• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Polarisering av ljus: Definition, reflektion, refraktion och spridning

    Du kanske bär ett par polariserade solglasögon, men vad betyder det? Hur är de annorlunda än andra typer av solglasögon, och varför är de användbara? Polarisering, i termer av ljus, avser processen att orientera eller filtrera ljusvågor i en enda riktning, vilket påverkar vad du kan se.
    Ljus som elektromagnetiska vågor

    En elektromagnetisk våg är en tvärgående våg som består på en elektrisk fältvåg som svänger i ett plan vinkelrätt (i vinklar) till en magnetfältvåg, som båda är vinkelräta mot rörelseriktningen.

    Eftersom elektromagnetisk strålning fungerar som en våg, då är varje speciell elektromagnetisk våg eller ljusvåg har en frekvens och våglängd associerad med den. Produkten med våglängden och frekvensen är våghastigheten.

    Emellertid kräver elektromagnetiska vågor inte ett medium genom vilket de ska förökas, och kan därmed korsa det tomma utrymmet (vilket de gör med ljusets hastighet) - universums snabbaste hastighet).

    Elektromagnetiska vågor finns i många varianter, inklusive radiovågor, mikrovågor, infraröd strålning, synligt ljus, ultraviolett strålning, röntgenstrålar och gammastrålar.

    Dessutom, eftersom en elektromagnetisk våg är tvärgående med amplitud vinkelrätt mot rörelseriktningen, kan den polariseras - det finns många möjliga plan vinkelrätt mot rörelseriktningen, men en polariserad våg kommer att ha tväramplitud i endast ett av dem. Longitudinella vågor som ljudvågor har bara förskjutning i rörelseriktningen, och därför kan de inte polariseras.
    Polarisering av ljus

    Opolariserade ljusvågor har flera överlagrade orienteringar. Ljusvågor har både elektriska och magnetiska fält, alltid i vinklar mot varandra - enligt konvention definieras polarisering av det elektriska fältets riktning. När vi tittar mot oss kan vi se de elektriska fältvektorerna som pekar i alla olika riktningar.

    När ljus passeras genom ett polarisator eller ett polariserande filter, låter filtret bara den del av ljuset med elektriska fältlinjer orienterade parallellt med filter för att passera igenom. Som ett resultat blir ljuset polariserat - allt orienterat i samma riktning. Detta är linjär polarisering.

    Ljus som kommer från glödlampor eller solen är inte polariserad. De vanligaste källorna till polariserat ljus är lasrar. Om två polariserande filter hålls i vinklar mot varandra framför en infallande ljuskälla kommer allt ljus att blockeras. Om vinkeln är mindre (till exempel 45 grader) blockeras bara en del av ljuset.

    Ljuspolarisatorer finns i tre typer: reflekterande, dikroisk och dubbelringande. Reflekterande polarisatorer tillåter endast en viss polarisering av ljus att passera genom, medan de reflekterar resten; dikroiska polarisatorer gör motsatsen, och blockerar bara en viss ljuspolarisering medan alla andra kan passera. I dubbelbrytning bryter olika ljuspolarisationer i olika vinklar, vilket gör att olika polariseringar av ljus kan väljas beroende på vilken polarisering som önskas.

    Ljuspolarisering är hur filmer projiceras i 3D. 3D-glasögonen som ges till filmgästerna har faktiskt motsatta polariseringsfilter i varje lins; till exempel ett horisontellt filter i vänster och ett vertikalt filter till höger. Filmen projiceras sedan på samma skärm från två olika projektorer, en projicerar ljus polariserat vertikalt och ett projicerar ljus polariserat horisontellt. Vänster öga ser då en något annorlunda bild än det högra ögat, och hjärnan kombinerar bilderna för att skapa en uppfattning om djup.
    Brewster's Angle and Polarization by Reflection

    När en ljusstråle inträffar på en ytan på ett material, en del av ljuset reflekteras och en del av det bryts (det rör sig genom materialet). Vinkeln på infallande ljus som krävs för att det reflekterade ljuset och det brytade ljuset ska vara i en exakt rätt vinkel kallas Brewster's vinkel.

    När infallsvinkeln är lika med Brewster's vinkel (beroende på kompositionerna för medierna på vardera sidan av ytan), och det infallande ljuset är opolariserat, det kommer att orsaka linjär polarisering av det reflekterade ljuset. Om det infallande ljuset har en specifik polarisering, speciellt för materialet, bryts det bara utan reflekterat ljus alls.

    Varför händer detta? När det infallande ljuset tillfälligt absorberas av atomerna i materialets yta, oscillerar elektronerna i materialets atomer. Eftersom ljusvågor är tvärgående måste polarisationen vara vinkelrätt mot vågens rörelseriktning. Så om polarisationen av den infallande vågen är i den riktning som den reflekterade vågen ska vara, kan den reflekterade vågen inte existera.

    Om infallande ljuset är opoliserat kommer det reflekterade ljuset att polariseras horisontellt, parallellt med den reflekterande ytan. Detta kallas s-polariserat ljus. Ljus med polarisering i incidensplanet, eller planet som bildas utifrån det infallande ljusets rörelseriktning och en vektor vinkelrätt mot ytan, kallas p-polariserad.

    Polariserade solglasögon använder begreppet Brewsters vinkel för att minska reflektion av solljus från horisontella ytor. När solen är låg på himlen finns det mycket s-polariserat ljus i reflekterat bländ från ytor som vatten och vägar. Polariserade solglasögon blockerar ljus med denna polarisering, vilket minskar bländningen.
    Polarisering genom spridning

    Spridningen av infallande ljus från luftmolekylerna gör att ljus är linjärt polariserat vinkelrätt mot incidensplanet. Luftmolekyler bär sin egen lilla svängning i en riktning, känd som ett dipolmoment, och de strålar energi vinkelrätt mot linjen för den oscillationen. Så om en molekyls dipolmoment oscillerar fram och tillbaka på y
    -axen, kommer infallande okolariserat ljus att spridas ut från det i x
    -riktningen, polariserad i y
    -riktning (parallellt med dipolen).

    Om våglängden för infallande ljus är jämförbar med storleken på molekylerna kallas detta Rayleigh-spridning. Rayleigh-spridningen är ansvarig för himmelens färg, oavsett om det är en djupblå av en vacker dag eller den djupa röda av en solnedgång; färgerna ändras beroende på infallsvinkeln för solljus i atmosfären.
    Polarisering genom refraktion.

    Polarisering kan också ske genom brytning eller böjning av ljus när det passerar från ett medium till ett annat. Oftast inträffar polarisationen vinkelrätt mot ytan.

    När ett materials brytningsindex beror på ljusets infallningsriktning och polarisering kallas det birefringent. I tvåfärgade material delas en infallande ljusstråle genom polarisering i två strålar inuti materialet, som tar något olika vägar.

    Vissa forskare misstänker att en dubbelringande kristalltyp som kallas "kalcit" kan ha använts av vikingarna som ett navigationshjälpmedel, eftersom dess brytande polariserande egenskaper skulle kunna användas för att lokalisera solen på en molnig dag, eller till och med under horisonten.
    Circular Polarization |

    Cirkulär polarisering är ett polarisationsläge där det elektriska fältets riktning roterar cirkulärt med tiden med en jämn hastighet i ett plan vinkelrätt mot utbredningsriktningen. Detta kan föreställas som den elektriska fältvektorn som drar ut en spiral runt propagationsaxeln när vågen förökas. (Elliptisk polarisering, i vilken spiralen är svagt i en dimension, är också möjlig.)

    Om den elektriska fältvektorn verkar rotera moturs så länge den ser i ljuskällans riktning. kallas högercirkulärt polariserad. Om vektorn verkar rotera medurs kallas ljuset vänstercirkulärt polariserat.

    Cirkulär polarisering skapas av två linjärt polariserade ljusvågor, polariserade vinkelräta mot varandra och var och en förökar 90 grader ur fas. Elliptisk polarisering är när en av dessa ljusvågor har en mindre amplitud än den andra, vilket skapar en ellips snarare än en cirkel.

    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com