uabooks.top

Az emberi szem a fény két fontos jellemzőjét képes érzékelni: a színt (a fénysugár hosszát) és a megvilágítás szintjét (a fényhullám energiáját). A fény rendelkezik egy harmadik jellemzővel is, mégpedig a polarizáltság mértékével, amit szemünk, a méhekétől eltérően, nem érzékel. A polarizáció felfedezése egyértelműen arról tanúskodik, hogy a fény - keresztirányú (transzverzális) hullám.

Hogyan van polarizálva a természetes fény?

A fényhullám a kölcsönösen merőleges síkokban rezgő E térerősségvektorral és В mágneses indukcióvektorral jellemezhető. Azt a síkot, amelyben az E vektor rezeg, rezgősíknak nevezzük. Azt a síkot, amelyben а В végez rezgéseket, polarizációs síknak mondjuk.

Az egyes atomok és molekulák elektromágneses hullámokat bocsátanak ki, amelyek számára az E, tehát а В vektorok rezgősíkja is egyértelműen meghatározott (32.1. ábra). Viszont bármely világító test óriási mennyiségű részecskéből áll. Sugárzásuk független a velük szomszédos részecske sugárzásától, tehát

egyikük É vektorának rezgősíkja sem függ a másikétól. Az ilyen test által kibocsátott teljes sugárzásban nagyszámú, különbözőképpen orientált rezgősík található, az E rezgésének átlagos amplitúdója pedig bármely síkban azonos. Az ilyen fényt természetesnek vagy nem sarkítottnak nevezzük.

Ha a természetes fény útjába polarizátort helyezünk - olyan berendezést, amely az E vektor rezgésének csak meghatározott síkjában lévő fényhullámokat engedi át, akkor az azon áthaladó fény E vektorának rezgése csak a fény terjedésére merőleges síkban megy végbe (32.2, ábra). Az ilyen fényt lineárisan polárosnak (sarkítottnak) vagy síkpolárosnak nevezzük (a lineárisan polároson kívül egyéb fajtái is léteznek a polarizációnak, viszont azokkal nem foglalkozunk).

Hogyan állítható elő polarizált fény?

Megvizsgáljuk a fény polarizálásának (sarkításának) néhány példáját.

1. Már a XVII. század végén felismerték, hogy az izlandi pát kristálya kettéosztja a rajta áthaladó fénynyalábot. Ez a jelenség, amely a monokristályok többségénél megfigyelhető, a kettőstörés elnevezést kapta (32.3. ábra).

Interferenciakép létrehozása két megtört nyaláb egymásra helyezése által negatív eredményt hozott, noha a nyalábok koherensek. Ez a tény azzal magyarázható, hogy a megtört nyalábok kölcsönösen merőleges irányokban polarizáltak: az

1. nyalábban az E vektor rezgése a fényterjedés síkjában történik (nyilak jelzik); a 2. nyalábban — a fény terjedésre merőleges síkon (pontok jelzik).

2. Ha a turmalinkristályból az optikai tengelye mentén kimetszenek egy lemezt, akkor a lemez csak azokat a fényhullámokat ereszti át, amelyek térerősségvektora párhuzamos a kristály optikai tengelyével. Ez a jelenség az első lemez síkjával párhuzamos síkban forgatott másik ilyen lemez segítségével figyelhető meg.

A kristályok optikai tengelye közötti szög növelésével csökken a lemezeken átmenő fény intenzitása. Ha a kristályok tengelyei merőlegesek egymásra,

a fény egyáltalán nem megy át — elnyelődik. Ebben az esetben az első kristály látja el a polarizátor feladatát, a második pedig az analizátorét: a polarizátor a természetes fényből kiválasztja az E vektor egy rezgősíkjával rendelkező nyalábot, az analizátor pedig meghatározza azt a síkot, amelyen a polarizált nyalábban a rezgések történnek (32.4. ábra). A polarizátorokat és analizátorokat együttesen polaroi-doknak nevezzük.

A gyakorlatban polaroidok helyett üveg vagy celluloid lemezre felvitt speciális fóliákat használnak, például herapatitkristály fóliát.

3. A fény a dielektrikumtól való visszaverődésekor vagy annak felszínén történő megtörésekor részben polarizálódik. A visszavert hullámban az E vektor nagyobbrészt merőleges a beesési felületre, a megtört hullám esetében pedig a beesési síkban fekszik.

Brewster-törvény*: Minden átlátszó közegpár számára létezik egy olyan nagyságú a_B beesési szög, amelynél a visszavert fény síkpolarizált lesz:

ahol n₂1 — a 2. közeg 1. közeghez viszonyított törésmutatója.

Ezt a szöget Brewster-szögnek nevezzük. A Brewster-szögnél a visszavert és megtört sugarak kölcsönösen merőlegesek.

A visszaverődés sarkítottsága (például a víz felszínéről vagy a kirakat üvegéről) határozza meg az adott jelenség kiküszöbölésére használatos módszereket. Ha a visszaverődésre polaroid szűrőn keresztül nézünk, nem nehéz megtalálni a szűrőnek azt az elfordulási szögét, amelynél a visszaverődés teljesen vagy nagymértékben megszűnik. A polaroid szűrők felhasználása a fényképészetben, a napszemüvegek, szélvédő üvegek gyártásánál segít kiküszöbölni az üvegkirakatokról, a víz felszínéről vagy a nedves úttestről visszavert fényt.

* David Brewster (1781—1868) skót fizikus tiszteletére, aki 1815-ben fedezte fel ezt a törvényt.

Összegezés

Természetesnek (nem polarizáltnak) nevezzük azt a fényt, amelynek az É térerősségvektora bármely síkban rezeghet, a rezgések amplitúdója pedig minden síkban egyenlő.

Azt a fényt, amelynek az É térerősségvektora csak egy síkban rezeg, síkpolarizáltnak nevezzük. A fény polarizálásához speciális eszközt — polarizátort használnak.

A fény a dielektrikumtól való visszaverődésekor, illetve annak felszínén történő megtörésekor részben polarizálódik. Azt az a_B szöget, amelynél a visszavert hullám teljesen polarizálódik, Brewster-szögnek nevezzük, és a következő képlettel számíthatjuk ki: tga_B = ra₂₁, ahol n₂i ^— viszonyított törésmutató.

Ellenőrző kérdések

1. Miért nem polarizált a természetes fény? 2. Milyen fényt nevezünk síkpolarizáltnak? 3. Mondjatok példákat polarizációra! 4. Mi a polaroidok szerepe és funkciójuktól függően hogyan nevezzük őket? 5. Mi a Brewster-szög? 6. Milyen célból használják a polaroid szűrőket?

32. gyakorlat

1. Válasszatok ki egy helyes választ! A fény polarizációja azt bizonyítja, hogy a fény: a) képes megkerülni az akadályokat; b) elektromágneses hullám; c) transzverzális hullám; d) longitudinális hullám.

2. A világosított technika egyik alapfeladata - a megvilágítottság zökkenőmentes szabályozása. Erre létezik néhány módszer, például az izzólámpákban az áramerősség szabályozása reosztát segítségével; fény két polaroidon történő áteresztése, amelyek közül az egyik elfordulhat. Szerintetek mi az előnye, és a hátránya a fent említett módszereknek?

A fény az üveg felszínére 60° fokos szögben esik; a visszavert és megtört sugarak közötti szög 90°. Mennyi a törésmutatója ennek a típusú üvegnek? Mi a tulajdonsága a visszavert fénynek?

A horizonthoz viszonyítva mennyi a napsugarak beesési szöge, ha a vízről visszaverődve teljes egészében polarizálódnak?

5. A gépkocsivezetők tudják, mekkora veszélyt jelent, amikor a szembe jövő autók fényszórója elvakítja őket. A polarizáció jelenségének a felhasználásával találjatok ki olyan módszert, amivel ki lehetne küszöbölni ezt a veszélyt!

6. Járjatok utána, hogyan használják a polarizációt a vegyületek cukortartalmának megállapítására; hogyan „működnek” a polarizált szemüvegek; hogyan lehet Polaroid segítségével felderíteni a mechanikai feszültséget deformált mintában!

Kísérleti feladat

A fény polarizációjának van mechanikai megfelelője. Ha veszünk egy gumikötelet és a végét különböző irányokban mozgatva hullámokat gerjesztünk, akkor a résen áthaladva síkpolarizált hullámok jönnek létre. Ha a síkpolarizált hullám útjába újabb, az elsőre merőleges rést helyezünk, a hullám megszűnik (lásd az ábrát). Végezzetek el ti is hasonló kísérletet!

Fizika tankönyv 11. osztályosok szerzők Dovgy, Baryakhtar, Loktev