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La luce polarizzata e naturale. luce polarizzata differenza naturale

Le onde sono di due tipi. La perturbazione vibrazionale longitudinale parallelo alla loro direzione di propagazione. Un esempio è il passaggio del suono in aria. onde trasversali consistono di disturbi che sono ad un angolo di 90 ° rispetto alla direzione di movimento. Ad esempio, l'onda passa orizzontalmente attraverso la massa di acqua provoca vibrazioni verticali sulla sua superficie.

La scoperta di

Un certo numero di effetti ottici misteriosi osservati a metà del XVII secolo, è stato spiegato, quando è iniziata la luce polarizzata e naturale per essere considerato come un fenomeno ondulatorio e la direzione delle sue vibrazioni sono stati scoperti. Il primo cosiddetto effetto di polarizzazione è stato scoperto dal medico danese Erasmus Bartholin nel 1669. Scientific osservato doppia rifrazione o birifrangenza in Islanda (forma cristallina del carbonato di calcio) longherone o calcio. Quando la luce passa attraverso un cristallo di calcite la divide, producendo due immagini sono spostati uno rispetto all'altro.

Newton sapere di questo fenomeno, e suggerisce che forse corpuscoli di luce hanno asimmetria o "unilaterale", che potrebbe essere la causa della formazione di due immagini. Huygens, un contemporaneo di Newton è stato in grado di spiegare la sua teoria della doppia rifrazione delle onde elementari, ma lui non ha capito il vero significato dell'effetto. Birifrangenza rimasto un mistero fino a quando Thomas Young e il fisico francese Augustin-Zhan Frenel Non si sostiene che le onde luminose sono trasversali. Una semplice idea ha permesso di spiegare che cosa polarizzata e naturale luce. Questo ha fornito un quadro naturale e semplice per analizzare gli effetti di polarizzazione.

La birifrangenza è causata da una combinazione di due polarizzazioni ortogonali, ciascuno dei quali ha la sua velocità dell'onda. A causa della differenza nella velocità dei due componenti hanno differenti indici di rifrazione, e quindi sono diversamente rifratte attraverso il materiale, producendo due immagini.

La luce polarizzata e naturale: la teoria di Maxwell

Fresnel rapidamente sviluppato un modello globale di onde trasversali, che ha portato alla birifrangenza e una serie di altri effetti ottici. Quarant'anni dopo, il elettromagnetico teoria di Maxwell spiega elegantemente la natura trasversale della luce.

onde elettromagnetiche Maxwell composti da campi magnetici ed elettrici perpendicolari alla direzione di movimento oscillante. I campi sono ad un angolo di 90 ° tra loro. In questo caso la direzione di propagazione dei campi magnetici ed elettrici formano un sistema di coordinate destrorso. Per un'onda con la frequenza fe il λ lunghezza (si riferiscono dipendenza λf = c), che si muove nella direzione x positiva, i campi sono descritti matematicamente:

  • E (x, t) = E 0 cos (2 π x / λ – 2 ¸ ft) y ^;
  • B (x, t) = B 0 cos (2 π x / λ – 2 π ft) z ^.

Le equazioni mostrano che i campi elettrici e magnetici sono in fase tra loro. In qualsiasi momento, essi simultaneamente raggiungono i valori massimi in uno spazio pari a E 0 e B 0. Queste ampiezze non sono indipendenti. equazioni di Maxwell rivelano che E 0 = cB 0 per tutte le onde elettromagnetiche nel vuoto.

la direzione di polarizzazione

Nella descrizione dell'orientamento dei campi magnetici ed elettrici di onde luminose sono tipicamente indica soltanto la direzione del campo elettrico. Il vettore campo magnetico è determinata dal requisito di campi perpendicolarità e la loro perpendicolarità rispetto alla direzione di movimento. luce naturale e linearmente polarizzata è caratterizzato dal fatto che nell'ultimo campo oscillano in direzioni fisse come il movimento dell'onda.

Ci sono altri possibili stati di polarizzazione. Nel caso di vettori circolari dei campi magnetici ed elettrici sono ruotate rispetto alla direzione di propagazione ad ampiezza costante. luce polarizzata ellitticamente è in una posizione intermedia tra la lineare e polarizzazioni circolari.

luce non polarizzata

Atomi sulla superficie di un filamento riscaldato, che generano la radiazione elettromagnetica, sono, indipendentemente l'uno dall'altro. Ogni radiazione può essere modellato come circa treni di breve durata di 10 -9 a 10 -8 secondi. Le onde elettromagnetiche dal filamento, è una sovrapposizione di questi treni, ciascuno dei quali ha la sua direzione di polarizzazione. Quantità orientamento casuale treni forme dell'onda vettore di polarizzazione che varia rapidamente e in modo irregolare. Tale onda è chiamato non polarizzata. Tutte le fonti naturali di luce, incluso il Sole, lampade ad incandescenza, lampade fluorescenti e fiamme, producono tali radiazioni. Tuttavia, la luce naturale viene spesso parzialmente polarizzata a causa di scattering multiplo e riflessione.

Pertanto, la differenza dalla luce polarizzata naturale consiste nel fatto che nei primi oscillazioni si verificano in un piano.

Fonti di radiazione polarizzata

luce polarizzata può essere prodotto quando l'orientamento spaziale determinata. Un esempio è la radiazione di sincrotrone, in cui ad alta energia particelle cariche in movimento in un campo magnetico ed emettere onde elettromagnetiche polarizzate. Ci sono molti ben noti sorgenti astronomiche che emettono luce naturalmente polarizzata. Questi includono nebulose, resti di supernova, e nuclei galattici attivi. cosmici polarizzazione radiazione viene studiata al fine di determinare le proprietà delle sue sorgenti.

filtro polaroid

Luce polarizzata e naturale sono separati passando attraverso una serie di materiali, il più comune dei quali è il polaroid, creata dal fisico americano Edwin Land. Il filtro è costituito da lunghe catene di molecole di idrocarburi orientate in una direzione dal processo di trattamento termico. Molecola di assorbire selettivamente la radiazione, il campo elettrico è parallelo al loro orientamento. La luce lasciando il polarizzatore è linearmente polarizzata. Il suo campo elettrico perpendicolare alla direzione di orientamento molecolare. Polaroid ha trovato applicazione in molti settori, tra cui occhiali da sole e filtri che riducono l'effetto della luce riflessa e dispersa.

Luce naturale e polarizzata: la legge di Malus

Nel 1808, il fisico Etienne Louis Malus trovato che la luce riflessa dalle superfici non metalliche, parzialmente polarizzata. L'entità di questo effetto dipende dall'angolo di incidenza e l'indice di rifrazione del materiale riflettente. In uno dei casi estremi, quando la tangente dell'angolo di incidenza in aria è uguale all'indice di rifrazione del materiale riflettente, la luce riflessa diventa completamente linearmente polarizzata. Questo fenomeno è noto come legge di Brewster (dal nome del suo scopritore, il fisico scozzese David Brewster). La direzione di polarizzazione parallela alla superficie riflettente. Poiché abbagliamento fluorescente solito si verificano sulla riflessione dalle superfici orizzontali, quali strade e acqua filtri sono comunemente utilizzati in occhiali da alloggiare la luce polarizzata orizzontalmente e quindi rimuovere selettivamente i riflessi di luce.

diffusione di Rayleigh

light scattering da oggetti molto piccoli le cui dimensioni sono molto più piccoli della lunghezza d'onda (la cosiddetta diffusione di Rayleigh dopo scienziato inglese Lord Rayleigh), crea anche una polarizzazione parziale. Quando la luce solare attraversa l'atmosfera terrestre, viene dispersa dalle molecole d'aria. Terra e raggiunge sparsi luce naturale polarizzata. Il grado di polarizzazione dipende dispersione angolare. Poiché l'uomo non distingue tra luce naturale e polarizzata, questo effetto di solito passa inosservato. Tuttavia, agli occhi di molti insetti reagiscono ad esso, e usano la polarizzazione relativa della radiazione diffusa come strumento di navigazione. telecamera normale filtro che viene utilizzato per ridurre la radiazione di fondo in piena luce, è un semplice polarizzatore lineare, che separa la luce polarizzata e naturale Rayleigh.

materiali anisotropi

effetti di polarizzazione si osservano nei materiali otticamente anisotropi (in cui l'indice di rifrazione varia con la direzione di polarizzazione), come i cristalli birifrangenti, alcune strutture biologiche e materiali otticamente attivi. applicazioni tecnologiche includono microscopi polarizzatori, display a cristalli liquidi e strumenti ottici utilizzati per la ricerca di materiali.