מידת הקיטוב של אור מקוטב חלקית: הגדרה, תיאור ונוסחה

היום נחשוף את מהות הגל הטבע של האור ואת התופעה קשורה עובדה זו "מידת הקיטוב".

היכולת לראות ולהאיר

טבעו של האור והיכולת הקשורה אליולראות מחשבות אנושיות מודאגות במשך זמן רב. היוונים הקדומים, שניסו להסביר את הראייה, הניחו: "או שהעין פולטת" קרניים "מסוימות, ש"הרגישו" את האובייקטים הסובבים, ובכך הודיעו לאדם על הופעתו ועל צורתן, או שהדברים עצמם מקרינים משהו שאנשים תופסים ושופטים כיצד הכל מסודר . תיאוריות התברר להיות רחוק מן האמת: יצורים חיים לראות תודה לאור משתקף. מתוך הגשמת עובדה זו ליכולת לחשב מה מידת קיטוב שווה, היה רק ​​צעד אחד - להבין כי האור הוא גל.

האור הוא גל

בלימוד מפורט יותר של האור זה נמצא: בהיעדר התערבות, הוא מתפשט בקו ישר ואינו מסתובב בשום מקום. אם מתעוררת מכשול אטום בדרכה של הקרן, אז נוצרים צללים, וכאשר האור עצמו יוצא, אנשים לא היו מעוניינים. אבל ברגע שהקרן התנגשה בסביבה שקופה, התרחשו דברים מדהימים: הקורה שינתה את כיוון ההתפשטות ועמעמה. בשנת 1678 הציע H. Huygens זה יכול להיות מוסבר על ידי העובדה היחידה: האור הוא גל. המדען הקים את עיקרון הויגנס, אשר לאחר מכן הוסיפו לו פרסל. בזכות מה היום אנשים יודעים כיצד לקבוע את מידת הקיטוב.

עיקרון הויגנס-פרנל

על פי עיקרון זה, כל נקודה של המדיום, עדשהוא חזית הגל, הוא מקור משני לקרינה קוהרנטית, והמעטפה של כל חזיתות הנקודות הללו משמשת כחזית הגל ברגע הבא. לכן, אם האור מתפשט ללא הפרעה, בכל רגע הבא תהיה חזית הגל זהה לזו הקודמת. אבל כדאי שהקרן תעמוד במכשול, כאשר גורם נוסף נכנס לפעולה: בסביבות שלא כמו בסביבות, האור מתפשט במהירויות שונות. כך, הפוטון, שהצליח להגיע אל המדיום האחר, יתפשט בו מהר יותר מהפוטון האחרון מהקורה. כתוצאה מכך, הגל הקדמי יתכופף. לדרגה של הקיטוב כאן אין שום קשר אליו, אבל כדי להבין את התופעה כולה היא פשוט הכרחית.

זמן התהליך

ראוי להזכיר בנפרד שכל השינויים הללולהתרחש מהר מאוד. מהירות האור בחלל ריק היא שלוש מאות אלף קילומטר לשנייה. כל מדיום מאט את האור, אבל לא הרבה. הזמן שבו חזית הגל מעוותת במהלך המעבר ממדיום אחד למשנהו (למשל, מאוויר למים) היא קטנה ביותר. העין האנושית לא יכולה לראות את זה, ולא הרבה מה המכשיר יכול להקליט תהליכים קצרים כאלה. אז כדי להבין את התופעה היא תיאורטית גרידא. עכשיו, מודע לחלוטין מה קרינה, הקורא ירצה להבין איך למצוא את מידת הקיטוב של האור? אנחנו לא רומים את הציפיות שלו.

קיטוב האור

כבר הזכרנו לעיל כי בתקשורת שונים הפוטוניםאור יש מהירות שונה. מכיוון שהאור הוא גל אלקטרומגנטי רוחבי (לא עיבוי והפרדה של המדיום), יש לו שני מאפיינים עיקריים:

• גל וקטור;
• משרעת (גם כמות וקטורית).

המאפיין הראשון מציין היכןקרן אור מכוונת, וקטור קיטוב מתעורר, כלומר, באיזה כיוון מכוונת את הווקטור של עוצמת השדה החשמלי. זה מאפשר סיבוב סביב וקטור גל. האור הטבעי, למשל, מקרין על ידי השמש, אין קיטוב. תנודות מופצות בכל הכיוונים עם הסתברות שווה, אין כיוון נבחר או דמות שבה סוף וקטור גל מתנדנד.

סוגים של אור מקוטב

לפני שאתה לומד כיצד לחשב את הנוסחה עבור מידת הקיטוב ולעשות חישובים, כדאי להבין איזה סוגים של אור מקוטב הם.

1. קיטוב אליפטי. סוף וקטור הגל של אור כזה מתאר אליפסה.
2. קיטוב ליניארי. זהו מקרה מיוחד של האפשרות הראשונה. כפי שהשם מרמז, התמונה היא כיוון אחד.
3. קיטוב מעגלי. בדרך אחרת, זה נקרא גם מעגלי.

כל אור טבעי יכול להיות מיוצגסכום של שני אלמנטים מקוטבים זה לזה באופן הדדי. יש לזכור כי שני גלים מקוטבים נייחים לא אינטראקציה. ההפרעה שלהם היא בלתי אפשרית, שכן מנקודת המבט של האינטראקציה של אמפליטודות, נראה שהם לא קיימים זה מזה. כאשר הם נפגשים, הם פשוט עוברים ללא שינוי.

אור מקוטב חלקית

היישום של אפקט הקיטוב הוא עצום. על ידי הפניית אור טבעי על אובייקט, ולאחר שקיבל מקוטב חלקית, מדענים יכולים לשפוט את המאפיינים של פני השטח. אבל איך לקבוע את מידת הקיטוב של אור מקוטב חלקית?

יש נוסחה N.A. מומובה

P = (I_per- אני_קיטור) / (אני_per+ I_קיטור) שבו אני_per האם עוצמת האור בכיוון מאונך למישור הקוטב או משטח המשקף, ואני_קיטור - מקביל. הערך של P יכול לקחת ערכים מ -0 (עבור אור טבעי, נטול קיטוב) ל -1 (לקרינה מקוטבת-מטוס).

אור טבעי יכול להיות מקוטב?

השאלה במבט ראשון היא מוזרה. אחרי הכל, קרינה, שבה אין כיוונים ספציפיים, נקרא טבעי. עם זאת, עבור תושבי פני כדור הארץ, זה במובן מסוים קירוב. השמש נותנת זרם של גלים אלקטרומגנטיים באורכים שונים. קרינה זו אינה מקוטבת. אבל מעבר לשכבה עבה של האטמוספרה, הקרינה מקבלת קיטוב קל. אז את מידת הקיטוב של האור הטבעי בכלל הוא לא אפס. אבל גודל כל כך קטן, כי הוא מוזנח לעתים קרובות. הוא נלקח בחשבון רק במקרה של חישובים אסטרונומיים מדויקים, שבהם השגיאה הקלה ביותר יכולה להוסיף שנים לכוכב או למרחק למערכת שלנו.

למה הוא מקוטב אור?

מעל, אנחנו לעתים קרובות אמר כי בסביבות שונותפוטונים מתנהגים אחרת. אבל לא הזכיר למה. התשובה תלויה באיזו סביבה אנחנו מדברים, במילים אחרות, באיזה מצב של צבירה היא.

1. המדיום הוא גוף גבישי עם קפדנותמבנה תקופתי. בדרך כלל המבנה של חומר כזה מיוצג כסריג עם כדורים קבועים - יונים. אבל בסך הכל זה לא מדויק לחלוטין. קירוב כזה מוצדק לעתים קרובות, אך לא במקרה של אינטראקציה בין קריסטל לקרינה אלקטרומגנטית. למעשה, כל יון מתנדנד סביב עמדת שיווי המשקל שלו, ולא באופן אקראי, אלא בהתאם למה שכנותיה, באיזה מרחקים הם וכמה הם. מאז כל אלה תנודות מתוכנתים רק על ידי המדיום נוקשה, יון זה יכול לפלוט רק פוטון נספג רק בצורה מוגדרת בהחלט. עובדה זו מעוררת אחרת: מה יהיה הקיטוב של הפוטון היוצא תלוי בכיוון שבו הוא נכנס לגביש. זה נקרא anisotropy של נכסים.
2. המדיום נוזלי. כאן התשובה מורכבת יותר, שכן ישנם שני גורמים - המורכבות של המולקולות והתנודות (צפיפות-ריחה). כשלעצמה, למולקולות אורגניות מורכבות יש מבנה מוגדר. אפילו המולקולות הפשוטות ביותר של חומצה גופרתית אינן קריש כדורי כאוטי, אלא צורה צלבנית ספציפית מאוד. דבר נוסף הוא כי כולם נמצאים chaotically במצב רגיל. עם זאת, הגורם השני (תנודות) הוא מסוגל ליצור תנאים שבהם מספר קטן של מולקולות טופס בנפח קטן משהו כמו מבנה זמני. במקביל, או כל המולקולות יהיה מיושר, או שהם יהיו ממוקמים יחסית זה לזה בזוויות מסוימות. אם האור בשלב זה עובר דרך חלק כזה של הנוזל, הוא ירכוש קיטוב חלקי. מכאן נובע כי הטמפרטורה משפיעה מאוד על הקיטוב של הנוזל: ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך המערבולת חמורה יותר, וככל שהתחומים האלה יהיו יותר. המסקנה האחרונה נובעת מהתיאוריה של ארגון עצמי.
3. יום רביעי - גז. במקרה של גז הומוגני, קיטוב מתרחשת עקב תנודות. לכן האור הטבעי של השמש, העובר דרך האטמוספרה, רוכש קיטוב קל. ובגלל זה צבע השמים הוא כחול: הגודל הממוצע של אלמנטים דחוסים הוא כזה קרינה אלקטרומגנטית של צבעים כחולים סגולים הוא התפוגג. אבל אם אנחנו מתמודדים עם תערובת של גזים, אז זה הרבה יותר קשה לחשב את מידת הקיטוב. בעיות אלה נפתרות לעתים קרובות על ידי אסטרונומים אשר לחקור את האור של כוכב שעבר דרך ענן מולקולרי צפוף של גז. לכן, זה כל כך קשה ומעניין ללמוד גלקסיות מרוחקות אשכולות. אבל אסטרונומים לנהל ולתת תמונות מדהימות של מקום עמוק לאנשים.
</ ol </ p>