Бүгін біз жарықтың толқындық табиғатының мәнін және осы фактімен байланысты «поляризация дәрежесі» құбылысын ашамыз.
Көру және жарықтандыру мүмкіндігі
Жарықтың табиғаты және онымен байланысты көру қабілеті адам санасын көптен бері алаңдатып келеді. Ежелгі гректер көруді түсіндіруге тырысып: не көз айналадағы заттарды «сезетін» белгілі бір «сәулелерді» шығарады және сол арқылы адамға олардың сыртқы түрі мен пішіні туралы хабарлайды, немесе заттардың өзі адамдар ұстайтын және бәрі қалай болатынын бағалайтын нәрсені шығарады деп есептеді. жұмыс істейді. Теориялар шындықтан алыс болып шықты: тірі жандар шағылысқан жарықтың арқасында көреді. Бұл фактіні түсінуден бастап поляризация дәрежесінің қандай екенін есептей алу үшін бір қадам қалды – жарық толқын екенін түсіну.
Жарық – толқын
Жарықты неғұрлым егжей-тегжейлі зерттей келе, кедергі болмаған кезде ол түзу сызықпен таралатыны және ешқайда бұрылмайтыны анықталды. Егер сәуленің жолына мөлдір емес кедергі түссе, онда көлеңкелер пайда болады, ал жарықтың өзі қайда баратыны адамдарды қызықтырмайды. Бірақ радиация мөлдір ортамен соқтығысқан бойда таңғажайып оқиғалар болды: сәуле бағытын өзгертті.жайылып, күңгірттенген. 1678 жылы Х. Гюйгенс мұны бір ғана фактімен түсіндіруге болады: жарық – толқын. Ғалым Гюйгенс принципін қалыптастырды, кейін оны Френель толықтырды. Осының арқасында бүгін адамдар поляризация дәрежесін қалай анықтау керектігін біледі.
Гюйгенс-Френель принципі
Осы принципке сәйкес толқындық фронтпен жеткен ортаның кез келген нүктесі когерентті сәулеленудің екіншілік көзі болып табылады және осы нүктелердің барлық фронттарының қабығы уақыттың келесі сәтінде толқындық фронт ретінде әрекет етеді. Осылайша, егер жарық кедергісіз таралатын болса, әрбір келесі сәтте толқындық фронт алдыңғыдағыдай болады. Бірақ сәуле кедергіге тап болған бойда тағы бір фактор пайда болады: бір-біріне ұқсамайтын ортада жарық әртүрлі жылдамдықпен таралады. Осылайша, бірінші басқа ортаға жете алған фотон онда сәуленің соңғы фотонына қарағанда жылдамырақ таралады. Сондықтан толқын фронты еңкейеді. Поляризация дәрежесінің бұған әзірге еш қатысы жоқ, бірақ бұл құбылысты толық түсіну қажет.
Процесс уақыты
Бұл өзгерістердің барлығы керемет жылдам болып жатқанын бөлек айту керек. Жарықтың вакуумдағы жылдамдығы секундына үш жүз мың шақырым. Кез келген орта жарықты баяулатады, бірақ көп емес. Бір ортадан екіншісіне (мысалы, ауадан суға) ауысқанда толқындық фронттың бұзылу уақыты өте қысқа. Адамның көзі мұны байқамайды және мұндай қысқаны бекітетін құрылғылар азпроцестер. Сондықтан бұл құбылысты тек теориялық тұрғыдан түсінген жөн. Енді сәулеленудің не екенін толық түсінген оқырман жарықтың поляризация дәрежесін қалай табуға болатынын түсінгісі келеді ме? Оның үмітін алдамайық.
Жарықтың поляризациясы
Жарық фотондарының әртүрлі орталарда әртүрлі жылдамдықтары болатынын жоғарыда айттық. Жарық көлденең электромагниттік толқын болғандықтан (ол ортаның конденсациялануы және сирекленуі емес), оның екі негізгі сипаттамасы бар:
- толқын векторы;
- амплитуда (сонымен бірге векторлық шама).
Бірінші сипаттама жарық сәулесінің қайда бағытталғанын және поляризация векторының пайда болуын, яғни электр өрісінің кернеулігі векторының қай бағытта бағытталғанын көрсетеді. Бұл толқын векторының айналасында айналуға мүмкіндік береді. Күн шығаратын сияқты табиғи жарықтың поляризациясы жоқ. Тербелістер барлық бағыттарда бірдей ықтималдықпен таратылады, толқын векторының соңы тербелетін таңдалған бағыт немесе үлгі жоқ.
Поляризацияланған жарық түрлері
Поляризация дәрежесінің формуласын қалай есептеу керектігін және есептеулер жүргізуді үйренбес бұрын поляризацияланған жарықтың қандай түрлері бар екенін түсінуіңіз керек.
- Элиптикалық поляризация. Мұндай жарықтың толқындық векторының соңы эллипсті сипаттайды.
- Сызықтық поляризация. Бұл бірінші нұсқаның ерекше жағдайы. Аты айтып тұрғандай, сурет бір бағытта.
- Дөңгелек поляризация. Басқаша оны дөңгелек деп те атайды.
Кез келген табиғи жарықты екі өзара перпендикуляр поляризацияланған элементтердің қосындысы ретінде көрсетуге болады. Екі перпендикуляр поляризацияланған толқындар өзара әрекеттеспейтінін есте ұстаған жөн. Олардың араласуы мүмкін емес, өйткені амплитудалардың өзара әрекеттесу тұрғысынан олар бір-бірімен жоқ сияқты. Кездескен кезде, олар өзгерместен өтіп кетеді.
Ішінара поляризацияланған жарық
Поляризация эффектісін қолдану өте үлкен. Табиғи жарықты объектіге бағыттау және жартылай поляризацияланған жарықты қабылдау арқылы ғалымдар бетінің қасиеттерін бағалай алады. Бірақ жартылай поляризацияланған жарықтың поляризация дәрежесін қалай анықтауға болады?
Н. А. формуласы бар. Умов:
P=(Ilan-Ipar)/(Ilan+I par), мұндағы Itrans - поляризатордың немесе шағылыстыратын беттің жазықтығына перпендикуляр бағыттағы жарық қарқындылығы және I par- параллель. P мәні 0-ден (кез келген поляризациясы жоқ табиғи жарық үшін) 1-ге дейінгі мәндерді қабылдай алады (жазық поляризацияланған сәуле үшін).
Табиғи жарықты поляризациялауға бола ма?
Сұрақ бір қарағанда оғаш. Өйткені, ерекше бағыттары жоқ радиация әдетте табиғи деп аталады. Дегенмен, жер бетінің тұрғындары үшін бұл белгілі бір мағынада жуықтау. Күн әртүрлі ұзындықтағы электромагниттік толқындар ағынын береді. Бұл сәуле поляризацияланбайды. Бірақ өтуатмосфераның қалың қабаты арқылы радиация аздап поляризацияға ие болады. Сонымен, табиғи жарықтың поляризация дәрежесі әдетте нөлге тең емес. Бірақ құндылығы соншалықты аз, ол жиі еленбейді. Ол дәл астрономиялық есептеулер кезінде ғана ескеріледі, мұнда ең кішкентай қате жұлдызға жылдар немесе жүйемізге қашықтық қосуы мүмкін.
Жарық неліктен поляризацияланады?
Біз жоғарыда фотондардың бір-біріне ұқсамайтын ортада әр түрлі әрекет ететінін жиі айттық. Бірақ олар себебін айтқан жоқ. Жауап біз қандай орта туралы айтып жатқанымызға, басқаша айтқанда, оның қандай жиынтық күйде екеніне байланысты.
- Орта – қатаң периодты құрылымы бар кристалды дене. Әдетте мұндай заттың құрылымы бекітілген шарлары - иондары бар тор түрінде ұсынылған. Бірақ тұтастай алғанда, бұл толығымен дәл емес. Мұндай жуықтау жиі негізделеді, бірақ кристалл мен электромагниттік сәулеленудің өзара әрекеттесу жағдайында емес. Шын мәнінде, әрбір ион өзінің тепе-теңдік күйінің айналасында кездейсоқ емес, оның қандай көршілері бар, қандай қашықтықта және олардың қаншасына сәйкес тербеледі. Бұл тербелістердің барлығы қатаң ортамен қатаң бағдарламаланғандықтан, бұл ион жұтылатын фотонды тек қатаң анықталған формада шығаруға қабілетті. Бұл факт басқаны тудырады: шығатын фотонның поляризациясы оның кристалға қай бағытта енгеніне байланысты болады. Бұл қасиет анизотропиясы деп аталады.
- Сәрсенбі - сұйықтық. Мұнда жауап күрделірек, өйткені екі фактор жұмыс істейді - молекулалардың күрделілігі жәнетығыздықтың ауытқуы (конденсация-сиректену). Өз алдына күрделі ұзын органикалық молекулалар белгілі бір құрылымға ие. Күкірт қышқылының ең қарапайым молекулалары да хаотикалық сфералық ұйығыш емес, өте ерекше крест тәрізді пішін. Тағы бір нәрсе, қалыпты жағдайда олардың барлығы кездейсоқ реттелген. Дегенмен, екінші фактор (флюктуация) аздаған молекулалардың шағын көлемде уақытша құрылым тәрізді бірдеңе түзетін жағдайларды жасауға қабілетті. Бұл жағдайда не барлық молекулалар бірге бағытталады, немесе олар бір-біріне қатысты белгілі бір бұрыштарда орналасады. Егер осы уақытта жарық сұйықтықтың осындай бөлігінен өтсе, ол ішінара поляризацияға ие болады. Бұл температура сұйықтықтың поляризациясына қатты әсер етеді деген қорытындыға әкеледі: температура неғұрлым жоғары болса, турбуленттілік соғұрлым ауыр болады және соғұрлым мұндай аймақтар пайда болады. Соңғы қорытынды өзін-өзі ұйымдастыру теориясының арқасында бар.
- Сәрсенбі - газ. Біртекті газ жағдайында поляризация тербелістерге байланысты болады. Сондықтан Күннің табиғи жарығы атмосферадан өте отырып, шағын поляризацияға ие болады. Міне, сондықтан аспанның түсі көгілдір: тығыздалған элементтердің орташа мөлшері көк және күлгін электромагниттік сәулелену шашыраңқы. Бірақ егер біз газдар қоспасымен айналысатын болсақ, онда поляризация дәрежесін есептеу әлдеқайда қиын. Бұл мәселелерді көбінесе газдың тығыз молекулалық бұлтынан өткен жұлдыздың жарығын зерттейтін астрономдар шешеді. Сондықтан алыс галактикалар мен кластерлерді зерттеу соншалықты қиын және қызықты. БірақАстрономдар адамдарға терең ғарыштың таңғажайып фотосуреттерін тартуда.
