คลื่นแสงและเป็นธรรมชาติ ซึ่งแตกต่างจากแสงธรรมชาติ

คลื่นมีสองชนิด ตามยาวขนานก่อกวนสั่นไปในทิศทางของการขยายพันธุ์ของพวกเขา ตัวอย่างคือทางเดินของเสียงในอากาศ คลื่นตามขวางประกอบด้วยการรบกวนซึ่งอยู่ที่มุม 90 °ถึงทิศทางของการเคลื่อนไหวที่ ยกตัวอย่างเช่นคลื่นผ่านแนวนอนผ่านมวลของน้ำทำให้เกิดการสั่นสะเทือนในแนวตั้งที่พื้นผิวของมัน

การค้นพบของ

จำนวนของผลแสงลึกลับที่สังเกตในช่วงกลางของศตวรรษที่ XVII A, ได้รับการอธิบายเมื่อคลื่นแสงและเป็นธรรมชาติเริ่มที่จะได้รับการยกย่องเป็นปรากฏการณ์คลื่นและทิศทางของการสั่นสะเทือนของมันถูกค้นพบ ที่เรียกว่าผลโพลาไรซ์ครั้งแรกที่ถูกค้นพบโดยเดนมาร์กแพทย์อีราสมุสบาร์โธลินใน 1669 วิทยาศาสตร์สังเกตหักเหคู่หรือ birefringence ในไอซ์แลนด์หมัดหรือแคลเซียม (แบบผลึกของแคลเซียมคาร์บอเนต) เมื่อแสงผ่านผลึกแคลไซต์แยกมันผลิตภาพสองภาพจะถูกเลื่อนเมื่อเทียบกับกันและกัน

นิวตันรู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้และแสดงให้เห็นว่าอาจจะ corpuscles แสงมีความไม่สมดุลหรือ "ด้านเดียว" ที่อาจเป็นสาเหตุของการก่อตัวของทั้งสองภาพ Huygens, เพื่อนร่วมรุ่นของนิวตันก็สามารถที่จะอธิบายทฤษฎีของเขาหักเหคู่ของคลื่นประถม แต่เขาไม่เข้าใจความหมายที่แท้จริงของผลกระทบ birefringence ยังคงเป็นปริศนาจน โทมัสยัง และนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Augustin-Zhan Frenel ไม่ได้บอกว่าเป็นคลื่นแสงขวาง ความคิดที่เรียบง่ายได้รับอนุญาตให้อธิบายสิ่งที่ขั้วและเป็นธรรมชาติ แสง นี้ ให้กรอบการทำงานตามธรรมชาติและไม่ซับซ้อนสำหรับการวิเคราะห์ผลกระทบโพลาไรซ์

birefringence เกิดจากการรวมกันของสอง polarizations มุมฉากแต่ละที่มีความเร็วของคลื่น เพราะความแตกต่างในความเร็วของทั้งสององค์ประกอบที่มีดัชนีหักเหของแสงที่แตกต่างกันและดังนั้นพวกเขาจะแตกต่างกันหักเหผ่านวัสดุผลิตภาพสองภาพ

Polarized และเป็นธรรมชาติแสง: ทฤษฎีแมกซ์เวล

เฟรสได้อย่างรวดเร็วการพัฒนารูปแบบที่ครอบคลุมของคลื่นตามขวางซึ่งนำไปสู่ birefringence และจำนวนของผลแสงอื่น ๆ สี่สิบปีต่อมาแม่เหล็กไฟฟ้า ทฤษฎีแมกซ์เวล อย่างหรูหราอธิบายลักษณะขวางของแสง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แมกซ์เวลประกอบด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและตั้งฉากกับทิศทางของการเคลื่อนไหวสั่น ฟิลด์อยู่ที่มุม 90 °ถึงกันและกัน ในกรณีนี้ทิศทางของการขยายพันธุ์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและรูปแบบระบบขวามือประสานงาน สำหรับคลื่นกับฉความถี่และความยาวλ (ที่พวกเขาเกี่ยวข้องกับการพึ่งพาλf = c) ซึ่งย้ายไปในทิศทาง x บวกฟิลด์จะมีคำอธิบายทางคณิตศาสตร์:

• E (x, t) = E ₀ cos (2 π x / λ - 2 πฟุต) Y ^;
• B (x, t) = b ₀ cos (2 π x / λ - 2 πฟุต) Z ^

สมการแสดงให้เห็นว่าสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่อยู่ในขั้นตอนการกับแต่ละอื่น ๆ ในเวลาใดก็ตามที่พวกเขาพร้อมกันถึงค่าสูงสุดของพวกเขาในพื้นที่เท่ากับ ₀ E และ B ₀ ช่วงกว้างของคลื่นเหล่านี้จะไม่ได้เป็นอิสระ สมการของแมกซ์เวลล์เผยให้เห็นว่า E = ₀ CB ₀ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดในสุญญากาศ

ทิศทางโพลาไรซ์

ในรายละเอียดของการวางแนวของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าของคลื่นแสงที่มีมักจะบ่งบอกถึงทิศทางของสนามไฟฟ้า เวกเตอร์สนามแม่เหล็กจะถูกกำหนดความต้องการของสาขา perpendicularity และตั้งฉากของพวกเขาไปในทิศทางของการเคลื่อนไหว แสงธรรมชาติและโพลาไรซ์เป็นลักษณะเส้นตรงในการที่สั่นในช่องสุดท้ายในทิศทางคงที่การเคลื่อนไหวของคลื่น

มีโพลาไรซ์รัฐที่เป็นไปได้อื่น ๆ ในกรณีของเวกเตอร์วงกลมของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะหมุนเทียบกับทิศทางการขยายพันธุ์ที่กว้างอย่างต่อเนื่อง คลื่นแสงแบบวงรีอยู่ในตำแหน่งกลางระหว่างเส้นและ polarizations วงกลม

แสง unpolarized

อะตอมบนพื้นผิวของเส้นใยอุ่นซึ่งสร้างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความเป็นอิสระของแต่ละอื่น ๆ การฉายรังสีแต่ละคนสามารถสร้างแบบจำลองประมาณรถไฟในระยะเวลาสั้น 10 ^-9 ถึง 10 ^-8 วินาที คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากเส้นใยที่เป็นการทับซ้อนของรถไฟเหล่านี้แต่ละที่มีทิศทางโพลาไรซ์ของตัวเอง จำนวนเงินที่มุ่งเน้นการสุ่มรถไฟรูปแบบเวกเตอร์คลื่นโพลาไรซ์ที่แตกต่างกันไปอย่างรวดเร็วและผิดพลาด เช่นคลื่นเรียกว่า unpolarized ทุก แหล่งน้ำธรรมชาติของแสง รวมทั้งดวงอาทิตย์, หลอดไส้, หลอดไฟเรืองแสงและเปลวไฟผลิตรังสีดังกล่าว แต่แสงธรรมชาติมักจะเป็นบางส่วนขั้วเนื่องจากการกระเจิงหลายและการสะท้อน

ดังนั้นความแตกต่างจากแสงธรรมชาติประกอบด้วยในความเป็นจริงที่ว่าในการแกว่งครั้งแรกเกิดขึ้นในเครื่องบิน

แหล่งที่มาของรังสีขั้ว

แสงสามารถผลิตได้เมื่ออวกาศปฐมนิเทศกำหนด ตัวอย่างหนึ่งคือรังสีซินโครซึ่งในพลังงานสูงอนุภาคเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กและปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโพลาไรซ์ มีหลายที่รู้จักกันดีแหล่งดาราศาสตร์ที่ปล่อยคลื่นแสงเป็นธรรมชาติ เหล่านี้รวมถึงเนบิวล่าเศษซูเปอร์โนวาและใจกลางทางช้างเผือกเคลื่อนไหว โพลาไรซ์รังสีคอสมิกมีการศึกษาเพื่อตรวจสอบคุณสมบัติของแหล่งที่มาของมัน

กรองโพลารอยด์

คลื่นแสงและเป็นธรรมชาติจะถูกแยกออกโดยผ่านจำนวนของวัสดุที่พบมากที่สุดซึ่งเป็นโพลารอยด์ที่สร้างขึ้นโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันเอดวินแลนด์ ตัวกรองประกอบด้วยโซ่ยาวของโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนที่มุ่งเน้นในทิศทางเดียวโดยกระบวนการรักษาความร้อน โมเลกุลจะเลือกดูดซับรังสีสนามไฟฟ้าขนานกับทิศทางของพวกเขา แสงโพลาไรออกเป็นขั้วเป็นเส้นตรง สนามไฟฟ้าของมันตั้งฉากกับทิศทางของการปรับโมเลกุล โพลารอยด์พบว่ามีการประยุกต์ใช้ในหลายสาขารวมทั้งแว่นตากันแดดและฟิลเตอร์ที่ช่วยลดผลกระทบของแสงสะท้อนและกระจาย

ธรรมชาติและแสงโพลาไรซ์: กฎหมายของ Malus

ใน 1,808 ฟิสิกส์เอเตียนหลุยส์ Malus พบว่าแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวที่ไม่ใช่โลหะส่วนหนึ่งเป็นขั้ว ขอบเขตของผลกระทบนี้จะขึ้นอยู่กับมุมของอุบัติการณ์และดัชนีหักเหของวัสดุสะท้อนแสง หนึ่งในกรณีที่รุนแรงเมื่อแทนเจนต์ของมุมของอุบัติการณ์ในอากาศมีค่าเท่ากับดัชนีหักเหของวัสดุสะท้อนแสงที่สะท้อนกลายเป็นสมบูรณ์ขั้วเป็นเส้นตรง ปรากฏการณ์นี้เป็นที่รู้จักกันในนามกฎหมายเบียร์ (ชื่อหลังจากการค้นพบของนักฟิสิกส์สก็อตเดวิดบริวสเตอร์) ทิศทางโพลาไรซ์ขนานไปกับพื้นผิวที่สะท้อนให้เห็นถึง เนื่องจากแสงจ้าเรืองแสงมักจะเกิดขึ้นเมื่อมีการสะท้อนจากพื้นผิวแนวนอนเช่นถนนและตัวกรองน้ำที่ใช้กันทั่วไปในแว่นตากันแดดที่จะอยู่แสงโพลาไรซ์แนวนอนและดังนั้นจึงเลือกที่จะลบภาพสะท้อนของแสง

เรย์ลีกระเจิง

การกระเจิงแสงจากวัตถุที่มีขนาดเล็กมากที่มีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่น (ที่เรียกว่าเรย์ลีกระเจิงหลังจากที่นักวิทยาศาสตร์ภาษาอังกฤษลอร์ดเร์เลจ) ยังสร้างโพลาไรซ์บางส่วน เมื่อแสงแดดผ่านชั้นบรรยากาศของโลกก็จะแยกย้ายกันไปโดยโมเลกุลของอากาศ โลกและถึงมีฝนฟ้าคะนองกระจายแสงธรรมชาติขั้ว ระดับของโพลาไรซ์จะขึ้นอยู่กับมุมกระเจิง ตั้งแต่มนุษย์ไม่แยกแยะระหว่างแสงธรรมชาติและขั้วผลกระทบนี้มักจะไม่มีใครสังเกตเห็น แต่สายตาของแมลงจำนวนมากตอบสนองกับมันและพวกเขาใช้โพลาไรซ์ญาติของรังสีกระจายเป็นเครื่องมือในการเดินเรือ กล้องตัวกรองปกติที่ใช้ในการลดรังสีในแสงแดดสดใสเป็นโพลาไรเชิงเส้นอย่างง่ายซึ่งแยกแสงโพลาไรซ์และเรย์ลีธรรมชาติ

วัสดุ anisotropic

ผลกระทบโพลาไรซ์มีการตั้งข้อสังเกตในวัสดุ anisotropic สายตา (ซึ่งใน ดัชนีหักเห ขึ้นอยู่กับทิศทางของโพลาไรซ์) เช่นผลึก birefringent บางโครงสร้างทางชีวภาพและวัสดุที่ใช้งานสายตา การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีรวมถึงกล้องจุลทรรศน์ขั้วแสดงผลึกเหลวและตราสารใช้สำหรับการวิจัยวัสดุ