Поляризація електромагнітної хвилі: відмінності між версіями

Інтерактивний перегляд історії

(Переглянути усі неперевірені зміни)

[перевірена версія]

[очікує на перевірку]

← Попереднє редагування

Вилучено вміст Додано вміст

ВізуальнийВікірозмітка

Версія за 05:19, 17 квітня 2016 ред. Білецький В.С. (обговорення \| внесок) Патрульні, Виключення з IP-блокувань, Відкочувачі 269 983 редагування →‎Дивіться також ← Попереднє редагування		Поточна версія на 22:17, 28 лютого 2024 ред. скасувати Tetiana Tkachuk (обговорення \| внесок) Автопатрульні 6354 редагування Немає опису редагування Мітка: Візуальний редактор
(Не показані 30 проміжних версій 16 користувачів)
Рядок 1: ~~Терміном~~ '''~~поляризація~~Поляризація електромагнітної хвилі''' або '''поляризація світла''' ~~описується~~ — просторова орієнтація електричної складової частини [[електромагнітна хвиля\|електромагнітної хвилі]] — [[напруженість електричного поля\|вектора напруженості електричного поля]]. ~~електричної складової [[електромагнітна хвиля\|електромагнітної хвилі]] -~~ ~~[[напруженість електричного поля\|вектора напруженості електричного поля]].~~ ==Загальний опис==▼ ▲== Загальний опис == * 1. Характеристика, що ~~відбиває~~відображає спосіб, в який кінцева точка електричного вектора променя поляризованого світла рухається вздовж напрямку поширення світла. Якщо вона рухається по прямій лінії — світло лінійно поляризоване, якщо по колу — має кругову поляризацію, якщо по еліпсу — має еліптичну поляризацію. 2. Явище поляризації хвиль електромагнітного випромінення оптичного діапазону, яке полягає в тому, що вектори напруженостей електричного й магнітного полів у електромагнітній хвилі в різних напрямках, які лежать у площині, перпендикулярній до напрямку розповсюдження хвилі (осі Хz), є різними. Електромагнітна хвиля ву вакуумі й у більшості ~~порожнечі~~середовищ завжди [[монохроматична плоска хвиля#поперечні й повздовжні хвилі\|поперечна]], тобто вектор напруженості електричного поля перпендикулярний до напрямку поширення хвилі (у деяких специфічних середовищах, наприклад, у плазмі, може утворюватися повздовжна електромагнітна хвиля<ref>[https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.104.L100304 Longitudinal electromagnetic waves with extremely short wavelength]{{ref-en}}</ref>). Тобто, вектор напруженості поля <math>E</math> завжди буде лежати в площині <math>xy</math>, і може бути розкладена на компоненти <math>E_x</math> і <math>E_y</math>. Цей вектор постійно змінює свою орієнтацію з часом — кожна його компонента описується синусоїдою (у випадку незгасної хвилі), і залежно від різниці фаз в окремих компонентів, виділяють декілька типів поляризації: лінійна поляризація ~~поширення хвилі. Однак при цьому залишаються ще дві незалежні, відмінні можливості орієнтації~~ * циклічна (або кругова) поляризація ~~напруженості. Що більше, цей вектор може змінювати свою орієнтацію з плином часу.~~ * еліптична поляризація Природне світло, наприклад, сонячне, зазвичай є неполяризованим, оскільки воно є сумішшю окремих променів з різноманітними поляризаціями. ~~Електромагнітні хвилі, залежно від виду поляризації, поділяються на~~ * неполяризовані * лінійно-поляризовані * циркурярно-поляризовані * еліптично-поляризовані У явищі падіння хвилі на плоску поверхню розділу двох середовищ зручно виділити [[s-поляризація\|s-поляризацію]] й [[p-поляризація\|p-поляризацію]]. ~~[[s-поляризація\|s-поляризацію]] й [[p-поляризація\|p-поляризацію]].~~ == Математичне формулювання == Електромагнітні хвилі з певним хвильовим вектором <math> \mathbf{k} </math> в системі координат, вісь z якої збігається із напрямом поширення, загалом, можна записати так : <math> \mathbf{E} = E_{x} \mathbf{i} + E_{y} \mathbf{j} = E_{0x} \mathbf{i} \cos(kz - \omega t - \varphi_x) + E_{0y}\mathbf{j} \cos(kz - \omega t - \varphi_y) </math>, де <math> \mathbf{i}</math> та <math> \mathbf{j} </math> - — це [[Одиничний вектор\|орти]] у напрямку осей x та y, ω - — частота, <math> E_{0x} </math> і <math> E_{0y} </math> — дві незалежні [[амплітуда\|амплітуди]], <math> \varphi_x </math> і <math> \varphi_y </math> — дві незалежні [[Фаза (коливання)\|фази]]. ~~<math> E_{0x} </math> і <math> E_{0y} </math> - дві незалежні [[амплітуда\|амплітуди]],~~ ~~<math> \varphi_x </math> і <math> \varphi_y </math> - дві незалежні [[Фаза (коливання)\|фази]].~~ === Лінійна поляризація === Якщо фази <math> \varphi_x </math> і <math> \varphi_y </math> збігаються, то для хвилі в будь-який момент часу виконується співвідношення : <math> \frac{E_x}{E_y} = \frac{E_{0x}}{E_{0y}} = \text{const} </math>. Тобто в цьому випадку <math> E_x </math> і <math> E_y </math> зв'язані лінійним ~~співвдношенням~~співвідношенням. Така поляризація електромагнітної хвилі називається '''лінійною поляризацією'''. ~~хвилі називається '''лінійною поляризацією'''.~~ До цього випадку відносяться також хвилі, для яких <math> E_{0x} =0 </math> або <math> E_{0y} = 0 </math>. Будь-яку лінійно-поляризовану хвилю можна звести до одного ізз цих двох випадків, вибравши відповідним чином напрям осей x та y. === Циклічна поляризація === '''Циклічна''' або '''колова ~~полиризація~~поляризація''' виникає тоді, коли <math> E_{0x} = E_{0y} </math>, а фази різняться на чверть періоду: : <math> \varphi_y - \varphi_x = \pm \frac{\pi}{2} </math>. У такому разі електромагнітна хвиля записується : <math> \mathbf{E} = E_{x} \mathbf{i} + E_{y} \mathbf{j} = E_{0x} \mathbf{i} \cos(kz - \omega t - \varphi_x) \pm E_{0y}\mathbf{j} \sin(kz - \omega t - \varphi_x) </math>. Для такої хвилі справджується рівність : <math> E_x^2 + E_y^2 = E_{0x}^2 + E_{0y}^2 = \text{const} </math>, яка є рівнянням кола щодо змінних <math> E_x </math> та <math> E_y </math>. ~~В залежності~~Залежно від знаку зсуву фази вектор напруженості електричного поля в будь-якій точці простору для циклічно-поляризованої хвилі обертається за чи проти годинникової стрілки, виконуючи повний оберт за період. Будь-яку лінійно поляризовану хвилю можна ~~зобразити~~подати у вигляді [[суперпозиція\|суперпозиції]] двох циклічно- поляризованих хвиль із(з обертанням «за» та «проти» годинникової стрілки). ▼ ▲Будь-яку лінійно поляризовану хвилю можна зобразити у вигляді [[суперпозиція\|суперпозиції]] двох циклічно-поляризованих хвиль із обертанням за та проти годинникової стрілки. === Еліптична поляризація === В загальному випадку між змінними <math> E_x </math> та <math> E_y </math> існує співвідношення, яке задається рівнянням. ▼ Характеристика, що відображає спосіб, в який кінцева точка електричного вектора променя поляризованого світла рухається вздовж напрямку поширення світла. Це випадок, коли вона рухається по [[еліпс]]у. :<math> \left(\frac{E_x}{E_{0x}}\right)^2 + \left(\frac{E_y}{E_{0y}}\right)^2 - 2 \frac{E_x}{E_{0x}} \frac{E_y}{E_{0y}} ▼ ▲ВУ загальному випадку між змінними <math> E_x </math> та <math> E_y </math> існує співвідношення, яке задається рівнянням. ▲: <math> \left(\frac{E_x}{E_{0x}}\right)^2 + \left(\frac{E_y}{E_{0y}}\right)^2 - 2 \frac{E_x}{E_{0x}} \frac{E_y}{E_{0y}} \cos(\varphi_y - \varphi_x) = \sin^2 (\varphi_y - \varphi_x)</math>. Це рівняння [[еліпс]]а, тож така поляризація називається '''еліптичною'''. === Неполяризована хвиля === Зазвичай, світло, яке ми спостерігаємо, не має жодної з ~~перечислених~~перелічених вище поляризацій. Звичайне світло складається з хаотичного випромінювання багатьох атомів (цугів хвиль тривалістю 10<sup>−8</sup> — 10<sup>−9</sup> с). Фази й інтенсивності в такому світлі неузгоджені між собою й не зберігаються протягом тривалого часу. Таке світло називають неполяризованим{{sfn \| Стадник \| 2008 \| с=123}}. багатьох атомів. Фази й інтенсивності в такому світлі неузгоджені між собою й не зберігаються протягом тривалого часу. Таке світло називають неполяризованим. Однак, неполяризоване світло можна поляризувати, пропустивши його через спеціальні [[поляризатор]]и, дія яких базується на ~~непропусканні~~поглинанні світла однієї з поляризацій. У світлі, що виходить із поляризатора, наявна лише одна компонента і воно є поляризованим. Існують середовища, які вибірково пропускають одну з можливих лінійних поляризацій, або одну з кругових поляризацій. Існують також середовища, які можуть обертати площину поляризації світла. Такі середовища називають [[оптична активність\|оптично активними]]. світла однієї з лінійних поляризацій. У світлі, що виходить із поляризатора, присутня лише одна з поляризацій і воно є лінійно-поляризованим. === Частково поляризоване світло === Існують також середовища, які вибірково пропускають одну із можливих кругових поляризацій. Існують середовища, які можуть обертати площину поляризації світла. Такі середовища називають [[оптична активність\|оптично активними]]. Світло від переважної більшості джерел (як наземних, так і космічних) неполяризоване, однак трапляються джерела, в яких наявні як поляризовані, так і неполяризовані хвилі. Таке випромінювання називають ''частково поляризованим''. Найчастіше трапляються світлові пучки з частковою еліптичною поляризацією. Для аналізу таких пучків їх розкладають або на повністю поляризовану та неполяризовану складові, або на дві складові зі взаємно ортогональними формами поляризації, які найбільше відрізняються між собою за інтенсивністю. Кількісно стан часткової поляризації визначають двома параметрами<ref name="aes_370">{{А-Е-С\|Поляризація світла (Електромагнітного випромінювання)\|370—371\|p}}</ref>: * відношення інтенсивності повністю поляризованої складової та неполяризованої складової; * орієнтація площини поляризації (в астрономії застосовують [[позиційний кут]]). Найповнішу кількісну характеристику поляризованого світла будують за допомогою [[Вектор Стокса\|вектора Стокса]]. == Використання поляризованого світла == Поляризація електромагнітних хвиль і, зокрема, світла, широко використовується в сучасній [[технологія\|технології]]. === Рідкокристалічні дисплеї === {{Main\|Рідкокристалічний дисплей}} [[Файл:LCD_subpixel_(uk).png\|міні\|200px\|Піксель складається з кольорового фільтра, горизонтального поляризатора, оточеного двома шарами скла рідкокристалічного шару, який повертає поляризацію, вертикального фільтра]] Наприклад, [[піксель]] [[рідкокристалічний дисплей\|рідкокристалічного дисплея]] складається щонайменше з трьох шарів: твердого (скляного) шару, який пропускає ~~тільки~~лише горизонтально-поляризоване світло, [[Рідкі кристали\|рідкокристалічного]] шару, який обертає поляризацію світла на 90~~<sup>o</sup>~~°, і шару, який пропускає ~~тільки~~лише ~~вертикальну~~вертикально ~~поляризацію~~поляризоване ~~світла~~світло. Загалом така структура прозора для горизонтально-поляризованої складової світла, яке падає на цей піксель. Однак, прикладання невеликого електричного поля до рідкого кристала призводить до того, що кут обертання поляризації змінюється, і світло проходить крізь фільтр вже не повністю. У такому випадку піксель темніє, що дозволяє формувати зображення на дисплеї. до рідкого кристалу призводить до того, що кут обертання поляризації збивається, і світло вже не проходить крізь фільтри. В такому випадку піксель темніє, що дозволяє легко формувати зображення на дисплеї. === Стереоскопічне кіно === Поляризація світла використовується для того, щоб створити ефект об'ємності зображення в стереоскопічному кіно. Відомо, що об'ємність нашого зору зумовлена [[зір#бінокулярність\|бінокулярністю]], тобто тим, що ми маємо два ока, якими бачимо дещо різні зображення. Різниця в зображеннях, сприйнятих очима дозволяє нашому мозку відтворити об'ємний ефект. У стереоскопічному кіно на екран проєктують два зображення з різною поляризацією, а глядачі одягають окуляри, одне скельце яких пропускає лише вертикально-поляризоване світло, а інше — лише горизонтально-поляризоване світло. У результаті кожне око бачить лише одне зображення з двох, а глядач бачить стереозображення. зумовлена [[зір#бінокулярність\|бінокулярністю]], тобто тим, що ми маємо два ока, якими бачимо дещо різні зображення. Різниця в зображенні, сприйнятому очима дозволяє нашому мозку відтворити об'ємний ефект. В стереоскопічному кіно на екран проектується два зображення з різною поляризацією, а глядачу пропонується одягнути спеціальні окуляри, одне скельце яких пропускає лише вертикально-поляризоване світло, а інше - лише горизонтально-поляризоване світло. Врезультаті глядач бачить стерео-зображення. === Інше === Поляризоване світло знаходить широке застосування в наукових дослідженнях і в техніці. У багатьох випадках доводиться плавно регулювати освітлення того або іншого ~~об’єкта~~об'єкта. Поставивши перед джерелом світла [[поляризатор]] і аналізатор, можна, поволі повертаючи аналізатор, плавно змінювати освітлення ~~об’єкта~~об'єкта (від максимального до повної ~~темноти~~темряви).▼ Поляризаційні фільтри застосовують для гасіння ~~дзеркально відбитих~~дзеркальних відблисків, наприклад при фотографуванні картин, скляних іта ~~фарфорових~~порцелянових виробів, поверхні води. Якщо ~~помістити~~вмістити [[поляроїд]] між джерелом світла ій ~~віддзеркалювальної~~дзеркальною поверхнею, то відблиски можна зовсім ~~погасити~~згасити. Також цікавим ефектом поляризаційного фільтра є посилення контрасту ій насиченості кольорів на ~~фотографії~~фотографіях, зроблених ~~при~~на яскравому сонці.▼ ▲Поляризоване світло знаходить широке застосування в наукових дослідженнях і в техніці. У багатьох випадках доводиться плавно регулювати освітлення того або іншого об’єкта. Поставивши перед джерелом світла поляризатор і аналізатор, можна, поволі повертаючи аналізатор, плавно змінювати освітлення об’єкта від максимального до повної темноти. У будівельній і машинобудівній техніці явище поляризації ~~використовується~~застосовується для вивчення напружень, що виникають в окремих вузлах споруд і машин. Це явище ~~використовується~~застосовується і вз ~~декоративних~~декоративною ~~цілях~~метою (наприклад, в облаштуванні вітрин, під час театральних постановок, тощо), у геології ій ~~ряді~~деяких інших ~~галузей~~галузях науки ій техніки.▼ ▲Поляризаційні фільтри застосовують для гасіння дзеркально відбитих відблисків, наприклад при фотографуванні картин, скляних і фарфорових виробів,поверхні води. Якщо помістити поляроїд між джерелом світла і віддзеркалювальної поверхнею,то відблиски можна зовсім погасити. Також цікавим ефектом поляризаційного фільтра є посилення контрасту і насиченості кольорів на фотографії, зроблених при яскравому сонці. == Поляризація світла та зір == ▲У будівельній і машинобудівній техніці явище поляризації використовується для вивчення напружень, що виникають в окремих вузлах споруд і машин. Це явище використовується і в декоративних цілях (наприклад, в облаштуванні вітрин, під час театральних постановок, тощо), у геології і ряді інших галузей науки і техніки. Людське око майже не чутливе до поляризації світла. Деякі люди здатні бачити так звану [[Фігура Гайдінгера\|фігуру Гайдінгера]], що зумовлена поляризованим світлом. Багато тварин здатні сприймати деякі компоненти поляризованого світла. Чутливість до поляризації поширена здебільше серед безхребетних. [[Бджоли]] використовують інформацію про поляризацію світла, що надходить із неба, для орієнтації в просторі та передають цю інформацію іншим бджолам у своїх «танцях». [[Каракатиці]] здатні сприймати поляризацію світла та змінювати колір і поляризацію свого забарвлення, що застосовується для комунікації з іншими каракатицями. На сьогодні вважається, що найбільш розвинене та досконале сприйняття поляризованого світла спостерігається у деяких видів ракоподібних ряду Stomatopoda<ref>https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2377063/</ref>. Ці ракоподібні також мають тканини, що вибірково відбивають поляризоване світло. == ~~Дивіться~~Див. також ==▼ * [[Закон Малюса]] * [[Подвійне променезаломлення]] == Примітки == {{reflist}} == Джерела == {{refbegin}} * {{А-Е-С\|Поляризація світла (Електромагнітного випромінювання)\|378\|p}} * Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет . — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0 {{refend}} * {{книга ▲== Дивіться також == \|автор = Стадник В.Й. * [[Вектор Стокса]] \|заголовок = ОПТИКА ЕЛЕМЕНТИ АТОМНОЇ ТА ЯДЕРНОЇ ФІЗИКИ * [[поляpизоване світло]] \|посилання = https://physics.lnu.edu.ua/wp-content/uploads/OPTYKA.pdf {{Physics-stub}}▼ \|місце = Львів \|видавництво = Видавничий центр ЛНУ ім. Івана Франка \|рік = 2008 \|сторінок = 360 \|ref = Стадник }} ▲{{Physics-stub}} [[Категорія:~~Електродинаміка~~Електромагнітне випромінювання]] [[Категорія:Оптика]]