Жарықтың поляризациясы. Малюс заңы

Жарық поляризациясы. Табиғи жарық пен поляризацияланған жарық.

Жарық толқындары электромагниттік толқындардың бір түрі. Жарық

толқындарының өрісін электр векторы (Е) мен магнит векторы ()арқылысипаттауға болады. Бұл вектор өзара жəне толқын таралатын бағытқаперпендикуляр болатындығы белгілі. Жарық толқыны өрісінің векторы үздіксізөзгеріп, яғни ұдайы тербеліп тұрады. Жарықтың фотохимиялық əсері (Е) электрвекторы əсеріне байланысты. Сондықтан бұл вектор кейде жарық векторы деп театалады. Жарық тербелістері делінгенде осы тербелісі айтылады. Жарық толқынының интенсивтілігі, яғни 1 сек. Толқын таралатын бағытқа перпендикуляр1 см2 ауданнан өтетін жарық энергиясынның мөлшері, оның электр векторыныңамплитудаларының квадратвна тура пропорционал болады. Жарық толқындарызаттың атомдары мен молекулаларында жүріп жатқан кенйбір процесстер нəтижесінде пайда болады. өте кішкене жарық көзі құрамында сансыз көп атомдар болады. Олардың əрқайсысы шығаратын жарық толқындарының элетр векторының бағыттары əртүрлі, сонымен қабат бір атомның шығарған жарық толқындарының электр векторының бағыты да өзгеріп тұрады. Сөйтіп, жарық толқынының электр векторы түрлі жаққа бағытталған, яғни ол сан алуан жазықтықта тербелуі мүмкін. Мұнда бір бағыттың басқа бағыттардан артықшылығы болмайды. Өрісінің электр векторы кеңістікте осылай түрлі бағытта орналасқан жарық – табиғи жарық деп аталады. Табиғи жарық толқындарының барлық бағытта интенсивтігі бірдей болады. Белгілі жағдайда жарық толқыны векторы тек бір белгілі бағытта ғана тербелуі мүмкін. Осындай жарық – толық поляризацияланған жарық деп аталады. Электр векторының тербеліс бағыты мен сол тербелістер таралатын бағыт арқылы өтетін жазықтың поляризацияланған жарықтың тербеліс жазықтығы, оған перпендикуляр жазықтық – поляризациялану жазықтығы деп аталады. Егер жарық векторы тербелістері бір ғана жазықтықта болып жатса, ондай жарық жазықша поляризацияланған жарық деп аталады. Жарықтың поляризациялану құбылысын тəжірибе жасап байқауға болады, бұл құбылысты, мыс., жарық турмалин пластинкадан өткенде байқау оңай. Турмалин кристалынан оның осіне параллель етіп жарып алынған мөлдір жұқа пластинка алып, оған табиғи ақ жарық түсірейік. Сонда ол қоңырлау жасыл түсті болып көрінеді. Егер оны түскен сəуле бағытымен дəл келетін осьтен айналдырсақ, өткен жарық интенсивтілігі өзгермейді. Дəл сондай тағы бір турмалин пластинка алып, оны алғашқы пластинканың жанына 1, а – суретте көрсетілгендей, яғни олардың ХХ осьтерін параллель етіп қойсақ, онда жарық пластинкалардың екеуінен де өтеді, бірақ оның интенсивтілігі бұрынғысынан гөрі сəл бəсеңдейді, себебі жарықты бір пластинкадан гөрі екі пластинка көбірек жұтады. Енді турмалин пластинкалардың біреуін, мыс., ІІ пластинканы, сəулемен дəл келетін осьтен айналдырсақ, өткен жарық интесивтілігі кеми бастайды, олардың ХХ осі бір-біріне перпендикуляр болса (1, б – сурет), жарық ІІ пластинкадан өтпейді. Бұған қарағанда І турмалин пластинка тек бір белгілі бағытта, мыс., ХХ осьтері бағытында болатын жарық тербелістерін ғана өткізеді. ІІ турмалин пластинка ондай тербелістерді бөгейді.Сөйтіп, турмалин пластинкасынан өткен жарық толқынының электр векторы белгілі бір жазықтықта тербеледі, демек табиғи жарық турмалиннан өткенде поляризацияланады. Бұл тəжірибелер жарық тербелістерінің көлденең тербелістер екендігін дəлелдейді. Біз қарастырған мысалда І турмалин пластинка поляризатор, ІІ турмалин пластинка анализатор деп аталады. Қабаттастыра қойылған екі турмалин пластинкадан жарықтың өтіп-өтпеуі сол пластинкалардың белгілі жазықтықтарының өзара қалай орналасқандығына байланысты. Жарықтың шағылуы жəне сыну кезінде поляризациялануы. Тəжірибеге қарағанда, жарық екі ортаның шекарасында шағылғанда жəне сынғанда азды-көпті поляризацияланады. Жарықтың мөлдір екі диэлектрлік орта шекарасында поляризациялануына тоқталайық. Табиғи жарық шоғы параллель жазық шыны пластинка бетінен шағылғандағы поляризациялануын қарастырайық. Мыс.,

ММ қоңыр шыны пластинканың О нүктесіне i бұрыш жасап түскен

SO сəуле одан шағылып, жолындағы T1 турмалин пластинкадан өтетін болсын. Егер осы пластинканы шағылған OS1 сəулеге дəл келетін осьтен айналдырсақ, шағылған жарық интенсивтілігінің өзгергендігін байқаймыз. Егер түсу бұрышы 0 i ≈ 56 болса, турмалин пластинканы толық бір айналдырғанда шағылған жарық интенсивтілігі екі рет нольге теңеледі, яғни жарық екі рет сөнеді. Мұның себебі: шыныдан шағылған жарық поляризацияланған болғаны. Мұнда шыны пластинка поляризатор, турмалин пластинка анализатор болып табылады. Осындай зерттеулер нəтижесіне қарағанда шағылған жарық түсу жазықтығында поляризацияланады. Жазық параллель шыны пластинкадан шағылған жарықтың поляризациялану күйін зерттегенде анализатор етіп 2 – жазық параллель пластинканы алуға болады. Табиғи жарықтың 1O1 S сəулесі M1N1 жазық параллель шыны пластинкадан шағылған соң дəл сондай M2N2 шыны пластинкаға түсіп, 2-рет шағылсын, жарықтың бұлардан шағылу бұрыштары бірдей ()1 i′ = i′ болсын, M2N2 пластинканы O1O2 сəулемен дəл келетін осьтен айналдырғанда одан шағылған жарықтың интенсивтілігі өзгереді. Сондажарықтың M1N1 жəне M2N2 пластинкаларға түсу жазықтықтары бір-біріне параллель болған жағдайда M2N2 пластинкадан шағылған жарықтың интенсивтілігі максималь болады, егер сол түсу жазықтықтары өзара перпендикуляр болса, онда шағылған жарық интенсивтілігі минималь болады. Бұған қарағанда M1N1 пластинкадан шағылған жарық түсу жазықтығында поляризацияланған, яғни оның электр векторы түсу жазықтығына перпендикуляр бағытта тербеледі. Егер жазықтың осы шыны пластинкалардың əрқайсысына түсу бұрышы 0 i ≈ 56 жəне оларға жарықтың түсу жазықтықтары бір-біріне перпендикуляр болса, онда M2N2 пластинкадан жарық мүлде шағылмайды. Бұл жағдайда шағылған жарық толық поляризацияланған болады; сондағы түсу бұрышы (0i) толық поляризациялану бұрышы, немесе брюстер бұрышы деп аталады. Əрбір мөлдір диэлектрик ортаның өзіне тəн толық поляризациялану бұрышы болады. Брюстердің (1815 ж.) тағайындалуы бойынша жарықтың толық поляризациялану бұрышының тангенсі жарық шағылатын ортаның жарық сыну көрсеткішіне тең: tg = n n - салыстырмалы сыну көрсеткіші. Бұл қорытынды Брюстер заңы деп аталады. Бұл заңды жарықтек диэлектриктер (шыны, кварц, су, т.б.) бетінен шағылғанда ғана қолдануға болады. Жалпы, жарық екі мөлдір ортаның шекарасында əрі шағылады, əрі сынады. Сонда шағылған сəуле де сынған сəуле де поляризацияланады. Егер жарықтың түсу бұрышы Брюстер бұрышына тең болса, онда шағылған сəуле толық поляризацияланады. Сынған сəуле шала поляризацияланады. Мөлдір екі диэлектрлік шекара бетінен шағылған жарық интенсивтілігі, сондай-ақ сол жарық интенсивтілігінің түскен жарық интенсивтілігіне қатынасы, яғни шағылу коэффициенті, түскен жарықтың поляризациялану күйіне, оның түсу жəне сыну бұрышына тəуелді болады. Егер жарық толқынадарының электр векторы түсу жазықтығына перпендикуляр бағытта тербелсе (а – сурет), яғни жарық түсу жазықтығында поляризацияланған болса, онда шағылу коэффициенті () ρs мынадай формуламен өрнектеледі:

Егер жарық толқындарының электр векторы түсу жазықтығында тербелсе (б – сурет), яғни жарық түсу жазықтығына перпендикуляр жазықтықта поляризацияланған болса, онда шағылу коэффициенті () ρ p мынаған тең болады:

i мен r – түсу жəне сыну бұрышы. Бұл формулаларды Френель қорытып шығарғандықтан Френель формуласы деп аталады. Егер түскен жарық поляризацияланбаған болса, онда шағылу коэффициенті (ρ)мынадай формуламен өрнектеледі:

P=

Жарық екі диэлектриктің шекара бетіне тік түскен (i = 0) жағдайда шағылу коэффициенті мынаған тең болады: p= n – екі ортаның салыстырмалы сыну көрсеткіші.

Малюс заңы. Адамдардың жарықтың тегі жөніндегі танымы өте көп. 1808 жылы Франция ғылым академиясы жүлде сыйлығын дайындай отырып, сəуленің қосарланып сыну құбылысын тəжірибемен теория жүзінде талқылады. Дəл осы тұста, Франция инженері Малюс (1775-1812) 1808 жылдың бір қысқы кешінде үйінде отырып исландия тасы арқылы Париждегі Лушенбург сарайының терезесінен шағылысқан күн кескініне көз тастап қос кескін көреді. Бұл белгілі іс бола тұрса да, исландия тағы да айналдырып қалғанында, екі кескіннің жарық пен қараңғылық дəрежесінде де осыған сай өзгерістің болғаны, исландия тасы айналып белгілі орынға келгенде қос кескіннің бірі ғайып болғаны таңдандырады. Өз жаңалығына қуанған Малюс сол түні басқа жарық көздерін пайдаланып талай рет тəжірибе жасап көрді. Ол шам жарығын исландия тасынан өткізу, əрі оны су бетінде шағылыстыру арқылы исландия тасынан өткен екі шоқ жарық ° 36 бұрышпен су бетінде түскенде шам жалынының бір ғана кескіні көрінетінін байқады. Малюс жарық күшінің бағытқа сай өзгеретін мұндай құбылысын жарықтың поляризациялануы, мұндай жарықты “поляризациялық жарық” деп атайды. Малюс тəжірибесі адамдарға мынадай фактіні ұғындырады: табиғи жарық шағылысу жəне қосарланып сынумен бір уақытта поляризациялану барысын өздігінен жасайды, ал шағылысу мен қосарланып сыну, поляризацияны тудыру жəне поляризацияны тексеру ролін атқарады. Малюс жасаған тəжірибелерге терең талдау жасай отырып, мынадай тұжырымға келеді: интенсивтілігі ° I болған поляризацияланған жарықтың екінші кристалдан өткеннен кейінгі интенсивтілігі I болсын, сонда I мен 0 I арасында мынандай тəуелділік болады:

I=

Мұндағы α бірінші кристалл мен екінші кристалдың негізгі қима беттерінің бұрышы. Осы “Малюс заңы” деп аталады. Малюс, сəуленің қосарланып сыну құбылысын ең бірінші тəжірибе жəне теория жүзінде қайтадан дəлелдегендіктен жəне түсіндіргендіктен XIX ғасырдағы поляризацияланған құбылысты зерттеуге жол салушы болып есептеледі.

Дата добавления: 2015-10-29