1 Питання
Промінь (світло) називається плоскополяризованим, або лінійнополяризованим, якщо в нього коливання вектора напруженості електричного поля світлової хвилі (Е ) відбувається весь час в одній площині. Природно, коливання вектора індукції магнітного поля хвилі ( В ) відбувається також весь час в одній площині, яка перпендикулярна до площини коливань вектора Е; площину, в якій коливається вектор В , умовно назвали площиною поляризації світла.
Існують і інші види поляризації — колова та еліптична, коли кінець вектора Е описує відповідно коло або еліпс у площині, перпендикулярній до напряму поширення світла (променя).
Явище поляризації свідчить про поперечність світлових хвиль.
Різні дії світла обумовлені, головним чином, коливанням вектора Е , і тому площину його коливань називають площиною світлових коливань, або коротко — площиною коливань.
У природному (неполяризованому) світлі представлені поперечні коливання у різних площинах і не існує якогось переважного їх напряму, тому вектор Е (і В ) хаотично змінюється, але залишається перпендикулярним до напряму поширення світла.
У частково поляризованому світлі амплітуда коливань вектора Е неоднакова для різних площин коливань.
Поляризоване світло отримують внаслідок пропускання природного світла крізь так звані поляризатори, якими можуть служити деякі кристали (турмаліну, кварцу, ісландського шпату та ін.), штучно виготовлені поляроїди, призми (Ніколя, Волластона); поляризація також відбувається при відбиванні світла на поверхні розділу двох діелектриків, причому виконується закон Брюстера: при падінні світла на поверхню розділу двох діелектриків під кутом, тангенс якого дорівнює відносному показнику заломлення цих двох середовищ, відбите світло буде повністю плоскополяризованим у площині, перпендикулярній до площини падіння: tgαБ=n21, де n21 — відносний показник заломлення світла двох діелектриків, αБ — кут Брюстера (кут повної поляризації світла); при цьому заломлений промінь буде частково поляризованим у площині падіння.
А налізатором світла може служити будь-який поляризатор. Якщо на ідеальний поляризатор (що не поглинає світла) падає природне світло інтенсивністю Іп то після
виходу з нього світло стає поляризованим і його інтенсивність (І0) зменшується вдвічі: І0=Іп/2.
Інтенсивність світла, що пройшло крізь послідовно розташовані поляризатор та аналізатор (див. мал.), залежить від кута між їх осями і при цьому виконується закон Малюса:
за відсутності поглинання інтенсивність світла, що пройшло крізь аналізатор (І), прямо пропорційна квадрату косинуса кута (α) між осями (або головними площинами) поляризатора й аналізатора: І = І0 cos2α, де І– інтенсивність світла, що пройшло крізь аналізатор, І0 – інтенсивність попередньо поляризованого світла, що падає на аналізатор.
Світло неба завжди частково поляризоване за рахунок його розсіювання в земній атмосфері; людське око не відрізняє поляризованого світла від природного (неполяризованого).
Поляроїди застосовуються на автотранспорті для захисту водіїв від засліплення світлом зустрічних транспортних засобів, у поляризаційних світлозахисних окулярах; у машинобудуванні і будівельній техніці явище поляризації використовується для вивчення розподілу механічних напруг у різних прозорих моделях. Деякі оптично-активні речовини – кристали (наприклад, кварц), рідини (скипидар), розчини (водний розчин цукру) – мають здатність повертати площину поляризації світла, що проходить крізь них; на властивості розчину цукру повертати площину поляризації світла заснована дія цукрометра (поляриметра) — приладу для визначення концентрації цукру в розчині.
Поляризація при відбиванні від діелектрика.
Нехай природний промінь SO падає на поверхню прозорого ізотропного діелектрика, наприклад, скляну пластинку (рис.). Світлові коливання природного променя завжди можна розкласти в двох взаємно перпендикулярних напрямах. Очевидно, результуючі вектори складових світлових коливань у цих напрямах в природному промені будуть за величиною однаковими. Тому природний промінь, що падає на пластинку, задається двома коливаннями: коливаннями вектора Е в площині рисунка (рисочками) і коливаннями, перпендикулярними до цієї площини (точками).
Досліди показують, що відбитий і заломлений промені на межі діелектрика стають частково поляризованими. У відбитому промені OS' переважаючими стають коливання, позначені точками, а в заломленому промені OS" — коливання, позначені рисками. В цьому можна переконатися, взявши другу скляну пластинку або дзеркало. Якщо дзеркало-аналізатор розмістити перпендикулярно до площини рисунка, то при будь-яких кутах падіння промінь OS' відбивається від нього, помітно не змінюючи інтенсивність. Навпаки, коли дзеркало розміщувати під будь-якими іншими кутами до поверхні пластинки, то можна помітити різке зменшення інтенсивності відбитого променя OS'.
З'ясуємо внутрішній механізм поляризації світла при відбиванні. Нехай це явища відбуваються на межі вакуум — діелектрик. Досягаючи діелектрика, виділені нами складові падаючої хвилі спричинюватимуть відповідні вимушені коливання електрично заряджених частинок атомів. На рис. коливання, що відбуваються в площині рисунка, позначені двосторонньою стрілкою А1 коливання, перпендикулярні до площини рисунка, позначені точкою А2. З електрики відомо, що такі коливання заряджених частинок будуть джерелами випромінювання плоскополяризованих електромагнітних хвиль. Подібно до мініатюрної антени максимум випромінювання їх відбувається в напрямі, перпендикулярному до напряму коливань. Графічно інтенсивність випромінювання розглядуваних частинок у різних напрямах відображена у вигляді пелюсток. Вторинні хвилі з коливаннями вектора Е2, перпендикулярними до площини рисунка, утворюють відбитий промінь; він буде переважно поляризованим, а при куті падіння Брюстера — повністю поляризованим.