Hôm nay chúng tôi sẽ tiết lộ bản chất của bản chất sóng của ánh sáng và hiện tượng "mức độ phân cực" liên quan đến sự thật này.
Khả năng nhìn và ánh sáng
Bản chất của ánh sáng và khả năng nhìn gắn liền với nó đã khiến tâm trí con người lo lắng trong một thời gian dài. Người Hy Lạp cổ đại, cố gắng giải thích thị giác, cho rằng: hoặc mắt phát ra một số “tia sáng” nhất định “cảm nhận” các vật thể xung quanh và do đó thông báo cho người đó về hình dáng và hình dạng của họ, hoặc bản thân các vật phát ra thứ gì đó mà con người bắt gặp và đánh giá mọi thứ như thế nào. hoạt động. Các lý thuyết hóa ra khác xa sự thật: chúng sinh nhìn thấy nhờ ánh sáng phản chiếu. Từ việc nhận ra thực tế này để có thể tính toán mức độ phân cực là bao nhiêu, chỉ còn một bước - hiểu rằng ánh sáng là sóng.
Ánh sáng là sóng
Với một nghiên cứu chi tiết hơn về ánh sáng, hóa ra là trong trường hợp không có giao thoa, nó truyền theo một đường thẳng và không chuyển hướng đi đâu cả. Nếu một vật cản mờ đục cản trở chùm sáng, thì bóng tối sẽ được hình thành và ánh sáng tự đi đến đâu, mọi người không quan tâm. Nhưng ngay sau khi bức xạ va chạm với một môi trường trong suốt, điều đáng kinh ngạc đã xảy ra: chùm tia đổi hướnglan rộng và mờ đi. Năm 1678, H. Huygens cho rằng điều này có thể được giải thích bằng một thực tế duy nhất: ánh sáng là sóng. Nhà khoa học đã hình thành nguyên lý Huygens, sau đó được Fresnel bổ sung. Nhờ những gì con người ngày nay biết cách xác định mức độ phân cực.
Nguyên tắc Huygens-Fresnel
Theo nguyên tắc này, bất kỳ điểm nào của môi trường tiếp cận với mặt trước sóng đều là nguồn bức xạ kết hợp thứ cấp, và đường bao của tất cả các mặt trước của những điểm này hoạt động như mặt trước sóng tại thời điểm tiếp theo. Như vậy, nếu ánh sáng truyền qua không có giao thoa thì tại mỗi thời điểm tiếp theo sóng trước sẽ giống như tại thời điểm trước. Nhưng ngay khi chùm tia gặp vật cản, một yếu tố khác xuất hiện: trong các phương tiện khác nhau, ánh sáng truyền với tốc độ khác nhau. Do đó, photon tìm cách tiếp cận môi trường khác trước sẽ lan truyền trong đó nhanh hơn photon cuối cùng từ chùm. Do đó, mặt trước sóng sẽ nghiêng. Mức độ phân cực không liên quan gì đến nó, nhưng chỉ đơn giản là cần hiểu đầy đủ về hiện tượng này.
Thời gian xử lý
Cần phải nói riêng rằng tất cả những thay đổi này đang diễn ra cực kỳ nhanh chóng. Tốc độ ánh sáng trong chân không là ba trăm nghìn km trên giây. Bất kỳ phương tiện nào cũng làm chậm ánh sáng, nhưng không nhiều. Thời gian mà mặt trước của sóng bị biến dạng khi chuyển từ môi trường này sang môi trường khác (ví dụ, từ không khí sang nước) là cực kỳ ngắn. Mắt người không thể nhận thấy điều này, và rất ít thiết bị có khả năng sửa lỗi ngắn như vậycác quy trình. Vì vậy, nó là giá trị để hiểu hiện tượng hoàn toàn về mặt lý thuyết. Bây giờ, đã hiểu đầy đủ về bức xạ là gì, người đọc sẽ muốn hiểu cách tìm mức độ phân cực của ánh sáng? Đừng lừa dối sự mong đợi của anh ấy.
Phân cực ánh sáng
Chúng ta đã đề cập ở trên rằng các photon ánh sáng có tốc độ khác nhau trong các phương tiện khác nhau. Vì ánh sáng là sóng điện từ ngang (không phải là môi trường ngưng tụ và hiếm) nên nó có hai đặc điểm chính:
- vector sóng;
- biên độ (cũng là một đại lượng vectơ).
Đặc điểm đầu tiên cho biết nơi hướng chùm ánh sáng và vectơ phân cực phát sinh, tức là vectơ cường độ điện trường hướng theo hướng nào. Điều này làm cho nó có thể xoay xung quanh vector sóng. Ánh sáng tự nhiên, chẳng hạn như ánh sáng do mặt trời phát ra, không có sự phân cực. Các dao động được phân bổ theo mọi hướng với xác suất như nhau, không có hướng hoặc kiểu được chọn dọc theo đó là điểm cuối của vectơ sóng dao động.
Các loại ánh sáng phân cực
Trước khi bạn học cách tính công thức cho mức độ phân cực và thực hiện phép tính, bạn nên hiểu các loại ánh sáng phân cực là gì.
- Phân cực hình elip. Phần cuối của vectơ sóng của ánh sáng như vậy mô tả một hình elip.
- Phân cực tuyến tính. Đây là một trường hợp đặc biệt của tùy chọn đầu tiên. Như tên của nó, bức tranh là một hướng.
- Phân cực tròn. Theo một cách khác, nó còn được gọi là hình tròn.
Bất kỳ ánh sáng tự nhiên nào cũng có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của hai phần tử phân cực vuông góc với nhau. Cần nhớ rằng hai sóng phân cực vuông góc không tương tác với nhau. Sự giao thoa của chúng là không thể, vì theo quan điểm của sự tương tác của các biên độ, chúng dường như không tồn tại cho nhau. Khi họ gặp nhau, họ chỉ đi qua mà không thay đổi.
Ánh sáng phân cực một phần
Ứng dụng của hiệu ứng phân cực là rất lớn. Bằng cách hướng ánh sáng tự nhiên vào một vật thể và nhận ánh sáng phân cực một phần, các nhà khoa học có thể đánh giá các đặc tính của bề mặt. Nhưng làm cách nào để xác định mức độ phân cực của ánh sáng phân cực một phần?
Có một công thức cho N. A. Umov:
P=(Ilan-Ipar) / (Ilan+ Ipar), trong đó Itranslà cường độ ánh sáng theo hướng vuông góc với mặt phẳng của bề mặt phân cực hoặc phản xạ, và Imệnh - song song. Giá trị P có thể nhận các giá trị từ 0 (đối với ánh sáng tự nhiên không có bất kỳ phân cực nào) đến 1 (đối với bức xạ phân cực phẳng).
Ánh sáng tự nhiên có thể bị phân cực không?
Câu hỏi thoạt nhìn rất lạ. Rốt cuộc, bức xạ không có hướng phân biệt thường được gọi là tự nhiên. Tuy nhiên, đối với những cư dân trên bề mặt Trái đất, theo một nghĩa nào đó, điều này chỉ là sự gần đúng. Mặt trời phát ra một luồng sóng điện từ có độ dài khác nhau. Bức xạ này không phân cực. Nhưng đi quaxuyên qua một lớp dày của khí quyển, bức xạ thu được một phân cực nhẹ. Vì vậy mức độ phân cực của ánh sáng tự nhiên nói chung không bằng không. Nhưng giá trị quá nhỏ nên thường bị bỏ quên. Nó chỉ được tính đến trong trường hợp tính toán thiên văn chính xác, trong đó sai số nhỏ nhất có thể cộng thêm năm sao hoặc khoảng cách đến hệ thống của chúng ta.
Tại sao ánh sáng phân cực?
Ở trên chúng ta vẫn thường nói rằng các photon hoạt động khác nhau trong các phương tiện khác nhau. Nhưng họ không đề cập lý do tại sao. Câu trả lời phụ thuộc vào loại môi trường chúng ta đang nói đến, hay nói cách khác, nó đang ở trạng thái tổng hợp nào.
- Môi trường là một thể kết tinh có cấu trúc tuần hoàn chặt chẽ. Thông thường cấu trúc của một chất như vậy được biểu diễn dưới dạng mạng tinh thể với các quả cầu - ion cố định. Nhưng nhìn chung, điều này không hoàn toàn chính xác. Sự gần đúng như vậy thường được chứng minh, nhưng không đúng trong trường hợp tương tác của một tinh thể và bức xạ điện từ. Trên thực tế, mỗi ion dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó, và không phải ngẫu nhiên, mà là phù hợp với những gì lân cận của nó, ở những khoảng cách nào và bao nhiêu trong số chúng. Vì tất cả các dao động này được lập trình nghiêm ngặt bởi một môi trường cứng, nên ion này chỉ có khả năng phát ra một photon bị hấp thụ ở một dạng xác định nghiêm ngặt. Thực tế này dẫn đến một thực tế khác: sự phân cực của photon đi ra sẽ như thế nào phụ thuộc vào hướng mà nó đi vào tinh thể. Đây được gọi là thuộc tính dị hướng.
- Thứ 4 - chất lỏng. Ở đây câu trả lời phức tạp hơn, vì hai yếu tố đang hoạt động - sự phức tạp của các phân tử vàsự dao động (cô đặc-hiếm) của mật độ. Bản thân nó, các phân tử hữu cơ dài phức tạp có một cấu trúc nhất định. Ngay cả những phân tử đơn giản nhất của axit sunfuric cũng không phải là một cục đông hình cầu hỗn loạn, mà là một hình dạng cây thánh giá rất cụ thể. Một điều nữa là trong điều kiện bình thường chúng đều được sắp xếp một cách ngẫu nhiên. Tuy nhiên, yếu tố thứ hai (sự dao động) có thể tạo ra các điều kiện mà theo đó một số lượng nhỏ các phân tử hình thành trong một thể tích nhỏ giống như một cấu trúc tạm thời. Trong trường hợp này, hoặc tất cả các phân tử sẽ cùng hướng, hoặc chúng sẽ được định vị tương đối với nhau ở một số góc cụ thể. Nếu ánh sáng tại thời điểm này đi qua một phần như vậy của chất lỏng, nó sẽ bị phân cực một phần. Điều này dẫn đến kết luận rằng nhiệt độ ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự phân cực của chất lỏng: nhiệt độ càng cao, sự hỗn loạn càng nghiêm trọng và càng nhiều khu vực như vậy sẽ được hình thành. Kết luận cuối cùng tồn tại nhờ vào lý thuyết tự tổ chức.
- Thứ 4 - khí. Trong trường hợp của một chất khí đồng nhất, sự phân cực xảy ra do dao động. Đó là lý do tại sao ánh sáng tự nhiên của Mặt trời, đi qua bầu khí quyển, có độ phân cực nhỏ. Và đó là lý do tại sao màu sắc của bầu trời là xanh lam: kích thước trung bình của các phần tử nén chặt đến mức bức xạ điện từ xanh lam và tím bị tán xạ. Nhưng nếu chúng ta đang xử lý một hỗn hợp khí, thì việc tính toán mức độ phân cực sẽ khó hơn nhiều. Những vấn đề này thường được giải quyết bởi các nhà thiên văn học, những người nghiên cứu ánh sáng của một ngôi sao đã đi qua một đám mây khí phân tử dày đặc. Do đó, việc nghiên cứu các thiên hà và các cụm thiên hà xa xôi là rất khó và thú vị. Nhưngcác nhà thiên văn học đang đối phó và đưa ra những bức ảnh tuyệt vời về không gian sâu thẳm cho con người.
