Πόλωση φωτός

Η πόλωση είναι ένα φαινόμενο που δημιουργείται από την κυματική φύση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, σύμφωνα με τη φυσική. Το ηλιακό φως είναι ένα παράδειγμα ηλεκτρομαγνητικού κύματος που ταξιδεύει μέσα από το κενό για να φτάσει στη Γη. Όταν ένα ηλεκτρικό πεδίο αλληλεπιδρά με ένα μαγνητικό πεδίο τα κύματα που παράγονται είναι γνωστά ως ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Θα μάθουμε για δύο τύπους κυμάτων σε αυτό το άρθρο:τα εγκάρσια κύματα και τα διαμήκη κύματα.

Τύπος κυμάτων:

Υπάρχουν δύο τύποι κυμάτων που διαφοροποιούνται με βάση την κίνηση τους:

• Εγκάρσιο κύμα:

Τα κύματα στα οποία η κίνηση των σωματιδίων είναι κάθετη στην κατεύθυνση κίνησης του κύματος.

Συνηθισμένο παράδειγμα εγκάρσιου κύματος είναι όταν πετάτε μια πέτρα, δημιουργεί κυματισμούς στο νερό.

• Διάμηκες κύμα:

Τα κύματα που εμφανίζονται όταν τα σωματίδια του μέσου κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση με τα κύματα.

Το πιο συνηθισμένο παράδειγμα διαμήκων κυμάτων είναι τα ηχητικά κύματα.

Φως:

Η αλληλεπίδραση των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων που ταξιδεύουν στο διάστημα είναι γνωστή ως φως. Το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο είναι κάθετα μεταξύ τους. Το μαγνητικό πεδίο πηγαίνει προς τη μία κατεύθυνση και το ηλεκτρικό πεδίο στην άλλη, αλλά είναι πάντα κάθετα. Έτσι, έχουμε ένα ηλεκτρικό πεδίο σε ένα επίπεδο, ένα μαγνητικό πεδίο κάθετο σε αυτό και μια κατεύθυνση κίνησης που είναι κάθετη και στα δύο. Οι ηλεκτρικές και μαγνητικές δονήσεις μπορούν να συμβούν σε διάφορα επίπεδα.

Ένα πολωμένο κύμα είναι ο άλλος τύπος κύματος. Τα κύματα φωτός που δονούνται σε ένα μόνο επίπεδο είναι γνωστά ως πολωμένα κύματα. Το επίπεδο πολωμένο φως αποτελείται από κύματα στα οποία τα κύματα δονούνται μόνο σε ένα μόνο επίπεδο. Η πόλωση είναι η διαδικασία μετατροπής του μη πολωμένου φωτός σε πολωμένο φως. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται για την πόλωση του φωτός είναι γνωστός ως πολωτής.

Τύποι πόλωσης:

Υπάρχουν τρεις τύποι πόλωσης που εξαρτώνται από τη διαμήκη ή εγκάρσια κυματική κίνηση, αυτοί είναι:

• Γραμμική πόλωση
• Κυκλική πόλωση
• Ελειπτική πόλωση

Γραμμική πόλωση:

Το πολωμένο φως στο οποίο το ηλεκτρικό πεδίο φωτός περιορίζεται σε ένα μόνο επίπεδο κατά μήκος της κατεύθυνσης διάδοσης.

Κυκλική πόλωση:

Στην κυκλική πόλωση το ηλεκτρικό πεδίο του φωτός έχει δύο γραμμικές συνιστώσες που είναι κάθετες μεταξύ τους και έχουν ίδια πλάτη, αλλά η διαφορά φάσης είναι π/2. Το ηλεκτρικό πεδίο που εμφανίζεται θα διαδοθεί με κυκλική κίνηση.

Ελλειπτική πόλωση:

Το ηλεκτρικό πεδίο φωτός που διαδίδεται σε μια ελλειπτική διαδρομή. Τα δύο γραμμικά στοιχεία δεν έχουν το ίδιο πλάτος και διαφορά φάσης.

Μέθοδοι πολώσεως φωτός:

Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την πόλωση των κυμάτων φωτός είναι:

1. Πόλωση μέσω μετάδοσης
2. Πόλωση με αντανάκλαση
3. Πόλωση με σκέδαση
4. Πόλωση με διάθλαση

Πόλωση μέσω μετάδοσης:

Σε αυτήν τη μέθοδο, χρησιμοποιείται ένα Polaroid που φιλτράρει τις μισές δονήσεις που μεταδίδονται μέσω του φίλτρου καθώς το φως περνά μέσα από αυτό. Όταν το μη πολωμένο φως διέρχεται από ένα φίλτρο Polaroid, μειώνεται στο μισό της αρχικής του έντασης και δονείται σε ένα μόνο επίπεδο, με αποτέλεσμα το πολωμένο φως.

Πόλωση με ανάκλαση:

Όταν μια δέσμη φωτός χτυπά την επιφάνεια ενός υλικού, ένα μέρος του φωτός ανακλάται και ένα μέρος διαθλάται (ταξιδεύει μέσα από το υλικό). Η γωνία του Brewster είναι η γωνία προσπίπτοντος φωτός που απαιτείται για να είναι το ανακλώμενο και το διαθλασμένο φως σε τέλεια ορθή γωνία.

Το προσπίπτον φως θα προκαλέσει γραμμική πόλωση του ανακλώμενου φωτός όταν η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία του Brewster (ανάλογα με τις συνθέσεις των μέσων σε κάθε πλευρά της επιφάνειας) και το προσπίπτον φως είναι μη πολωμένο. Εάν το προσπίπτον φως έχει μια πόλωση που είναι μοναδική για το υλικό, θα διαθλαστεί μόνο, χωρίς να αφήνει ανακλώμενο φως.

Πόλωση με σκέδαση:

Το φως είναι γραμμικά πολωμένο κάθετα στο επίπεδο πρόσπτωσης λόγω της σκέδασης του προσπίπτοντος φωτός από τα μόρια του αέρα. Τα μόρια του αέρα έχουν τη δική τους μικρή ταλάντωση προς μία κατεύθυνση, που ονομάζεται διπολική ροπή, και εκπέμπουν ενέργεια κάθετα στη γραμμή αυτής της ταλάντωσης. Ως αποτέλεσμα, εάν η διπολική ροπή ενός μορίου ταλαντώνεται μπρος-πίσω στον άξονα y, το προσπίπτον μη πολωμένο φως σκεδάζεται στην κατεύθυνση x ενώ το πολωμένο φως σκεδάζεται στην κατεύθυνση y (παράλληλα με το δίπολο).

Η σκέδαση Rayleigh συμβαίνει όταν το μήκος κύματος του φωτός είναι παρόμοιο με το μέγεθος των μορίων. Η σκέδαση Rayleigh είναι υπεύθυνη για την απόχρωση του ουρανού, είτε είναι βαθύ μπλε σε μια ηλιόλουστη μέρα είτε βαθύ κόκκινο σε μια θυελλώδη νύχτα.

Πόλωση με διάθλαση:

Η διάθλαση, ή η κάμψη του φωτός καθώς μετακινείται από το ένα μέσο στο άλλο, μπορεί επίσης να προκαλέσει πόλωση. Η πόλωση συμβαίνει τις περισσότερες φορές κάθετα στην επιφάνεια.

Διθλαστό σημαίνει ότι ο δείκτης διάθλασης ενός υλικού αλλάζει ανάλογα με την κατεύθυνση πρόσπτωσης και την πόλωση του φωτός. Μια προσπίπτουσα ακτίνα φωτός χωρίζεται σε δύο ακτίνες μέσα σε διπλά διαθλαστικά υλικά με πόλωση, τα οποία υιοθετούν ελαφρώς διαφορετικές τροχιές.

Εφαρμογές πόλωσης:

• Η πόλωση χρησιμοποιείται για τη μείωση της αντανάκλασης στα γυαλιά ηλίου.
• Τα φίλτρα Polaroid χρησιμοποιούνται για τη διεξαγωγή δοκιμών ανάλυσης καταπόνησης στη βιομηχανία πλαστικών.
• Χρησιμοποιείται για τη διαφοροποίηση μεταξύ εγκάρσιων και διαμήκων κυμάτων μέσω πόλωσης.
• Στον ιατρικό τομέα χρησιμοποιείται στην υπέρυθρη φασματοσκοπία.
• Η έρευνα για τους σεισμούς στη σεισμολογία γίνεται με χρήση πόλωσης.
• Ο προσδιορισμός της χειρομορφίας των οργανικών μορίων γίνεται με τη χρήση τεχνικών πόλωσης.

Συμπέρασμα:

Ο προσανατολισμός του επιπέδου της διαταραχής σε ένα εγκάρσιο κύμα αναφέρεται ως πόλωση. Όλα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, συμπεριλαμβανομένου του φωτός, μπορούν να πολωθούν. Τα διαμήκη κύματα, όπως ο ήχος, δεν μπορούν να πολωθούν. Εάν η πόλωση ενός εγκάρσιου κύματος ποικίλλει γρήγορα και αυθαίρετα, λέγεται ότι δεν έχει πόλωση ή ότι είναι μη πολωμένο.