אור מקוטב וטבעי. אור מקוטב בניגוד טבעי

הגלים הם משני סוגים. הפרעות הרטט אורך במקביל לכיוון ההתפשטות שלהם. דוגמה לכך היא המעבר של קול באוויר. גל רוחב מורכב הפרעות שהן בזווית של 90 מעלות לכיוון התנועה. לדוגמא, הגל החולף אופקי באמצעות המסה של מים גורם תנודות אנכיות על פני השטח שלו.

הגילוי של

מספר תופעות אופטיות מסתוריות שנצפו באמצע המאה XVII, הוסבר, כאשר האור המקוטב וטבעי החל להיחשב תופעה גלית ואת הכיוון של התנודות שלה התגלה. השפעת הקיטוב שנקראת הראשון התגלתה על ידי הרופא הדני ארסמוס Bartholin ב 1669. סיינטיפיק ציין שביר או שבירה כפולה כפולים באיסלנד להתנצח או סידן (בצורת גביש של סידן פחם). כאשר האור עובר דרך גביש קלציט ומחלק אותו, לייצר שתי תמונות מוזזות ביחס לזה.

ניוטון לדעת על התופעה ומציעה שאולי כדוריות אור יש סימטריה או "חד צדדית", כי יכול להיות הגורם להיווצרות שתי תמונות. הויגנס, בן זמנו של ניוטון הצליח להסביר את התיאוריה שלו של שבירה כפולה של גלי היסודי, אבל הוא לא הבין את המשמעות האמיתית של אפקט. שבירה כפולה נותר בגדר תעלומה עד תומאס יאנג ואת הפיזיקאי הצרפתי אוגוסטין-זאן פרנל הוא לא הציע גלי אור הם רוחביים. רעיון פשוט אפשר להסביר מה מקוטב וטבעי אור. זה סיפק מסגרת טבעית ולא מסובך לניתוח תופעות קיטוב.

השבירה הכפולה נגרמת על ידי שילוב של שני קיטובים מאונכים, שלכל אחד מהם יש מהירויות הגל שלה. בגלל ההבדל במהירות של שני הרכיבים יש מדדי שבירה שונים, ולכן הם נשברו בצורה שונה דרך החומר, לייצר שתי תמונות.

אור מקוטב וטבעי: תאורית מקסוול

פרנל פתח במהירות מודל מקיף של גל רוחב, אשר הוביל השבירה הכפולה ומספר האפקטים אופטיים אחרים. ארבעים שנה מאוחר יותר, אלקטרומגנטיים התאוריה של מקסוול באלגנטיות מסבירה את האופי הרוחבי של אור.

גלים אלקטרומגנטיים מקסוול מורכבת שדות מגנטיים וחשמליים בניצב לכיוון תנועת נדנוד. השדות הם בזווית של 90 מעלות זה לזה. במקרה זה לכיוון ההתפשטות של שדות המגנטיים וחשמליים ליצור מערכת קואורדינטות ימנית. לקראת גל עם f התדירה ואת λ האורך (שהם מתייחסים תלות λf ג =), אשר נעה בכיוון x החיובי, השדות מתוארים באופן מתמטי:

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

המשוואות מראות כי שדות חשמליים ומגנטיים נמצאים בשלב אחד עם השני. בכל זמן נתון, הם מגיעים לערכי המקסימום שלהן בו זמנית בחלל שווה E ₀ ו- B _0. אמפליטודות אלו אינן עצמאיות. משוואות מקסוול עולה כי E ₀ = CB ₀ לכל גלים אלקטרומגנטיים בריק.

בכיוון הקיטוב

בתיאור של האוריינטציה של שדות מגנטיים וחשמליים של גלי אור הם בדרך כלל רק לרמוז על הכיוון של השדה החשמלי. וקטור השדה המגנטי נקבע על פי הדרישה של שדות אֲנָכִיוּת ו אֲנָכִיוּת שלהם לכיוון התנועה. אור טבעי באופן ליניארי המקוטב מאופיין בכך את להתנדנד בשדה האחרון בכיוונים קבועים כמו התנועה של הגל.

ישנם מצבי קיטוב אפשריים אחרים. במקרה של וקטורים מעגליים של שדות המגנטיים וחשמליים ביחס מסובב לכיוון ההתפשטות ב משרעת קבוע. Elliptically אור מקוטב הוא במצב ביניים בין ליניארי קיטוב מעגלי.

אור unpolarized

אטום על פני השטח של נימה מחוממת, אשר יוצרות את הקרינה האלקטרומגנטית, הם, באופן בלתי תלוי זה בזה. ניתן כ כל קרינת דגם כמו רכבות של משך קצר של 10 ^-9 עד 10 ^-8 שניות. גלים אלקטרומגנטיים מן הנימה, הוא סופרפוזיציה של רכבות אלה, שלכל אחד מהם יש כיוון קיטוב משלה. הסכום בכיוון אקראי רכבות צורות גל קיטוב הווקטור של משתנה במהירות ובצורה משונית. כזה גל נקרא unpolarized. כל המקורות הטבעיים של אור, כולל השמש, מנורות ליבון, נורות פלורסנט והלהבות, לייצר קרינה כזו. עם זאת, לאור טבעי הנו מקוטב חלקי בשל פיזור השתקפות מרובים.

לכן, ההבדל בין אור טבעי מקוטב מורכב בעובדה כי התנודות הראשונות להתרחש במטוס.

מקורות קרינה מקוטבת

ניתן לייצר אור מקוטב כאשר נקבע האוריינטציה המרחבית. דוגמה אחת היא קרינה synchrotron, שבו באנרגיה גבוהה חלקיקים טעונים נעים בשדה מגנטי ו פולטים גלים אלקטרומגנטיים מקוטבות. ישנם מקורות אסטרונומיים רבים ידועים אשר פולטים אור מקוטב באופן טבעי. אלה כוללים ערפיליות, שאריות סופרנובה, ו גלעינים פעילים. קיטוב קרינה קוסמי הוא למד על מנת לקבוע את המאפיינים של מקורותיו.

מסנן פולארויד

אור מקוטב וטבעי מופרדים על ידי עובר דרך מספר חומרים, הנפוצים ביותר המהווה את פולארויד, נוצר על ידי הפיזיקאי האמריקאי אדווין לנד. המסנן מורכב משרשראות ארוכות של מולקולות פחמימנים אוריינטציה בכיוון אחד על ידי תהליך טיפול בחום. מולקולה לספוג קרינה באופן סלקטיבי, השדה החשמלי הוא מקביל את הכיוון שלהם. האור עוזב את המקטב מקוטב לינארית. השדה החשמלי שלו בניצב לכיוון אוריינטציה מולקולרית. פולארויד מצא יישום בתחומים רבים, כוללים משקפי שמש מסננים להפחית את האפקט של האור המוחזר לבין מפוזר.

אור טבעי ומקוטבת: החוק של Malus

בשנת 1808, פיזיקאי אטיין לואי Malus מצא כי אור מוחזר ממשטחים מתכתיים, חלקית מקוטב. היקף השפעה זו תלוי בזווית של שכיחות ואת מקדם השבירה של החומר הרעיוני. באחד המקרים הקיצוניים כאשר המשיק של זוית פגיעה באוויר שווה למקדם השבירה של החומר הרעיוני, האור המשתקף הופך מקוטב לינארית לגמרי. תופעה זו ידועה בשם החוק של ברוסטר (ע"ש המגלה שלה, הפיזיקאי הסקוטי דייוויד ברוסטר). כיוון הקיטוב במקביל לפני השטח המשקף. מאז בוהק הניאון מתרחש בדרך כלל על השתקפות ממשטחים מאוזנים כגון כבישי מסנני מים משמשים משקפי שמש כדי להישאר באור אופקי מקוטב ולכן סלקטיבי להסיר את ההשתקפויות של אור.

פיזור ריילי

פיזור אור על ידי עצמים קטנים מאוד שממדיה קטנים בהרבה מאורך הגל (הפיזור שנקרא ריילי לאחר המדען האנגלי לורד ריילי), גם יוצר קיטוב חלקי. כאשר אור השמש עוברת דרך האטמוספרה של כדור הארץ, זה מתפזר על ידי מולקולות אוויר. כדור הארץ ומגיע מפוזרי אור טבעי מקוטב. מידת הקיטוב תלויה פיזור זווית. מאז איש אינו מבחין בין אור טבעי ומקוטבת, האפקט הזה בדרך כלל הולך מעיניהם. עם זאת, בעיני חרקים רבים מגיבים אליו, והם משתמשים הקיטוב היחסי של קרינת מפוזרים ככלי ניווט. מצלמה פילטר רגילה המשמשת להפחתת קרינת רקע באור שמש בהירה, הוא מקטב ליניארי פשוט, אשר מפריד בין האור המקוטב ריילי הטבעי.

חומרים איזוטרופי

תופעות קיטוב נצפות החומרים אנאיזוטרופיות אופטית (שבה מקדם השבירה משתנה עם כיוון קיטוב), כגון גבישים birefringent, כמה מבנים ביולוגיים וחומרים פעילים אופטית. יישומים טכנולוגיים כוללים מיקרוסקופים מקטבים, מציגה גביש נוזלי ומכשירים אופטיים המשמשים למחקר חומרים.