبهه موج در لحظه بعدی زمان عمل می کند. بنابراین، اگر نور بدون تداخل منتشر شود، در هر لحظه بعدی جبهه موج مانند موج قبلی خواهد بود. اما به محض برخورد پرتو با مانع، عامل دیگری مطرح می شود: در رسانه های غیرمشابه، نور با سرعت های متفاوت منتشر می شود. بنابراین فوتونی که ابتدا توانسته است به محیط دیگر برسد سریعتر از آخرین فوتون پرتو در آن منتشر می شود. بنابراین، جبهه موج کج خواهد شد. درجه قطبی شدن هنوز ربطی به آن ندارد، اما درک کامل این پدیده به سادگی ضروری است.
زمان فرآیند
به طور جداگانه باید گفت که همه این تغییرات با سرعت باورنکردنی اتفاق می افتد. سرعت نور در خلاء سیصد هزار کیلومتر در ثانیه است. هر رسانه ای نور را کاهش می دهد، اما نه به میزان زیادی. زمانی که در طی آن جبهه موج هنگام حرکت از یک رسانه به رسانه دیگر (مثلاً از هوا به آب) منحرف می شود بسیار کوتاه است. چشم انسان نمی تواند متوجه این موضوع شود و دستگاه های کمی قادر به رفع چنین کوتاهی هستندفرآیندها بنابراین ارزش آن را دارد که این پدیده را صرفاً به صورت نظری درک کنیم. اکنون، خواننده با آگاهی کامل از چیستی تابش، می خواهد بفهمد که چگونه می توان درجه قطبش نور را پیدا کرد؟ بیایید توقعات او را فریب ندهیم.
قطبش نور
قبلاً در بالا ذکر کردیم که فوتون های نور در محیط های مختلف سرعت های متفاوتی دارند. از آنجایی که نور یک موج الکترومغناطیسی عرضی است (تراکم و کمیاب شدن محیط نیست)، دو ویژگی اصلی دارد:
- بردار موج؛
- دامنه (همچنین یک کمیت برداری).
اولین مشخصه نشان می دهد که پرتو نور به کجا هدایت می شود و بردار پلاریزاسیون به وجود می آید، یعنی بردار شدت میدان الکتریکی به کدام سمت هدایت می شود. این امکان چرخش حول بردار موج را فراهم می کند. نور طبیعی، مانند نور ساطع شده از خورشید، قطبش ندارد. نوسانات در همه جهات با احتمال مساوی توزیع می شوند، هیچ جهت یا الگوی انتخابی وجود ندارد که انتهای بردار موج در امتداد آن نوسان کند.
انواع نور پلاریزه
قبل از اینکه یاد بگیرید چگونه فرمول درجه قطبش را محاسبه کنید و محاسبات انجام دهید، باید بدانید که چه نوع نورهای پلاریزه هستند.
- قطبش بیضوی. انتهای بردار موج چنین نوری یک بیضی را توصیف می کند.
- قطبش خطی. این یک مورد خاص از گزینه اول است. همانطور که از نام آن پیداست، تصویر یک جهت است.
- قطبش دایره ای. به نوعی دیگر به آن دایره ای نیز می گویند.
هر نور طبیعی را می توان به عنوان مجموع دو عنصر قطبی شده عمود بر یکدیگر نشان داد. شایان ذکر است که دو موج قطبی عمود برهم کنش نمی کنند. تداخل آنها غیرممکن است، زیرا از نقطه نظر تعامل دامنه ها، به نظر می رسد که آنها برای یکدیگر وجود ندارند. وقتی همدیگر را ملاقات می‌کنند، بدون تغییر ادامه می‌دهند.
نور پلاریزه جزئی
کاربرد اثر پلاریزاسیون بسیار زیاد است. دانشمندان با هدایت نور طبیعی به یک جسم و دریافت نور نیمه قطبی شده، می توانند درباره خواص سطح قضاوت کنند. اما چگونه می توان درجه قطبش نور نیمه قطبی شده را تعیین کرد؟
فرمولی برای N. A وجود دارد. Umov:
P=(Ilan-Ipar)/(Ilan+I par)، که در آن Itrans شدت نور در جهت عمود بر صفحه پلاریزه کننده یا سطح بازتابنده است، و I. par- موازی. مقدار P می تواند مقادیری از 0 (برای نور طبیعی بدون هر گونه قطبش) تا 1 (برای تابش پلاریزه سطحی) داشته باشد.
آیا نور طبیعی را می توان قطبی کرد؟
سوال در نگاه اول عجیب است. از این گذشته ، تشعشعی که در آن هیچ جهت مشخصی وجود ندارد ، معمولاً طبیعی نامیده می شود. با این حال، برای ساکنان سطح زمین، این به نوعی تقریبی است. خورشید جریانی از امواج الکترومغناطیسی با طول های مختلف می دهد. این تابش قطبی نیست. اما گذشتناز طریق یک لایه ضخیم از جو، تابش قطبی شدن جزئی پیدا می کند. بنابراین درجه قطبش نور طبیعی به طور کلی صفر نیست. اما ارزش آن به قدری ناچیز است که اغلب نادیده گرفته می شود. این فقط در مورد محاسبات نجومی دقیق در نظر گرفته می شود، جایی که کوچکترین خطا می تواند سال ها به ستاره یا فاصله منظومه ما اضافه کند.
چرا نور قطبی می شود؟
ما اغلب در بالا گفته‌ایم که فوتون‌ها در محیط‌های غیرمشابه رفتار متفاوتی دارند. اما دلیل آن را ذکر نکردند. پاسخ به این بستگی دارد که ما در مورد چه نوع محیطی صحبت می کنیم، به عبارت دیگر، در چه حالتی است.
- محیط یک جسم کریستالی با ساختاری کاملاً تناوبی است. معمولاً ساختار چنین ماده ای به عنوان یک شبکه با توپ های ثابت - یون ها نشان داده می شود. اما به طور کلی، این کاملا دقیق نیست. چنین تقریبی اغلب موجه است، اما نه در مورد برهمکنش یک کریستال و تابش الکترومغناطیسی. در واقع، هر یون حول موقعیت تعادل خود نوسان می کند و نه به طور تصادفی، بلکه مطابق با اینکه چه همسایه هایی دارد، در چه فاصله ها و چند تا از آنهاست. از آنجایی که تمام این ارتعاشات به طور دقیق توسط یک محیط صلب برنامه ریزی شده اند، این یون قادر است یک فوتون جذب شده را فقط به شکل کاملاً مشخص منتشر کند. این واقعیت دیگری را ایجاد می کند: قطبش فوتون خروجی به جهتی بستگی دارد که در آن وارد کریستال شده است. این ناهمسانگردی ویژگی نامیده می شود.
- چهارشنبه - مایع. در اینجا پاسخ پیچیده تر است، زیرا دو عامل در کار هستند - پیچیدگی مولکول ها ونوسانات (تراکم-نادر شدن) چگالی. به خودی خود، مولکول های آلی بلند پیچیده ساختار خاصی دارند. حتی ساده‌ترین مولکول‌های اسید سولفوریک یک لخته کروی آشفته نیستند، بلکه یک شکل صلیبی بسیار خاص هستند. نکته دیگر این است که در شرایط عادی همه آنها به صورت تصادفی مرتب شده اند. با این حال، عامل دوم (نوسان) قادر است شرایطی را ایجاد کند که در آن تعداد کمی مولکول در حجم کم چیزی شبیه به یک ساختار موقت تشکیل شود. در این صورت، یا همه مولکول ها به طور مشترک هدایت می شوند، یا نسبت به یکدیگر در زوایای خاصی قرار می گیرند. اگر نور در این زمان از چنین بخشی از مایع عبور کند، قطبش جزئی پیدا می کند. این منجر به این نتیجه می‌شود که دما به شدت بر قطبش مایع تأثیر می‌گذارد: هر چه دما بالاتر باشد، تلاطم جدی‌تر است و چنین مناطقی بیشتر تشکیل می‌شوند. آخرین نتیجه به لطف تئوری خود سازماندهی وجود دارد.
- چهارشنبه - گاز. در مورد گاز همگن، پلاریزاسیون به دلیل نوسانات رخ می دهد. به همین دلیل است که نور طبیعی خورشید با عبور از جو، قطبش کوچکی پیدا می کند. و به همین دلیل است که رنگ آسمان آبی است: اندازه متوسط عناصر فشرده به گونه ای است که تابش الکترومغناطیسی آبی و بنفش پراکنده می شود. اما اگر با مخلوطی از گازها سر و کار داریم، محاسبه درجه قطبش بسیار دشوارتر است. این مشکلات اغلب توسط ستاره شناسانی حل می شود که نور ستاره ای را که از ابر مولکولی متراکم گاز عبور کرده است، مطالعه می کنند. بنابراین، مطالعه کهکشان ها و خوشه های دور بسیار دشوار و جالب است. ولیستاره شناسان در حال مقابله هستند و عکس های شگفت انگیزی از اعماق فضا به مردم می دهند.
