ماذا يثبت الاستقطاب؟ طبيعة استقطاب الضوء

الأهداف:

التعليمية:

1. توسيع فهمك للضوء الطبيعي.
2. تعريف ظاهرة استقطاب الضوء.
3. أظهر للطلاب أهمية الخواص العرضية للضوء لإثبات الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء.

التعليمية:تعليم التفكير النظري للعالم.

التعليمية:تنمية التفكير المستقل والذكاء والقدرة على تنظيم المواد وصياغة الاستنتاجات بناءً على المواد المدروسة.

العروض التوضيحية:

المحتوى الرئيسي للمادة:تعريف ظاهرة الاستقطاب. مفهوم الضوء الطبيعي والمستقطب. عرضية موجات الضوء. إثبات الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء. بولارويد، استخدامها، المستقطب.

يخطط.

1. تاريخ اكتشاف الاستقطاب.
2. مفهوم الضوء الطبيعي والمستقطب خطيا.
3. أهمية الاستقطاب في إثبات الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء.
4. تشبيه تذبذبات الموجات الضوئية بالاهتزازات الميكانيكية.
5. استقطاب الضوء أثناء الانعكاس والانكسار.
6. النشاط البصري للمادة ودوران مستوى الاستقطاب.
7. تطبيق ظاهرة الاستقطاب.
8. تلخيص.

تقدم الدرس

يتم كتابة موضوع المحاضرة على السبورة، ويتم الإعلان عن الهدف، ويتم توضيح هيكل عرض المادة. مكتوب على السبورة أسئلة الاختباروالتي يجب على الطلاب الإجابة عليها بعد أن يعرض المعلم المادة. الاستقطاب - "بولوس" اليونانية، اللات. "polus" - نهاية المحور، القطب.

مدرس:تم تقديم مفهوم استقطاب الضوء إلى علم البصريات على يد العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن عام 1706 وشرحه جيمس كليرك ماكسويل. في مرحلة تطور الطبيعة الموجية للضوء، لم تكن طبيعة موجات الضوء معروفة، على الرغم من تراكم الحقائق التجريبية لصالح العرضية الموجات الكهرومغناطيسية.

مدرس.تنفيذ العمل في المنزلكان من الضروري تكرار المفاهيم: الموجة الكهرومغناطيسية، الموجة المستعرضة، فرضية ماكسويل حول الموجات الكهرومغناطيسية، قطار الموجة، الضوء الطبيعي، التباين البلوري.

ما هي الموجة الكهرومغناطيسية؟

طالب.تمثل الموجة الكهرومغناطيسية تذبذبات مترابطة لمتجهات شدة المجال الكهربائي والمغناطيسي، المتعامدة مع بعضها البعض واتجاه انتشار الموجة.

ما هي الموجة المستعرضة؟

الموجة المستعرضة هي موجة يكون فيها اتجاه اهتزاز الجزيئات متعامدًا مع اتجاه انتشار الموجة.

ما هي الموجات الكهرومغناطيسية من وجهة نظر فرضية ماكسويل؟

وفقا لفرضية ماكسويل، تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء بسرعة محدودة - سرعة الضوء ج = 3 وهي مستعرضة.

ما هو القطار الموجي؟

قطار الموجة عبارة عن موجة تنبعث من ذرة فردية خلال الوقت الذي تكون فيه الذرة في حالة مثارة: t=s.

مدرس. ما هو الضوء الطبيعي؟

طالب.الضوء الطبيعي هو مجموع الإشعاع الكهرومغناطيسي الصادر عن العديد من الذرات، وبالتالي فإن الموجة الضوئية هي مجموعة من قطارات الموجات ذات الطور المتغير بشكل عشوائي.

الضوء الذي يتقلب فيه ناقل الضوء بشكل عشوائي في وقت واحد في جميع الاتجاهات المتعامدة مع الشعاع يسمى طبيعيًا.

ما هو تباين الكريستال؟

تباين الخواص هو الاعتماد الخصائص الفيزيائيةالكريستال من الاتجاه.

مدرس.

تم إجراء التجارب الأولى على استقطاب الضوء مع الصاري الأيسلندي على يد العالم الهولندي هـ. هويجنز في عام 1690. ومن خلال تمرير شعاع ضوئي عبر الصاري الأيسلندي، اكتشف هويجنز التباين العرضي لشعاع الضوء، بسبب تباين خصائصه. من الكريستال. هذه الظاهرة كانت تسمى الانكسار المزدوج. إذا تم تدوير البلورة بالنسبة لاتجاه الشعاع الأصلي، فإن كلا الشعاعين يدوران بعد مغادرة البلورة. وفي عام 1809 اكتشف المهندس الفرنسي إ. مالوس القانون الذي سمي باسمه. في تجارب مالوس، تم تمرير الضوء على التوالي من خلال لوحتين متطابقتين من التورمالين. يتم توجيه الضوء بشكل عمودي على سطح بلورة التورمالين المقطوعة بالتوازي مع المحور البصري. عندما تدور البلورة حول محور الشعاع، لا تتغير شدة شعاع الضوء. إذا تم وضع بلورة تورمالين ثانية مماثلة للأولى في مسار الشعاع فإن شدة الضوء المار عبر هذه الصفائح تتغير حسب الزاوية α بين محاور البلورات حسب قانون مالوس:

تبين أن شدة الضوء المرسل تتناسب طرديا مع φ. في الموجة الطولية، تكون جميع الاتجاهات في المستوى المتعامد مع الحزمة متساوية، وبالتالي لا يمكن لقانون مالوس ولا الانكسار المزدوج تفسير هذه الظاهرة من وجهة نظر الموجات الطولية.

مدرس.في مسار ضوء الشمس، يمكنك وضع جهاز خاص - المستقطب، الذي يختار أحد اتجاهات التذبذبات المتجهة. يسمى الضوء الذي يكون فيه اتجاه اهتزازات المتجهات ثابتًا بشكل صارم مستقطبًا خطيًا أو مستقطبًا مستويًا.

يشير استقطاب الضوء إلى فصل اهتزازات الضوء عن الضوء الطبيعي باتجاه معين للناقل الكهربائي.

قم بتجربة اثنين من بولارويد، ومصباح، وشاشة.

دعونا نجري تجربة باستخدام لوحتين متماثلتين من التورمالين مستطيلتين مقطوعتين من بلورة موازية لمحورها البصري. المحور البصري للبلورة هو الاتجاه الموازي للمستوى الذي يتأرجح فيه ناقل الضوء.

لنضع لوحة واحدة فوق الأخرى بحيث تتطابق محاورها في الاتجاه. دعونا نمرر شعاعًا ضيقًا من الضوء عبر الزوج المطوي.

سنقوم بتدوير إحدى اللوحات، وسنلاحظ أن سطوع التدفق الضوئي يضعف وينطفئ الضوء عندما تدور اللوحة بمقدار 90 درجة، أي. ستكون الزاوية بين المحاور البصرية للبلورات 90 درجة. مع مزيد من الدوران للوحة، سيبدأ تدفق الضوء المار في التكثيف مرة أخرى وعندما تدور اللوحة 180 درجة، ستصبح شدة تدفق الضوء هي نفسها مرة أخرى. وبالعودة إلى موضعه الأصلي، يضعف الشعاع مرة أخرى، ويمر عبر الحد الأدنى ويصل إلى شدته السابقة عندما تعود اللوحة إلى موضعها الأصلي. وهكذا، عندما يتم تدوير اللوحة 360 درجة، فإن سطوع تدفق الضوء الذي يمر عبر كلا اللوحين يصل إلى "الحد الأقصى" مرتين و"الحد الأدنى" مرتين.

مدرس:ما هو سبب التغير في سطوع تدفق الضوء؟ لاحظ أن النتيجة لا تعتمد على أي من البلورات تدور وعلى أي مسافة تقع عن بعضها البعض. دعونا نفعل التجربة مرة أخرى.

سنقوم بتدوير البلورة الأولى حول الشعاع.

هل هناك تغيير في السطوع؟

طالب:لا.

مدرس:سنقوم بتدوير البلورة الثانية بالنسبة للشعاع. ماذا نرى؟

طالب:نرى أن سطوع تدفق الضوء يتغير.

مدرس:ماذا يمكنك أن تقول عن موجة الضوء القادمة من مصدر الضوء؟ ما هو اختلافها عن الموجة التي مرت عبر البلورة الأولى؟

طالب:بلورة التورمالين قادرة على نقل اهتزازات الضوء فقط عندما يتم توجيهها بطريقة معينة بالنسبة لمحورها.

تكون موجة الضوء القادمة من مصدر الضوء مستعرضة، فالبلورة الأولى، متباينة الخواص، تنقل اهتزازات الضوء الموجودة في مستوى واحد محدد موازٍ للمحور البصري، وبالتالي، عندما يتم تدوير البلورة الثانية بمقدار 90 درجة، عندما تكون الزاوية بين المحور البصري محاور 90 درجة، يتم إطفاء الضوء التدفق.

مدرس:عمل لوحة التورمالين هو أنها تنقل الاهتزازات التي يكون ناقلها الكهربائي موازياً للمحور البصري. تمتص اللوحة الاهتزازات التي يكون متجهها متعامدًا مع المحور البصري. تثبت ظاهرة الاستقطاب أن الضوء موجة مستعرضة. نستنتج أن موجة الضوء هي حالة خاصة من الموجات الكهرومغناطيسية.

المستوى الذي تحدث فيه اهتزازات الضوء بعد مغادرة البلورة هو مستوى الاهتزاز.

مستوى الاستقطاب هو المستوى الذي يتأرجح فيه ناقل الحث.

موجة الضوء التي تمر عبر البلورة الأولى مستقطبة خطيًا أو مستقطبة مستوية.

إدخال دفتر الملاحظات: 1)فرضية ماكسويل:

أ) ج= - سرعة الضوء.

للحصول على فهم أفضل، دعونا نرسم تشبيهًا بين تذبذبات الموجات الضوئية والاهتزازات الميكانيكية.

خبرة.إذا تم توصيل سلك مطاطي بالدوار الخاص بمولد محرك كهربائي، فسوف يتأرجح السلك في جميع الاتجاهات، على غرار تذبذب ناقل الجهد. سنضع فتحة رأسية في مسار السلك.

ماذا نرى؟

طالب:ستحدث فقط تلك الاهتزازات التي تكون اتجاهاتها عمودية وموازية للشق.

ويلاحظ استقطاب الضوء خلال ظاهرتي الانعكاس والانكسار، أي. عندما تسقط موجة ضوئية على الواجهة بين الوسائط. تهيمن الاهتزازات المتعامدة على مستوى الإصابة على الشعاع المنعكس، في حين تهيمن الاهتزازات الموازية لمستوى الإصابة على الشعاع المنكسر.

إذا انتشرت موجة الضوء في وسط متجانس، فلن يحدث استقطاب للضوء. يستقطب الضوء جزئيًا عندما ينعكس من سطح العازل الكهربائي.

تُظهِر موجة الضوء التي تمر عبر محاليل السكر والجلوكوز وعدد من الأحماض دورانًا لمستوى الاستقطاب. تتناسب زاوية الدوران مع تركيز المادة في المحلول. مثل هذه الحلول نشطة بصريا. درجة النشاط البصرييختلف باختلاف المواد. يتم استخدام مقاييس الاستقطاب لقياس زاوية الدوران. بالنسبة لجميع المواد الفعالة، تتناسب زاوية دوران مستوى التذبذب مع سمك الطبقة وتركيز المحلول.

إدخال دفتر الملاحظات:

بصريا المواد الفعالة: السكر، الجلوكوز، بعض الأحماض.

زاوية دوران مستوى التذبذب: ,

ل- دوران محدد؛
مع- تركيز،
ل– سماكة الطبقة .

مقياس الاستقطاب- جهاز لقياس زاوية دوران مستوى الاستقطاب في المواد الفعالة بصريا.

تطبيق الاستقطاب.

استخدام مقاييس الاستقطاب:

1. V صناعة المواد الغذائيةلتحديد تركيز المحلول والسكر (مقاييس السكر) والبروتينات ومختلفها الأحماض العضوية;
2. في الطب لتحديد تركيز السكر في الدم بزاوية دوران مستوى الاستقطاب؛

استخدامات بولارويد:

1. عند تزيين نوافذ المتاجر والمناظر المسرحية؛
2. عند التصوير لإزالة الوهج باستخدام مرشحات الاستقطاب؛
3. في الجيوفيزياء - عند دراسة خواص السحب في تحديد خصائص استقطاب الضوء المتناثر بواسطة السحب.
4. في أبحاث الفضاء، عند تصوير السدم في الضوء المستقطب، تتم دراسة بنية المجالات المغناطيسية.
5. في المركبات - لحماية السائقين من وهج المصابيح الأمامية القادمة.
6. في استخدام الهندسة الميكانيكية طريقة المرونة الضوئيةأ – دراسة الاجهادات الناشئة في أجزاء الآلة .

نلخص بإيجاز من خلال الإجابة على الأسئلة (الشريحة)

1. ما خاصية موجات الضوء التي تم إثباتها باستخدام ظاهرة الاستقطاب؟
2. ماذا يسمى الاستقطاب؟
3. ما هو إشعاع الذرة الفردية؟
4. ما هو الضوء الطبيعي؟
5. لماذا تثبت ظاهرة استقطاب الضوء أن الضوء حالة خاصة من الموجات الكهرومغناطيسية؟
6. الضوء المنعكس من سطح الماء مستقطب جزئيًا. كيف يمكنك التحقق من ذلك باستخدام بولارويد؟

خاتمة.

مدرس: ما هي خاصية موجات الضوء التي تعلمتها في الفصل؟

تعرفنا في الدرس على خاصية موجات الضوء - الاستقطاب. إن استقطاب موجات الضوء عندما يمر الضوء عبر وسائط متباينة الخواص - البلورات - يثبت تجريبيا الطبيعة العرضية لموجات الضوء.

تسمى الموجة الضوئية التي يتأرجح فيها ناقل الضوء في مستوى معين بالاستقطاب. الضوء الناتج عن مصدر طبيعي غير مستقطب.

الأدب:

1. ن.م. جودجاييف “البصريات”، – موسكو: “ تخرج من المدرسه"، 1977.
2. مياكيشيف، أ.ز. سينياكوف، ب. سلوبودسكوف. الفيزياء، البصريات، – موسكو: “المدرسة العليا”، 2003.
3. أ.أ. فيزياء بينسكي، الصف الحادي عشر، – موسكو: “التنوير”، 2002.

يمثل أحد الأصناف الإشعاع الكهرومغناطيسييمكن وصف الضوء بمصدر واتجاه محدد. وبالإضافة إلى ذلك، يجب ألا ننسى ازدواجيتها. لذلك، في الحالة الأولى، سيتم اعتبارها موجة، وفي الثانية - الجسيم (الفوتون).

التعريف 1

يعد استقطاب الضوء أحد خصائص أي إشعاع يقع ضمن النطاق البصري. في ظل ظروف ظاهرة مثل الاستقطاب، ستحدث اهتزازات جزيئات شعاع الضوء الموجهة إلى سطح عرضي في نفس المستوى. في هذه الحالة، يتم قطع المكونات الأخرى.

مفهوم استقطاب الضوء

سيكون من الأسهل فهم جوهر استقطاب الضوء باستخدام أمثلة محددة. لذا، يمكنك أن تتخيل حبلًا طويلًا جدًا يقع بين نقطتين أفقيتين، ويمر عبر فجوة في لوحة الدرع.

إذا أخذت الحبل من أحد طرفيه وقمت بتشكيل موجات، فسوف تصل بسهولة إلى نهايته الأخرى (ولكن فقط إذا تشكلت في نفس مستوى الفجوة الموجودة في الدرع)، أي بطريقة عمودية. ستؤدي محاولة تحريك الحبل عموديًا إلى تثبيط الأمواج عندما تصل إلى الدرع (بسبب عدم القدرة على الضغط عبر الفجوة). وهكذا، في هذا المثال، يعمل الحبل كإشعاع كهرومغناطيسي، ويصبح الدرع وسطًا شفافًا (شفافًا)، وتصبح الفجوة خاصية محددة للوسط.

وبما أن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية، فإنه سيعتمد على نوعين من نواقل الشدة: الكهربائية والمغناطيسية. وهي بدورها تمتلك خاصية التعامد المستمر مع بعضها البعض ويمكن أن تشكل مستوى شرطيًا متعامدًا مع خط انتشار الموجة نفسها.

يحدث الاستقطاب الدائري للضوء في حالة دوران نواقل الحث المغناطيسي و المجال الكهربائينسبة إلى اتجاه شعاع الضوء. في حالة تذبذبات متجه شدة هذا المجال في نفس المستوى، يتم تشكيل موجة كهرومغناطيسية مستقطبة مستوية (مستقطبة خطيًا).

ومن المثير للاهتمام أن انبعاث كمية ضوئية واحدة من الذرات سيكون دائمًا مستقطبًا. في الوقت نفسه، سيكون التدفق الضوئي للشمعة والمصباح الكهربائي والشمس والفانوس وما إلى ذلك غير مستقطب، وهو ما يفسره الإشعاع الصادر عن العديد من الذرات ذات الاستقطابات المختلفة. هذا يحرم التدفق الكلي للتوجه.

ملاحظة 1

ويعتمد استقطاب الضوء بشكل كبير على خصائص المادة أو موقع الذرات فيها. شعرية الكريستال. تم إجراء التجارب الأولى من قبل العلماء باستخدام البلورات، وفي وقت لاحق فقط أصبحت الوسائط الغازية (الغلاف الجوي) موضوع اهتمامهم.

يعتمد استقطاب الضوء أيضًا على موقع الراصد (خلية ضوئية، مستشعر، إلخ). وهذا بدوره يفسر زيادة الاستقطاب مع زيادة الزاوية بين اتجاه الضوء من المصدر والمتجه الذي يشير إلى اتجاه خط البصر. وفي حالة كون الاتجاهات متوازية، فإننا نلاحظ بالفعل غياب الاستقطاب (في ظل الظروف المثالية). كما تم تسجيل خيار ثالث في الطبيعة (يعني الاستقطاب الجزئي للتدفق الضوئي).

يحدث تكوين مماثل في حالة التأثير السائد لتذبذبات المجال الكهربائي (الحث المغناطيسي) لنواقلها. حقيقة مثيرة للاهتمامهو أن العين البشرية تميز بسهولة الطول الموجي (الجانب اللوني للضوء) وكثافته، ولكن تسجيل الاستقطاب نفسه يمكن الوصول إليه بشكل غير مباشر. وفي الوقت نفسه، فإن معظم الحشرات ذات العيون المركبة قادرة على التمييز بشكل مثالي بين استقطاب الموجة، والذي بدوره يساعدها على التنقل بشكل مثالي في الفضاء.

ظاهرة استقطاب الضوء في الطبيعة

الضوء المستقطبهي موجات ضوئية ذات اهتزازات كهرومغناطيسية قادرة على الانتشار في اتجاه واحد فقط. في الطبيعة، هناك ثلاثة أنواع فقط من الاستقطاب:

• خطي (مستو) ؛
• دائري؛
• بيضاوي الشكل.

مع الضوء المستقطب خطيا الاهتزازات الكهربائيةسيتم إنتاجه حصريًا في اتجاه واحد. ويظهر عند انعكاسه عن لوح زجاجي مثلاً أو عن سطح الماء. هناك أيضًا أمثلة على مرور الضوء عبر أنواع معينة من البلورات (التورمالين والكوارتز).

الملاحظة 2

وهكذا يتحول استقطاب الضوء إلى عملية ترتيب تذبذبات متجه شدة المجال الكهربائي لموجة الضوء في ظل ظروف مرور تدفق الضوء عبر مواد معينة (الانكسار أو انعكاس شعاع الضوء). مستوى الاستقطاب، في هذه الحالة، سيكون مستوى يمر عبر اتجاه تذبذب ناقل الضوء للموجة المستقطبة المستوية وانتشارها.

سيكون كم الضوء المنبعث من الذرة مستقطبًا دائمًا. وفي هذه الحالة فإن إشعاع مصدر ضوء مجهري مثل الشمس أو المصباح الكهربائي أو الشمعة سيكون مجموع إشعاعات عدد هائل من الذرات، كل ذرة ستبعث كمية في 10-8 تقريبًا ثواني. في هذه الحالة، عندما ينبعث ضوء باستقطاب مختلف من جميع الذرات، فإن استقطاب الحزمة بأكملها سيخضع لتغييرات على فترات زمنية مماثلة.

التعريف 2

لهذا السبب، في إطار الضوء الطبيعي، يتم حساب متوسط ​​جميع التأثيرات المرتبطة بالاستقطاب، ولهذا السبب يطلق عليه اسم غير مستقطب.

من أجل عزل الجزء الذي يتمتع بالاستقطاب المطلوب عن الضوء غير المستقطب، يتم استخدام المستقطبات، على سبيل المثال، التورمالين أو الصاري الأيسلندي أو المستقطبات الاصطناعية.

يوجد أيضًا في الفيزياء ما يسمى بالضوء المستقطب. ويتم الحصول عليها بالطرق التالية:

• بسبب الانعكاس من العوازل، فإن درجة الاستقطاب تعتمد على معامل الانكسار وزاوية سقوط الأشعة؛
• عن طريق تمرير الضوء من خلال وسط متباين الخواص.

تتمتع جميع البلورات الشفافة (باستثناء البلورات المتناحية بصريًا للنظام المكعب) بخاصية الانكسار المزدوج، وبعبارة أخرى، يمكن أن تتشعب فيما يتعلق بكل شعاع ضوئي يسقط عليها. وهكذا، عندما يتم توجيه شعاع ضيق من الضوء نحو بلورة الصاري الأيسلندية السميكة، سيخرج من البلورة شعاعان متوازيان ومنفصلان مكانيًا.

تطبيق الضوء المستقطب

سيساعد ذلك على فهم جوهر ومبدأ تشغيل استقطاب الضوء في الطبيعة بشكل أفضل. أمثلة محددةتطبيقات الضوء المستقطب:

1. في الفيزياء الجزيئية (في دراسة سطح المادة وبنيتها، وكذلك في دراسة ظاهرة استقطاب جزيئات المواد). دوران مستوى الاستقطاب هو أساس طرق قياس السكر (لتحديد درجة تركيز المحاليل).
2. في الجيولوجيا (عند دراسة المعادن والمنتجات المختلفة في الضوء المستقطب، يتمكن الجيولوجيون من التمييز بين: المنتجات والمعادن، الأصل الطبيعي والصناعي، المنتجات المزيفة والحقيقية).
3. في التصوير الفوتوغرافي (من خلال عمل نسخ من اللوحات في إطارات زجاجية، يمكن للمصورين الفوتوغرافيين بسهولة إزالة الوهج من الزجاج بسبب مرشح الاستقطاب الموجود على العدسة).
4. في مجال البصريات (يساعد المنظار المستقطب قباطنة السفينة على توجيه السفينة وفقًا للمسار الصحيح، مع التخلص من وهج الضوء المتداخل على أمواج البحر المسجلة أثناء المراقبة). تسمح المجاهر المستقطبة، عند دراسة أنحف المقاطع المعدنية (الأقسام)، للعلماء بتحديد بنية المادة. في السينما المجسمة، تُستخدم النظارات المستقطبة لخلق وهم ثلاثي الأبعاد.
5. في التكنولوجيا (هنا يوجد استخدام واسع النطاق لاستقطاب الضوء إذا كان من الضروري التحكم بسلاسة في شدة شعاع الضوء). يستخدم الاستقطاب أيضًا لإنشاء شاشات الكريستال السائل المستخدمة في العديد من الأجهزة (على سبيل المثال، شاشات الكمبيوتر والساعات وأجهزة ضبط الوقت).
6. في علم الفلك (يمكن أن تصبح عملية التحلل الطيفي للضوء مؤشرا موثوقا على وجود الماء السائل، والذي بدونه يكون تكوين الحياة مستحيلا) نوع الأرض). يتيح لك حساب زاوية الاستقطاب تحديد تركيبة السائل المنكسر للضوء بأكبر قدر ممكن من الدقة.

وهكذا يمكن الحديث عن تنوع تطبيقات استقطاب الضوء في الطبيعة وأهمية دراسة المفاهيم الأساسية لهذه الظاهرة.

ماريو لوزي

تحدثنا سابقًا عن ظاهرة اكتشفها هويجنز، والتي، كما قال بصدق، لا يستطيع تقديم تفسير لها. يكتسب شعاع الضوء الذي يمر عبر بلورة الصاري الأيسلندي بعض الخصائص الخاصة، والتي بفضلها يسقط على بلورة ثانية من الصاري الأيسلندي بمقطع عرضي رئيسي موازٍ للأول، ولم يعد يعاني من انكسار مزدوج، ولكنه طبيعي. إذا تم تدوير هذه البلورة الصاري الثانية، فسيحدث الانكسار المزدوج مرة أخرى، لكن شدة كلا الأشعة المنكسرة ستعتمد على زاوية الدوران.

لأول مرة السنوات التاسعة عشرةفي القرن العشرين، بدأ المهندس العسكري الفرنسي إتيان مالوس (1775-1812) بدراسة هذه الظاهرة، والذي اكتشف عام 1808 أن الضوء المنعكس من الماء بزاوية 52°45" له نفس خاصية الضوء المار عبر بلورة الصاري الأيسلندية، وأن السطح العاكس هو، كما كان، القسم الرئيسي من البلورة.

وقد لوحظت هذه الظاهرة أيضًا عند انعكاسها عن أي مادة أخرى، لكن زاوية السقوط المطلوبة تختلف باختلاف معامل انكسار المادة. وفي حالة الانعكاس من سطح معدني، كانت الصورة أكثر تعقيدا.

في العمل التالي، الذي كتبه في نفس العام، قام مالوس، بتجربة الاستقطاب، الذي لا يزال موصوفًا في كتب الفيزياء المدرسية تحت اسم "Biotpolariscope" ويتكون من مرآتين يقعان بزاوية، إلى صياغة القانون الشهير الذي يحمل اسمه.

وفي الوقت الذي كان مالوس يجري فيه أبحاثه، أعلنت أكاديمية باريس للعلوم عن مسابقة (1808) لأفضل النظرية الرياضيةالانكسار المزدوج، وهو ما أكدته التجربة. شارك مالوس في هذه المسابقة وحصل على جائزة له أهمية تاريخيةالعمل "Theorie de la double refraction de la lumiere dans les المواد الكريستالية" ("نظرية الانكسار المزدوج للضوء في المواد البلورية")، نُشر عام 1810. يصف مالوس فيه اكتشافه والقانون الذي وجده؛ ولشرحه، يقبل وجهة نظر نيوتن "ليس كحقيقة لا جدال فيها، ولكن فقط كفرضية تسمح للمرء بحساب الظاهرة بعد أن أعلن نفسه مؤيدًا للنظرية الجسيمية للضوء، يحاول مالوس إيجاد تفسير لقطبية جسيمات الضوء، والتي ذكرها نيوتن بإيجاز في السؤال 26. في الضوء الطبيعي، كما يطلق عليه الآن، جسيمات الضوء. يتم توجيهها في جميع الاتجاهات، ولكن عند مرورها عبر بلورة ثنائية الانكسار أو عند الانعكاس، فإنها موجهة بطريقة معينة، وبهذه الطريقة، دعا مالوس الضوء الذي تكون فيه الجسيمات ذات اتجاه معين مستقطبة، وبقيت هذه الكلمة ومشتقاتها في الفيزياء حتى يومنا هذا.

استمرت الأبحاث حول استقطاب الضوء، التي بدأها مالوس، في فرنسا على يد بيوت وأراغو، وفي إنجلترا على يد بروستر، الذي اشتهر في وقت ما بالمشكال الذي اخترعه (1817) أكثر من اكتشافاته المهمة في مجال البلورات. بصريات. في عام 1811، اكتشف مالوس وبيوت وبروستر بشكل مستقل أن الشعاع المنعكس كان أيضًا مستقطبًا جزئيًا.

في عام 1815، استكمل ديفيد بروستر (1781-1868) هذه الدراسات باكتشاف القانون الذي يحمل اسمه: الشعاع المنعكس يكون مستقطبًا بالكامل (والشعاع المنكسر المقابل له أقصى استقطاب) عندما يكون الشعاع المنعكس والمنكسر متعامدين على كل منهما. آخر.

أسس دومينيك فرانسوا أراغو (1786-1853) استقطاب الضوء من الهلال والمذنبات وقوس قزح، مؤكدا بذلك مرة أخرى أن كل هذا ينعكس ضوء الشمس. الضوء المنبعث بزوايا مائلة من السوائل الساخنة مستقطب أيضًا. المواد الصلبةمما يثبت أن هذا الضوء يأتي من الطبقات الداخلية للمادة وينكسر ليخرج. لكن أهم وأشهر اكتشافات أراجو هو الاستقطاب اللوني الذي اكتشفه عام 1811. ومن خلال وضع لوحة من الكريستال الصخري بسمك 6 مم في مسار شعاع مستقطب ومراقبة الشعاع الذي يمر عبره من خلال بلورة صارية، حصل أراغو على صورتين ملونتين بألوان متكاملة. ولم يتغير لون الصورتين عند تدوير اللوحة، ولكنه تغير عند تدوير البلورة الصاري، وظل كلا اللونين متكاملين طوال الوقت. وهكذا، إذا كانت إحدى الصور في البداية حمراء عند موضع معين من البلورة الصاري، فعندما تم تدويرها أصبحت برتقالية، وصفراء، وخضراء على التوالي، وما إلى ذلك. كرر بيوت هذه التجربة في عام 1812 وأظهر أن زاوية دوران البلورة الصاري الكريستال الصاري مطلوب للحصول على لون صورة محدد يتناسب مع سمك اللوحة. بالإضافة إلى ذلك، اكتشف بيوت في عام 1815 ظاهرة الاستقطاب الدائري ووجود المواد المتحكمة في الدوران واليسار.

في نفس العام، أثبت بيوت أن التورمالين له انكسار مزدوج وخاصية امتصاص الأشعة العادية ونقل الأشعة غير العادية فقط. استندت "ملقط التورمالين" الشهير، الذي صممه هيرشل عام 1820، إلى هذه الظاهرة - وهو جهاز استقطاب بسيط ظل دون تغيير حتى يومنا هذا. كان أكبر إزعاج لهذا الجهاز هو تلوين الشعاع. المنشور المقترح عام 1820 ليس به هذا العيب. فيزيائي إنجليزيويليام نيكول (1768-1851). يسمح منشور نيكولا أيضًا بمرور الأشعة غير العادية فقط. تم الجمع بين اثنين من "نيكولز"، كما يطلق على هذه الموشورات ثنائية الانكسار الآن، في جهاز واحد، والذي لا يزال يستخدم على نطاق واسع، بواسطة نيكول نفسه في عام 1839.

وهكذا، فإن الظواهر الرئيسية لاستقطاب الضوء، والتي تشكل فرعًا واسعًا ومثيرًا للاهتمام من الفيزياء، والمدرجة الآن في جميع الكتب المدرسية، اكتشفها الفيزيائيون الفرنسيون في سبع سنوات، من عام 1808 إلى عام 1815. ومنذ اكتشاف مثل هذه الظواهر المثيرة للاهتمام، حدثت وتحت شعار النظرية الجسيمية، يبدو أنها تتلقى مزيدًا من التأكيد من هذه الظواهر.

اتجاه انتشار الموجة.

دائريالاستقطاب - يمينًا أو يسارًا، اعتمادًا على اتجاه دوران ناقل الحث؛

بيضاوي الشكلالاستقطاب هو حالة وسطية بين الاستقطاب الدائري والاستقطاب الخطي.

لا يجوز استقطاب الإشعاع غير المترابط، أو استقطابه كليًا أو جزئيًا بأي من الطرق المذكورة أعلاه. في هذه الحالة، يتم فهم مفهوم الاستقطاب إحصائيا.

عند النظر في الاستقطاب نظريًا، يفترض أن تنتشر الموجة أفقيًا. ثم يمكننا الحديث عن الاستقطابات الخطية الرأسية والأفقية للموجة.

خطي دائري بيضاوي الشكل

نظرية الظاهرة

يمكن أن تتحلل الموجة الكهرومغناطيسية (نظريًا وعمليًا) إلى مكونين مستقطبين، على سبيل المثال، مستقطبان رأسيًا وأفقيًا. من الممكن إجراء تحللات أخرى، على سبيل المثال، على طول زوج آخر من الاتجاهات المتعامدة بشكل متبادل، أو إلى مكونين لهما استقطاب دائري يسار ويمين. عند محاولة تحليل موجة مستقطبة خطيًا إلى استقطابات دائرية (أو العكس)، سينشأ مكونان بنصف الشدة.

من وجهة النظر الكمية والكلاسيكية، يمكن وصف الاستقطاب بواسطة ناقل معقد ثنائي الأبعاد ( ناقلات جونز). يعد استقطاب الفوتون أحد تطبيقات q-bit.

عادةً ما يكون لإشعاع الهوائي استقطاب خطي.

ومن خلال تغيير استقطاب الضوء عندما ينعكس من سطح ما، يمكن للمرء الحكم على بنية السطح والثوابت البصرية وسمك العينة.

إذا كان الضوء المبعثر مستقطبًا، فباستخدام مرشح استقطاب باستقطاب مختلف، يمكن أن يكون مرور الضوء محدودًا. شدة الضوء التي تمر عبر المستقطبات تخضع لقانون مالوس. تعمل شاشات الكريستال السائل على هذا المبدأ.

بعض الكائنات الحية، مثل النحل، قادرة على تمييز الاستقطاب الخطي للضوء، مما يمنحها ميزات إضافيةللتوجيه في الفضاء. وقد اكتشف أن بعض الحيوانات، مثل جمبري فرس النبي الطاووس، قادرة على تمييز الضوء المستقطب دائريا، أي الضوء ذو الاستقطاب الدائري.

تاريخ الاكتشاف

اكتشاف موجات الضوء المستقطبة سبقه عمل العديد من العلماء. في عام 1669، أبلغ العالم الدنماركي إي. بارثولين عن تجاربه مع بلورات الكلسبار (CaCO3)، والتي غالبًا ما كانت على شكل معين معين منتظم، والتي أحضرها البحارة العائدون من أيسلندا. لقد تفاجأ عندما اكتشف أن شعاع الضوء، عند مروره عبر بلورة، ينقسم إلى شعاعين (يُطلق عليهما الآن العادي وغير العادي). أجرى بارتولين دراسة شاملة لظاهرة الانكسار المزدوج التي اكتشفها، لكنه لم يتمكن من تقديم تفسير لها. بعد مرور عشرين عامًا على تجارب إي. بارثولين، جذب اكتشافه انتباه العالم الهولندي إتش. هويجنز. بدأ هو نفسه في التحقيق في خصائص بلورات الصاري الأيسلندية وقدم تفسيرًا لظاهرة الانكسار المزدوج بناءً على نظريته. نظرية الموجةسفيتا. في الوقت نفسه، قدم المفهوم المهم للمحور البصري للبلورة، عند الدوران حوله، لا يوجد تباين لخصائص البلورة، أي اعتمادها على الاتجاه (بالطبع، ليس كل البلورات لها مثل هذا المحور ). في تجاربه، ذهب هويجنز إلى أبعد من بارثولين، حيث مرر كلا الشعاعين الخارجين من بلورة الصاري الأيسلندية عبر بلورة ثانية مماثلة. اتضح أنه إذا كانت المحاور البصرية لكلا البلورات متوازية، فلن يحدث مزيد من التحلل لهذه الأشعة. إذا تم تدوير الشكل المعيني الثاني 180 درجة حول اتجاه انتشار الشعاع العادي، فعند المرور عبر البلورة الثانية، يتعرض الشعاع الاستثنائي لإزاحة في الاتجاه المعاكس للازاحة في البلورة الأولى، وسيخرج كلا الشعاعين من هذه البلورة. نظام متصل في شعاع واحد. وتبين أيضًا أنه اعتمادًا على الزاوية بين المحاور البصرية للبلورات، تتغير شدة الأشعة العادية وغير العادية. هذه الدراسات جعلت هويغنز يقترب من اكتشاف ظاهرة استقطاب الضوء، لكنه لم يتمكن من اتخاذ الخطوة الحاسمة، إذ كان يفترض في نظريته أن موجات الضوء طولية. لشرح تجارب H. Huygens، طرح I. Newton، الذي التزم بالنظرية الجسيمية للضوء، فكرة عدم وجود التماثل المحوري لشعاع الضوء وبالتالي اتخذ خطوة مهمة نحو فهم استقطاب الضوء . في عام 1808، لاحظ الفيزيائي الفرنسي إي. مالوس، وهو ينظر من خلال قطعة من الصاري الأيسلندي إلى نوافذ قصر لوكسمبورغ في باريس متلألئة بأشعة الشمس الغاربة، لدهشته أنه في موضع معين من البلورة توجد صورة واحدة فقط كان مرئيا. بناءً على هذه التجارب وغيرها وبالاعتماد على نظرية نيوتن الجسيمية للضوء، اقترح أن الجسيمات في ضوء الشمس تكون موجهة بشكل عشوائي، ولكن بعد الانعكاس من أي سطح أو المرور عبر بلورة متباينة الخواص فإنها تكتسب اتجاهًا معينًا. ووصف هذا الضوء "المنظم" بأنه مستقطب.

معلمات ستوكس

تمثيل الاستقطاب من حيث معلمات ستوكس على مجال بوانكاريه

بشكل عام، تحتوي الموجة أحادية اللون المستوية على استقطاب إهليلجي يميني أو يساري. يتم تحديد الخصائص الكاملة للقطع الناقص من خلال ثلاث معلمات، على سبيل المثال، أنصاف أطوال جوانب المستطيل الذي تم إدراج القطع الناقص فيه أ 1 , أ 2 وفرق الطور φ، أو أنصاف محاور القطع الناقص أ , بوالزاوية ψ بين المحور سوالمحور الرئيسي للقطع الناقص. من الملائم وصف موجة مستقطبة إهليلجيًا بناءً على معلمات ستوكس:

, ,

ثلاثة منهم فقط مستقلون، لأن الهوية حقيقية:

إذا قدمنا ​​الزاوية المساعدة χ، المحددة بالتعبير (العلامة تتوافق مع الاستقطاب الأيمن والأيسر)، فيمكننا الحصول على التعبيرات التالية لمعلمات ستوكس:

وبناء على هذه الصيغ، من الممكن توصيف استقطاب موجة الضوء بطريقة هندسية بصرية. في هذه الحالة، يتم تفسير معلمات ستوكس على أنها الإحداثيات الديكارتية لنقطة تقع على سطح كرة نصف قطرها. الزوايا ولها معنى الإحداثيات الزاوية الكروية لهذه النقطة. تم اقتراح هذا التمثيل الهندسي بواسطة بوانكاريه، ولهذا السبب تسمى هذه الكرة بمجال بوانكاريه.

إلى جانب، يتم أيضًا استخدام معلمات Stokes المقيسة. للضوء المستقطب .

انظر أيضا

الأدب

• أخمانوف إس إيه، نيكيتين إس يو. - البصريات الفيزيائية الطبعة الثانية م.- 2004.
• Born M., Wolf E. – أساسيات البصريات، الطبعة الثانية، المنقحة، العابرة. من الانجليزية، م. - 1973

ملحوظات

مؤسسة ويكيميديا.

2010.

انظر ما هو "استقطاب الضوء" في القواميس الأخرى: فيز. الخصائص البصرية الإشعاع، الذي يصف التباين العرضي لموجات الضوء، أي عدم تكافؤ التحلل. الاتجاهات في مستوى عمودي على شعاع الضوء. تم الحصول على المؤشرات الأولى للتباين العرضي لشعاع الضوء...

الموسوعة الفيزيائية

الموسوعة الحديثةاستقطاب الضوء - استقطاب الضوء، انتظام في اتجاه ناقل الشدة للمجالين الكهربائي E و المغناطيسي H لموجة الضوء في مستوى متعامد مع انتشار الضوء. يُميّز بين الاستقطاب الخطي للضوء عندما يبقى E ثابتاً... ...

القاموس الموسوعي المصوراستقطاب الضوء

- الاستقطاب خاصية للضوء تتميز بالترتيب المكاني والزماني لاتجاه النواقل المغناطيسية والكهربائية. ملاحظات 1. تختلف حسب أنواع الترتيب: الاستقطاب الخطي، الإهليلجي... ... - (خط العرض من بولس). خاصية أشعة الضوء التي عند انعكاسها أو انكسارها تفقد قدرتها على الانعكاس أو الانكسار مرة أخرى في اتجاهات معروفة. قاموسكلمات أجنبية ، المدرجة في اللغة الروسية. تشودينوف أ.ن. ... ...

قاموس الكلمات الأجنبية للغة الروسية انتظام في اتجاه متجهات الشدة للمجالين الكهربائي E والمجال المغناطيسي H لموجة ضوئية في مستوى متعامد مع شعاع الضوء. يتم التمييز بين الاستقطاب الخطي للضوء عندما يحافظ E على اتجاه ثابت (مسطح ... ...

القاموس الموسوعي الكبير- انتظام اتجاه ناقل المجال الكهرومغناطيسي للموجة الضوئية في مستوى متعامد مع اتجاه انتشار شعاع الضوء؛ تم استخدام مبدأ P. في تصميم المجهر الاستقطابي [Arefyev V.A., Lisovenko L.A.... ... دليل المترجم الفني

انتظام في اتجاه متجهات الشدة للمجالين الكهربائي E والمجال المغناطيسي H لموجة ضوئية في مستوى متعامد مع شعاع الضوء. يتم التمييز بين الاستقطاب الخطي للضوء عندما يحافظ E على اتجاه ثابت (مسطح ... ... القاموس الموسوعي

الاستقطاب الاستقطاب [للضوء]. انتظام اتجاه ناقل المجال الكهرومغناطيسي لموجة الضوء في مستوى متعامد مع اتجاه انتشار شعاع الضوء ؛ يتم استخدام مبدأ P. في تصميم المجهر الاستقطابي... البيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة. القاموس التوضيحي.

القاموس الموسوعي المصور- حالة استقطاب البيانات: engl. استقطاب الضوء vok. الاستقطاب الضوئي، f rus. استقطاب الضوء، و برانك. استقطاب الضوء، f … نهاية فيزيائية

في موراكفيري

إن ظاهرة استقطاب الضوء، التي تمت دراستها في مقررات الفيزياء بالمدارس والكليات، تظل في ذاكرة الكثير منا كظاهرة غريبة تجد تطبيقًا في التكنولوجيا، ولكن لا يتم مواجهتها في الحياة اليوميةظاهرة بصرية. يوضح الفيزيائي الهولندي ج. كينين في مقالته المنشورة في مجلة Natuur en Techniek أن هذا بعيد كل البعد عن الحقيقة - فالضوء المستقطب يحيط بنا حرفيًا.

العين البشرية حساسة للغاية للون (أي الطول الموجي) وسطوع الضوء، ولكن السمة الثالثة للضوء، وهي الاستقطاب، لا يمكن الوصول إليها عمليا. نحن نعاني من «عمى الاستقطاب».

وفي هذا الصدد، فإن بعض ممثلي عالم الحيوان أكثر تقدما منا. على سبيل المثال، يميز النحل استقطاب الضوء وكذلك اللون أو السطوع. وبما أن الضوء المستقطب غالبا ما يوجد في الطبيعة، فقد تم منحهم الفرصة لرؤية شيء ما في العالم من حولهم، وهو أمر لا يمكن الوصول إليه على الإطلاق للعين البشرية.

من الممكن أن نشرح للإنسان ما هو الاستقطاب بمساعدة مرشحات ضوئية خاصة، فيستطيع أن يرى كيف يتغير الضوء إذا "طرحنا" الاستقطاب منه، لكن يبدو أننا لا نستطيع تخيل صورة العالم "من خلاله". عيون النحلة” (خاصة وأن رؤية الحشرات تختلف عن رؤية الإنسان وفي كثير من النواحي الأخرى).

أرز. 1.رسم تخطيطي لبنية المستقبلات البصرية عند البشر (يسار) والمفصليات (يمين). في البشر، توجد جزيئات رودوبسين بشكل عشوائي في ثنايا الغشاء داخل الخلايا، في المفصليات - على نمو الخلايا، في صفوف مرتبة

الاستقطاب هو اتجاه اهتزازات موجة الضوء في الفضاء. وتكون هذه الاهتزازات متعامدة مع اتجاه حركة شعاع الضوء. جسيم الضوء الأولي (كم الضوء) هو موجة يمكن مقارنتها، من أجل الوضوح، بموجة ستمتد على طول حبل، إذا قمت بمصافحة الطرف الآخر بيدك، بعد تأمين أحد طرفيه. يمكن أن يختلف اتجاه اهتزاز الحبل اعتمادًا على الاتجاه الذي يهتز فيه الحبل. وبنفس الطريقة، يمكن أن يكون اتجاه اهتزاز الموجة الكمومية مختلفًا. يتكون شعاع الضوء من العديد من الكمات. إذا كانت اهتزازاتها مختلفة، فإن هذا الضوء لا يكون مستقطبًا، ولكن إذا كانت جميع الكمات لها نفس الاتجاه تمامًا، فإن الضوء يسمى مستقطبًا تمامًا. يمكن أن تختلف درجة الاستقطاب اعتمادًا على جزء الكم الموجود فيه والذي له نفس اتجاه الاهتزاز.

هناك مرشحات تنقل فقط ذلك الجزء من الضوء الذي يتم توجيه موجاته بطريقة معينة. إذا نظرت إلى الضوء المستقطب من خلال هذا المرشح وفي نفس الوقت قمت بتدوير المرشح، فسوف يتغير سطوع الضوء المنقول. سيكون الحد الأقصى عندما يتزامن اتجاه انتقال المرشح مع استقطاب الضوء والحد الأدنى عندما تكون هذه الاتجاهات متباعدة تمامًا (90 درجة).

يمكن للمرشح اكتشاف استقطاب أكبر من حوالي 10%، كما تكتشف المعدات الخاصة استقطابًا بنسبة 0.1%.

تُباع مرشحات الاستقطاب، أو بولارويد، في متاجر مستلزمات التصوير الفوتوغرافي. إذا نظرت من خلال هذا المرشح إلى سماء زرقاء صافية (عندما تكون غائمة، يكون التأثير أقل وضوحًا) على بعد حوالي 90 درجة من اتجاه الشمس، أي أن الشمس على الجانب وفي نفس الوقت قم بتدوير الفلتر بمرور الوقت، ثم يمكنك أن ترى بوضوح أنه في موضع معين من الفلتر في السماء يظهر شريط داكن. ويشير هذا إلى استقطاب الضوء المنبعث من هذا الجزء من السماء.بالتناوب من خلال مرشحات الألوان المختلفة، لاحظ أن صورة العالم تتغير إلى حد ما.

على سبيل المثال، من خلال مرشح أحمر، ستبدو زهرة الخشخاش الحمراء على خلفية من العشب الأخضر مختلفة؛ ومن خلال مرشح أصفر، ستبرز السحب البيضاء بقوة أكبر على خلفية سماء زرقاء. لكن المرشحات لن تساعد الشخص المصاب بعمى الألوان على فهم كيف يبدو عالم الشخص الذي يعاني من رؤية الألوان. مثلما تخبر مرشحات الألوان الشخص المصاب بعمى الألوان، يمكن لمرشح الاستقطاب أن يخبرنا فقط أن الضوء لديه بعض الخصائص التي لا تراها العين.

ويمكن ملاحظة استقطاب الضوء القادم من السماء الزرقاء بالعين المجردة. وفقًا للفيزيائي السوفييتي الشهير إس.آي. فافيلوف، 25...30% من الناس لديهم هذه القدرة، رغم أن الكثير منهم لا يدركون ذلك.

عند مراقبة سطح ينبعث منه ضوء مستقطب (على سبيل المثال، نفس السماء الزرقاء)، قد يلاحظ هؤلاء الأشخاص شريطًا أصفر باهتًا بنهايات مستديرة في منتصف مجال الرؤية.

أرز. 2.

البقع المزرقة في وسطها وعلى طول الحواف تكون أقل وضوحًا.

إذا كان مستوى استقطاب الضوء يدور، فإن الشريط الأصفر يدور. وهو دائمًا متعامد مع اتجاه اهتزازات الضوء. وهذا ما يسمى برقم هايدنجر، اكتشفه الفيزيائي الألماني هايدنجر عام 1845.

يمكن تطوير القدرة على رؤية هذا الرقم إذا تمكنت من ملاحظته مرة واحدة على الأقل. ومن المثير للاهتمام أنه في عام 1855، كتب ليو تولستوي (“الشباب”، الفصل الثاني والثلاثون)، دون أن يكون على دراية بمقالة هايدنغر، التي نُشرت قبل تسع سنوات في مجلة فيزيائية ألمانية: “... أترك الكتاب قسريًا وأنظر في الكتاب”. باب مفتوح للشرفة، في الأغصان المتعرجة المعلقة لأشجار البتولا الطويلة، والتي يغرب عليها ظل المساء بالفعل، وفي السماء الصافية، حيث تظهر فجأة بقعة صفراء مغبرة وتختفي مرة أخرى... كانت هذه هي قدرة الكاتب العظيم على الملاحظة.

أرز. 3.

في الضوء المستقطب في دائرة (دائرية)، يتم ملتوية هذا المستوى في الفضاء بواسطة المسمار (3). رسم تخطيطي مبسط يشرح سبب استقطاب الضوء المنعكس (4). كما قلنا سابقًا، يمكن تقليل جميع مستويات التذبذب الموجودة في الشعاع إلى اثنتين، ويتم عرضها بواسطة الأسهم. ينظر أحد الأسهم إلينا ويكون مرئيًا لنا بشكل تقليدي كنقطة. بعد انعكاس الضوء، يتزامن أحد اتجاهات التذبذبات الموجودة فيه مع الاتجاه الجديد لانتشار الحزمة، ولا يمكن توجيه التذبذبات الكهرومغناطيسية على طول مسار انتشارها.

يمكن رؤية شخصية هايدنجر بشكل أكثر وضوحًا عند النظر إليها من خلال مرشح أخضر أو ​​أزرق.

إن استقطاب الضوء المنبعث من السماء الصافية هو مجرد مثال واحد على ظاهرة الاستقطاب في الطبيعة. هناك حالة شائعة أخرى وهي استقطاب الضوء المنعكس، مثل الوهج الموجود على سطح الماء أو علب العرض الزجاجية.

في الواقع، تم تصميم مرشحات بولارويد الفوتوغرافية بحيث يتمكن المصور، إذا لزم الأمر، من إزالة هذه الوهج المتداخل (على سبيل المثال، عند تصوير الجزء السفلي من مسطح مائي ضحل أو تصوير اللوحات ومعروضات المتحف المحمية بالزجاج). يعتمد عمل البولارويدات في هذه الحالات على حقيقة أن الضوء المنعكس مستقطب بدرجة أو بأخرى (تعتمد درجة الاستقطاب على زاوية سقوط الضوء وبزاوية معينة تختلف باختلاف المواد - وهكذا - تسمى زاوية بروستر - الضوء المنعكس مستقطب بالكامل). إذا نظرت الآن إلى الوهج من خلال مرشح بولارويد، فليس من الصعب تحديد دوران الفلتر الذي يقمع الوهج بشكل كامل أو كبير.

يتيح لك استخدام مرشحات بولارويد في النظارات الشمسية أو الزجاج الأمامي إزالة الوهج المزعج والمسبب للعمى من سطح البحر أو الطريق السريع الرطب.

لماذا ينعكس الضوء والضوء المتفرق من السماء مستقطبا؟ إن الإجابة الكاملة والدقيقة رياضيًا على هذا السؤال تقع خارج نطاق منشور علمي صغير مشهور (يمكن للقراء العثور عليها في الأدبيات، والتي توجد قائمة بها في نهاية المقالة). يرجع الاستقطاب في هذه الحالات إلى حقيقة أن الاهتزازات حتى في الحزمة غير المستقطبة تكون بالفعل "مستقطبة" بمعنى معين: فالضوء، على عكس الصوت، ليس اهتزازات طولية، بل عرضية. لا توجد تذبذبات في الحزمة على طول مسار انتشارها (انظر الرسم البياني). يتم توجيه تذبذبات كل من المكونات المغناطيسية والكهربائية للموجات الكهرومغناطيسية في الحزمة غير المستقطبة في جميع الاتجاهات من محورها، ولكن ليس على طول هذا المحور. يمكن اختزال جميع اتجاهات هذه الاهتزازات إلى اتجاهين متعامدين بشكل متبادل. عندما ينعكس الشعاع من المستوى، يتغير اتجاهه ويصبح أحد اتجاهي الاهتزاز "ممنوعًا"، لأنه يتزامن مع الاتجاه الجديد لانتشار الحزمة. يصبح الشعاع مستقطبا. في المادة الشفافة، يتعمق جزء من الضوء، وينكسر، ويكون الضوء المنكسر مستقطبًا أيضًا، وإن كان بدرجة أقل من الضوء المنعكس.

إن ضوء السماء المنتشر ليس أكثر من ضوء الشمس الذي خضع لانعكاسات متعددة من جزيئات الهواء، وانكسر في قطرات الماء أو بلورات الجليد. لذلك، في اتجاه معين من الشمس يكون مستقطبا. لا يحدث الاستقطاب فقط مع الانعكاس الاتجاهي (على سبيل المثال، من سطح الماء)، ولكن أيضًا مع الانعكاس المنتشر. وبالتالي، باستخدام مرشح بولارويد، من السهل التحقق من أن الضوء المنعكس من سطح الطريق السريع مستقطب. في هذه الحالة، هناك اعتماد مذهل: كلما كان السطح أغمق، كلما زاد استقطاب الضوء المنعكس منه.

وتسمى هذه العلاقة بقانون أوموف، نسبة إلى الفيزيائي الروسي الذي اكتشفها عام 1905. وفقًا لقانون أوموف، يكون الطريق السريع الإسفلتي أكثر استقطابًا من الطريق الخرساني، والطريق الرطب أكثر استقطابًا من الطريق الجاف. السطح المبلل ليس فقط أكثر لمعانًا، ولكنه أيضًا أغمق من السطح الجاف.

لاحظ أن الضوء المنعكس من سطح المعادن (بما في ذلك المرايا - لأن كل مرآة مغطاة بطبقة رقيقة من المعدن) غير مستقطب. ويرجع ذلك إلى الموصلية العالية للمعادن، وذلك بسبب احتوائها على الكثير من الإلكترونات الحرة. يحدث انعكاس الموجات الكهرومغناطيسية من هذه الأسطح بشكل مختلف عن الأسطح العازلة وغير الموصلة للكهرباء.

تم اكتشاف استقطاب ضوء السماء في عام 1871 (وفقًا لمصادر أخرى حتى في عام 1809)، ولكن لم يتم تقديم تفسير نظري مفصل لهذه الظاهرة إلا في منتصف قرننا هذا. ومع ذلك، كما اكتشف المؤرخون الذين يدرسون الملاحم الإسكندنافية القديمة لرحلات الفايكنج، استخدم البحارة الشجعان منذ ما يقرب من ألف عام استقطاب السماء للتنقل. عادة ما يبحرون مسترشدين بالشمس، ولكن عندما تكون الشمس مخفية خلف السحب المستمرة، وهو أمر غير شائع في خطوط العرض الشمالية، نظر الفايكنج إلى السماء من خلال "حجر الشمس" الخاص، مما جعل من الممكن رؤية شريط داكن في السماء 90 درجة من اتجاه الشمس إذا لم تكن السحب كثيفة. من هذا الشريط يمكنك الحكم على مكان وجود الشمس. يبدو أن "حجر الشمس" هو أحد المعادن الشفافة ذات الخصائص الاستقطابية (على الأرجح صاري أيسلندا، منتشر في شمال أوروبا)، ويفسر ظهور شريط أغمق في السماء بحقيقة أنه على الرغم من عدم رؤية الشمس خلف الشمس، السحب، أي أن ضوء السماء يخترق السحب، ويظل مستقطبًا إلى حد ما. منذ عدة سنوات، ولاختبار هذا الافتراض للمؤرخين، طار طيار بطائرة صغيرة من النرويج إلى جرينلاند، مستخدمًا فقط بلورة من معدن الكورديريت المستقطب للضوء كجهاز ملاحي.

لقد قيل بالفعل أن العديد من الحشرات، على عكس البشر، ترى استقطاب الضوء. يستخدم النحل والنمل، ليس أسوأ من الفايكنج، هذه القدرة على التنقل في الحالات التي تكون فيها الشمس مغطاة بالغيوم. ما الذي يمنح عين الحشرة هذه القدرة؟

كما لوحظت تأثيرات استقطاب غريبة في الظواهر البصرية السماوية النادرة مثل قوس قزح والهالات. تم اكتشاف حقيقة أن ضوء قوس قزح شديد الاستقطاب في عام 1811. من خلال تدوير مرشح بولارويد، يمكنك جعل قوس قزح غير مرئي تقريبًا. ضوء الهالة مستقطب أيضًا - دوائر أو أقواس مضيئة تظهر أحيانًا حول الشمس والقمر.

إلى جانب الانكسار، يشارك انعكاس الضوء في تكوين قوس قزح والهالات، وكلتا العمليتين، كما نعلم بالفعل، تؤدي إلى الاستقطاب. بعض أنواع الشفق القطبي مستقطبة أيضًا.وأخيرًا، تجدر الإشارة إلى أن ضوء بعض الأجسام الفلكية يكون مستقطبًا أيضًا. معظم مثال مشهور– سديم السرطان في كوكبة الثور. الضوء الذي تنبعث منه يسمى إشعاع السنكروترون، والذي يحدث عندما تتباطأ الإلكترونات سريعة الحركة.

المجال المغنطيسي