1.8: ubaguzi

Last updated
Save as PDF

Page ID: 175435

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

Eleza mabadiliko katika kiwango kama mwanga polarized hupita kupitia chujio polarizing
Tumia athari za ubaguzi kwa kutafakari na angle ya Brewster
Eleza athari za ubaguzi kwa kutawanya
Eleza matumizi ya vifaa vya polarizing katika vifaa kama vile LCD

Miwani ya miwani ya polarizing ni ya kawaida kwa wengi wetu. Wana uwezo maalum wa kukata glare ya mwanga inayojitokeza kutoka maji au kioo (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Wana uwezo huu kwa sababu ya tabia ya wimbi la nuru inayoitwa polarization. Ubaguzi ni nini? Je, ni zinazozalishwa? Je, ni baadhi ya matumizi yake? Majibu ya maswali haya yanahusiana na tabia ya wimbi la mwanga.

Takwimu ina picha mbili za sehemu moja ya mto. Katika takwimu a, mawingu na anga hujitokeza ndani ya maji, na hivyo iwe vigumu kuona mawe chini ya mto. Katika takwimu b, kutafakari kwa anga haipo na chini ya mto inaweza kuonekana wazi zaidi. — Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Picha hizi mbili za mto zinaonyesha athari za chujio cha polarizing katika kupunguza glare katika mwanga unaoonekana kutoka kwenye uso wa maji. Sehemu (b) ya takwimu hii ilichukuliwa na chujio cha polarizing na sehemu (a) haikuwa. Matokeo yake, kutafakari kwa mawingu na anga kuzingatiwa katika sehemu (a) hazizingatiwi kwa sehemu (b). Miwani ya miwani ya polarizing ni muhimu sana kwenye theluji na maji. (mikopo na mikopo b: marekebisho ya kazi na “Amithshs” /Wikimedia Commons)

Sheria ya Malus

Mwanga ni aina moja ya wimbi la sumakuumeme (EM). Mawimbi ya EM ni mawimbi ya transverse yenye mashamba tofauti ya umeme na magnetic ambayo yanapungua kwa mwelekeo wa uenezi (Kielelezo \(\PageIndex{2}\)). Hata hivyo, kwa ujumla, hakuna maelekezo maalum ya kufuta mashamba ya umeme na magnetic; wao vibrate katika ndege yoyote nasibu oriented perpendicular kwa mwelekeo wa uenezi. Polarization ni sifa ambayo oscillations ya wimbi ina mwelekeo wa uhakika kuhusiana na mwelekeo wa uenezi wa wimbi. (Hii si aina moja ya ubaguzi kama ile kujadiliwa kwa mgawanyo wa mashtaka.) Mawimbi yenye mwelekeo kama huo inasemekana kuwa polarized. Kwa wimbi la EM, tunafafanua mwelekeo wa polarization kuwa mwelekeo sambamba na uwanja wa umeme. Hivyo, tunaweza kufikiria mishale shamba umeme kama kuonyesha mwelekeo wa ubaguzi, kama katika Kielelezo \(\PageIndex{2}\).

Sehemu ya wimbi la umeme linalohamia kwa kasi c linaonyeshwa kwa papo moja kwa wakati. Vipengele viwili vya vector, E na B, vinaonyeshwa na vinazingatia kila mmoja na kwa uongozi wa uenezi. Vectors inayowakilisha ukubwa na mwelekeo wa E, umeonyeshwa kama mishale ambayo mikia yake iko kwenye mstari wa uenezi wa wimbi, huunda wimbi la sine katika ndege moja. Vile vile, vectors B huunda wimbi la sine katika ndege perpendicular kwa wimbi E. Mawimbi ya E na B ni katika awamu. Mwelekeo wa polarization hutolewa na mwelekeo wa wadudu E. — Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Wimbi la EM, kama mwanga, ni wimbi la kuvuka. \(\overrightarrow{B}\)Mashamba ya umeme\(\overrightarrow{E}\) na magnetic yanapendekezwa na mwelekeo wa uenezi. Mwelekeo wa polarization ya wimbi ni mwelekeo wa uwanja wa umeme.

Kuchunguza hili zaidi, fikiria mawimbi ya transverse katika kamba zilizoonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{3}\). Kufutwa kwa kamba moja ni katika ndege ya wima na inasemekana kuwa polarized vertically. Wale katika kamba nyingine ni katika ndege ya usawa na ni usawa polarized. Ikiwa fungu la wima linawekwa kwenye kamba ya kwanza, mawimbi hupita. Hata hivyo, kupasuka kwa wima huzuia mawimbi ya polarized ya usawa. Kwa mawimbi ya EM, mwelekeo wa shamba la umeme ni sawa na mvuruko kwenye kamba.

Kielelezo inaonyesha mawimbi juu ya kamba wima oscillating kwamba kupita katika watakata wima. Oscillation wima ni mwelekeo wa polarization. Kielelezo b kinaonyesha mawimbi kwenye kamba ya kusonga kwa usawa ambayo haipiti kupitia mtego sawa wa wima. Oscillation ya usawa ni mwelekeo wa polarization. — Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Oscillations transverse katika kamba moja (a) ni katika ndege wima, na wale katika kamba nyingine (b) ni katika ndege usawa. Ya kwanza inasemekana kuwa ya polarized vertically, na nyingine inasemekana kuwa usawa polarized. Slits ya wima hupita mawimbi ya polarized ya wima na kuzuia mawimbi ya usawa

Jua na vyanzo vingine vingi vya mwanga huzalisha mawimbi ambayo yana mashamba ya umeme katika maelekezo ya random (Kielelezo\(\PageIndex{1a}\)). Mwanga huo unasemekana kuwa unpolarized, kwa sababu linajumuisha mawimbi mengi na maelekezo yote iwezekanavyo ya polarization. Polaroid vifaa-ambayo walikuwa zuliwa na mwanzilishi wa Polaroid Corporation, Edwin Ardhi-kitendo kama watakata polarizing kwa mwanga, kuruhusu ubaguzi tu katika mwelekeo mmoja kupita katika. Filters za polarizing zinajumuisha molekuli ndefu iliyokaa katika mwelekeo mmoja. Kama sisi kufikiri ya molekuli kama slits wengi, sawa na wale kwa kamba oscillating, tunaweza kuelewa kwa nini mwanga tu na ubaguzi maalum unaweza kupata kupitia. Mhimili wa chujio cha polarizing ni mwelekeo ambao chujio hupita uwanja wa umeme wa wimbi la EM.

Kielelezo a inaonyesha mwembamba bluu mshale akizungumzia nje ya ukurasa na haki kwamba ni kinachoitwa mwelekeo wa ray. Nane mishale nyekundu zinatokana na hatua juu ya ray na kinachoitwa kama wadudu E. mishale haya yote ni katika ndege perpendicular kwa ray na ni enhetligt kusambazwa karibu ray. Wao ni kinachoitwa kama anayewakilisha ubaguzi random. Katika takwimu b, ray sawa lakini ndefu inavyoonyeshwa na mishale hiyo nyekundu inayotoka kwenye hatua karibu na mwisho wa kushoto wa ray. Mbali na haki juu ya ray sawa ni mstatili mwembamba na slits sita sawa spaced wima. Mstatili huu ni kinachoitwa polarizing filter. Mshale wa wima unaoongozwa mara mbili juu ya uso wake umeandikwa mhimili. Na haki ya filter, unaozingatia ray, ni moja ya bluu mara mbili inaongozwa mshale oriented wima kwamba ni kinachoitwa E na mwelekeo wa ubaguzi. — Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Mshale mwembamba unawakilisha mwanga wa mwanga usio na unpolarized. Mishale ya ujasiri inawakilisha mwelekeo wa polarization ya mawimbi ya mtu binafsi inayojenga ray. (a) Kama mwanga ni unpolarized, mishale inaelekeza katika pande zote. (b) Filter polarizing ina mhimili polarization kwamba vitendo kama mtakata kupita katika mashamba ya umeme sambamba na mwelekeo wake. Mwelekeo wa polarization ya wimbi la EM hufafanuliwa kuwa mwelekeo wa uwanja wake wa umeme.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\) inaonyesha athari za filters mbili polarizing juu ya mwanga awali unpolarized. Chujio cha kwanza kinapunguza mwanga pamoja na mhimili wake. Wakati axes ya filters ya kwanza na ya pili ni iliyokaa (sambamba), basi mwanga wote polarized kupita na filter kwanza pia kupita na chujio pili. Ikiwa chujio cha pili cha polarizing kinazungushwa, sehemu tu ya mwanga sambamba na mhimili wa pili wa chujio hupitishwa. Wakati axes ni perpendicular, hakuna mwanga unaopitishwa na chujio cha pili.

Takwimu hii inaonyesha vielelezo vitatu vya nuru iliyopangwa kwa nasibu inayopitia filters mbili za polarizing, moja baada ya nyingine, katika mwelekeo mbalimbali. Katika takwimu a, filters mbili zina shoka zinazoelekezwa sambamba na kila mmoja, katika b mhimili wa chujio cha pili ni pembe ya kati, kati ya sifuri na digrii tisini, kwa kwanza, na katika c mhimili wa chujio cha pili ni perpendicular kwa kwanza. kwanza (sambamba) na mwisho (perpendicular) mipango. Katika mipango yote, mwanga wa chanzo ni nasibu polarized, unaonyeshwa na mishale ya vector E inayoonyesha kila mwelekeo katika ndege perpendicular kwa mwelekeo wa uenezi wa ray. Katika mipango yote, mwanga uliopita kupitia chujio cha kwanza, ambacho mhimili wake unaelekezwa kwa wima, ni wima polarized, unaonyeshwa na mishale ya vector E ambayo inaelezea tu juu na chini. Katika takwimu a, mwanga wote wa polarized hupitishwa na chujio cha pili cha polarizing, ambacho mhimili wake ni sawa na wa kwanza, na bado umewekwa kwa wima. Katika sura ya b, baadhi tu ya nuru hupitishwa na chujio cha pili cha polarizing, ambacho mhimili wake umefungwa jamaa na wa kwanza. Mwanga uliopita chujio cha pili ni polarized katika mwelekeo wa mhimili wa pili wa chujio, na ukubwa wa E umepunguzwa. Katika sura ya c, ambapo shaba za chujio zinapatikana kwa kila mmoja, hakuna mwanga unaopita kupitia chujio cha pili. Kielelezo c inaonyesha picha ya filters tatu za mviringo za macho zilizowekwa juu ya muundo mkali wa rangi. Mbili ya filters hizi ni mahali karibu na kila mmoja na ya tatu ni kuwekwa juu ya wengine wawili ili katikati ya tatu ni katika hatua ambapo kingo ya filters mbili chini ya kugusa. Mwanga fulani hupita kupitia ambapo chujio cha juu kinaingilia mkono wa kushoto chini ya chujio. Hakuna mwanga unaopita ambapo chujio cha juu kinapindua chujio cha chini cha mkono wa kulia. — Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Athari za kupokezana filters mbili za polarizing, ambapo kwanza hupunguza mwanga. (a) Nuru yote ya polarized inapitishwa na chujio cha pili cha polarizing, kwa sababu mhimili wake ni sawa na wa kwanza. (b) Kama chujio cha pili kinachozungushwa, sehemu tu ya mwanga hupitishwa. (c) Wakati chujio cha pili kinapingana na kwanza, hakuna mwanga unaopitishwa. (d) Katika picha hii, chujio cha polarizing kinawekwa juu ya wengine wawili. Mhimili wake ni perpendicular kwa chujio upande wa kulia (eneo la giza) na sambamba na chujio upande wa kushoto (eneo nyepesi). (mikopo d: mabadiliko ya kazi na P.P Urone)

Sehemu tu ya wimbi la EM sambamba na mhimili wa chujio hupitishwa. Hebu wito angle kati ya mwelekeo wa ubaguzi na mhimili wa chujio. Ikiwa uwanja wa umeme una amplitude E, basi sehemu inayoambukizwa ya wimbi ina amplitude\(E\cos θ \) (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Kwa kuwa ukubwa wa wimbi ni sawia na amplitude yake ya mraba, ukubwa I wa wimbi la kuambukizwa linahusiana na wimbi la tukio

\ [I=I_0\ cos^2\ studio { Sheria ya Malus}\ nonumber\]

\(I_0\)wapi ukubwa wa wimbi la polarized kabla ya kupita kupitia chujio. Ulinganisho huu unajulikana kama sheria ya Malus.

Takwimu hii inatoa maelezo ya ziada kwa schematics ya takwimu mbili zilizopita. Katika takwimu hii, moja tu ya wadudu E wa nuru ya chanzo cha nasibu polarized huonyeshwa upande wa kushoto wa chujio cha polarizing kilichoelekezwa kwa wima, pamoja na sehemu ya vector hiyo inayofanana na chujio. Vector E iko kwenye pembe ya theta kwa wima. Sehemu ya wima ya vector E ni E cosine theta. Baada ya kupitia chujio, mwanga una E tu wima, na ukubwa E cosine theta. — Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Filter polarizing transmits tu sehemu ya wimbi sambamba na mhimili wake, kupunguza kiwango cha mwanga wowote si polarized sambamba na mhimili wake.

Hii Open Chanzo Fizikia uhuishaji husaidia taswira wadudu shamba umeme kama mwanga kukutana filter polarizing. Unaweza mzunguko filter-kumbuka kwamba angle kuonyeshwa ni katika radians. Unaweza pia kugeuza uhuishaji kwa taswira ya 3D.

Mfano \(\PageIndex{1}\): Kuhesabu Upungufu wa Upeo kwa Filter ya Polarizing

Ni angle gani inayohitajika kati ya mwelekeo wa mwanga wa polarized na mhimili wa chujio cha polarizing ili kupunguza kiwango chake kwa 90.0%?

Mkakati

Wakati kiwango kinapungua kwa 90.0%, ni 10.0% au 0.100 mara thamani yake ya awali. Hiyo ni, I = 0.100I ₀. Kutumia habari hii, equation I = I ₀ cos ² ε inaweza kutumika kutatua kwa angle inahitajika.

Suluhisho

Kutatua sheria Malus (Equation\ ref {Sheria Malus}) kwa\(\cos θ\) na kubadilisha na uhusiano kati ya mimi na mimi ₀ anatoa

\[\cos θ=\dfrac{I}{I_0}=\frac{0.100I_0}{I_0}=0.3162. \nonumber \]

Kutatua kwa\(θ\) mavuno

\[θ=\cos^{−1}0.3162=71.6°. \nonumber \]

Umuhimu

Pembe kubwa kati ya mwelekeo wa polarization na mhimili wa chujio inahitajika ili kupunguza kiwango cha 10.0% ya thamani yake ya awali. Hii inaonekana busara kulingana na majaribio na filamu polarizing. Inashangaza kwamba kwa pembe ya 45°, kiwango kimepungua hadi 50% ya thamani yake ya awali. Kumbuka kuwa 71.6° ni 18.4° kutokana na kupunguza kiwango hadi sifuri, na kwamba kwa pembe ya 18.4°, kiwango kinapungua hadi 90.0% ya thamani yake ya awali, ikitoa ushahidi wa ulinganifu.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Ingawa hatukubainisha mwelekeo katika Mfano\(\PageIndex{1}\), hebu sema chujio cha polarizing kilizungushwa mwendo wa saa na 71.6° ili kupunguza kiwango cha mwanga kwa 90.0%. Je, itapunguza kiwango gani ikiwa chujio cha polarizing kilizungushwa kinyume na 71.6°?

Jibu: pia 90.0%

Ubaguzi kwa kutafakari

Kwa sasa, labda unaweza nadhani kwamba miwani ya polarizing kukata glare katika mwanga uliojitokeza, kwa sababu mwanga huo ni polarized. Unaweza kuangalia hii mwenyewe kwa kufanya miwani polarizing mbele yako na kuzunguka yao wakati kuangalia mwanga yalijitokeza kutoka maji au kioo. Unapozunguka miwani ya jua, utaona nuru inapata mkali na nyepesi, lakini sio nyeusi kabisa. Hii inamaanisha mwanga uliojitokeza ni sehemu ya polarized na hauwezi kuzuiwa kabisa na chujio cha polarizing.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\) unaeleza nini kinatokea wakati mwanga unpolarized ni yalijitokeza kutoka uso. Mwanga wa polarized kwa wima hupendekezwa kwa uso, hivyo mwanga unaoonekana unasalia zaidi ya usawa polarized. Sababu za uzushi huu ni zaidi ya upeo wa maandishi haya, lakini mnemonic rahisi ya kukumbuka hii ni kufikiria mwelekeo wa polarization kuwa kama mshale. Ubaguzi wa wima ni kama mshale perpendicular kwa uso na ni zaidi ya fimbo na si yalijitokeza. Ubaguzi usawa ni kama mshale bouncing upande wake na ni zaidi ya kuwa yalijitokeza. Miwani ya miwani yenye shaba za wima hivyo kuzuia mwanga unaoonekana zaidi kuliko mwanga usio na polarized kutoka vyanzo vingine.

Takwimu ni mchoro unaoonyesha kizuizi cha kioo katika hewa. Uso wa kutafakari ni usawa. Ray iliyoandikwa mwanga usio na polarized huanza upande wa kushoto wa juu na hupiga katikati ya block, kwa pembe theta moja kwa wima. Ukizingatia juu ya tukio hili ray ni mbili mbili inaongozwa mishale, moja usawa na nyingine wima. Kutoka mahali ambapo ray hii inapiga kizuizi kioo, mionzi miwili inatokea. Moja ni ray iliyojitokeza ambayo inakwenda juu na kulia kwa pembe ya theta moja kwa wima, na pili ni ray iliyokatwa ambayo inakwenda chini na kulia kwa pembe ya theta mbili kwa wima. Nuru iliyojitokeza imeandikwa kama sehemu ya polarized sambamba na uso. Mishale miwili iliyoongozwa mara mbili, sawa na yale yaliyo kwenye ray ya tukio, huonyeshwa katikati ya ray iliyojitokeza, lakini mshale wa wima ni mfupi sana kuliko usawa. Ray refracted ni kinachoitwa kama sehemu polarized perpendicular kwa uso. Mishale miwili iliyoongozwa mara mbili, sawa na yale yaliyo kwenye ray ya tukio, inavyoonekana katikati ya ray iliyojitokeza, lakini mshale usio na usawa ni mfupi sana kuliko moja ya wima. kumbuka inaonyesha kwamba wakati theta moja sawa angle Brewster ya, angle kati ya yalijitokeza na refracted ray ni digrii tisini. — Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Ubaguzi kwa kutafakari. Nuru isiyo na polarized ina kiasi sawa cha polarization wima na usawa. Baada ya kuingiliana na uso, vipengele vya wima vinapendekezwa kufyonzwa au kukataliwa, na kuacha mwanga uliojitokeza zaidi kwa usawa. Hii ni sawa na mishale inayovutia pande zao na kuacha, wakati mishale inayovutia juu ya vidokezo vyao huenda kwenye uso.

Kwa kuwa sehemu ya mwanga ambayo haijaonekana imefutwa, kiasi cha polarization inategemea fahirisi za kukataa kwa vyombo vya habari vinavyohusika. Inaweza kuonyeshwa kuwa mwanga uliojitokeza umewekwa kabisa kwa pembe ya kutafakari η _b iliyotolewa na

\[tan \, θ_b=\frac{n_2}{n_1} \nonumber \]

ambapo n ₁ ni kati ambayo tukio hilo na limejitokeza kusafiri mwanga na n ₂ ni index ya kukataa ya kati ambayo huunda interface inayoonyesha mwanga. Equation hii inajulikana kama sheria Brewster na _b inajulikana kama angle Brewster, jina lake baada ya karne ya kumi na tisa Scottish mwanafizikia ambaye aligundua yao.

Hii Open Chanzo Fizikia uhuishaji inaonyesha tukio, yalijitokeza, na refracted mwanga kama rays na EM mawimbi. Jaribu kupokezana uhuishaji kwa taswira ya 3D na pia ubadili angle ya matukio. Karibu na angle ya Brewster, nuru iliyojitokeza inakuwa yenye polarized.

Mfano \(\PageIndex{2}\): Kuhesabu Polarization kwa kutafakari

(a) Ni angani gani mwanga wa kusafiri hewa kuwa polarized kabisa usawa wakati inaonekana kutoka maji? (b) Kutoka kioo?

Mkakati

Yote tunayohitaji kutatua matatizo haya ni fahirisi za kukataa. Air ina n ₁ =1.00, maji ina n ₂ =1.333, na kioo cha taji kina n ₂ =1.520. Equation\(tan \, θ_b=\frac{n_2}{n_1}\) inaweza kutumika moja kwa moja ili kupata _{ε b} katika kila kesi.

Suluhisho

a Kuweka kiasi kinachojulikana katika equation

\[\tan \, θ_b=\frac{n_2}{n_1} \nonumber \]

anatoa

\[\tan \, θ_b=\frac{n_2}{n_1}=\frac{1.333}{1.00}=1.333. \nonumber \]

Kutatua kwa angle _b mavuno

\[θ_b=tan^{−1}1.333=53.1°. \nonumber \]

b Vile vile, kwa kioo taji na hewa,

\[tan \, θ′_b=\frac{n′_2}{n_1}=\frac{1.520}{1.00}=1.52. \nonumber \]

Hivyo,

\[θ′_b=tan^{−1}1.52=56.7°. \nonumber \]

Umuhimu

Mwanga yalijitokeza katika pembe hizi inaweza kuwa imefungwa kabisa na chujio nzuri polarizing uliofanyika na mhimili wake wima. Pembe ya Brewster kwa maji na hewa ni sawa na yale ya kioo na hewa, ili miwani ya miwani iwe sawa kwa mwanga unaojitokeza kutoka ama maji au kioo chini ya hali kama hiyo. Mwanga usiojitokeza unakataa kwenye vyombo vya habari hivi. Kwa hiyo, katika angle ya tukio sawa na angle ya Brewster, nuru iliyokataliwa ni polarized kidogo kwa wima. Sio polarized kabisa kwa wima, kwa sababu sehemu ndogo tu ya mwanga wa tukio inaonekana, hivyo kiasi kikubwa cha mwanga wa usawa wa polarized ni refracted.

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

Nini kinatokea katika angle Brewster kama awali tukio mwanga tayari 100% wima polarized?

Jibu: Kutakuwa na kukataa tu lakini hakuna kutafakari.

Maelezo ya Atomiki ya Filters za Polarizing

Filters za polarizing zina mhimili wa polarization ambao hufanya kama fungu. Kipande hiki kinapita mawimbi ya EM (mwanga unaoonekana mara nyingi) ambayo yana shamba la umeme linalofanana na mhimili. Hii ni kukamilika kwa molekuli ndefu iliyokaa perpendicular kwa mhimili, kama inavyoonekana katika Kielelezo \(\PageIndex{8}\).

Takwimu inaonyesha mfano wa stack ya molekuli za muda mrefu zinazofanana. Mhimili wa wima hutolewa juu ya molekuli. — Kielelezo\(\PageIndex{8}\): Molekuli ndefu zimeunganishwa perpendicular kwa mhimili wa chujio cha polarizing. Katika wimbi la EM, sehemu ya shamba la umeme perpendicular kwa molekuli hizi hupita kupitia chujio, wakati sehemu inayofanana na molekuli inachukuliwa.

Kielelezo\(\PageIndex{9}\) unaeleza jinsi sehemu ya uwanja umeme sambamba na molekuli ndefu ni kufyonzwa. Wimbi la EM linajumuisha mashamba ya umeme na magnetic. Shamba la umeme lina nguvu ikilinganishwa na shamba la magnetic na linafaa zaidi katika kutumia nguvu kwa mashtaka katika molekuli. Chembe zilizoathiriwa zaidi ni elektroni, kwani raia za elektroni ni ndogo. Ikiwa elektroni inalazimika kufuta, inaweza kunyonya nishati kutoka kwa wimbi la EM. Hii inapunguza shamba katika wimbi na, kwa hiyo, inapunguza kiwango chake. Katika molekuli ndefu, elektroni zinaweza kusonga kwa urahisi sambamba na molekuli kuliko mwelekeo wa perpendicular. Electroni zimefungwa kwa molekuli na zimezuiwa zaidi katika harakati zao perpendicular kwa molekuli. Hivyo, elektroni zinaweza kunyonya mawimbi ya EM ambayo yana sehemu ya uwanja wao wa umeme sambamba na molekuli. Electroni ni kidogo sana msikivu kwa mashamba ya umeme perpendicular kwa molekuli na kuruhusu mashamba haya kupita. Hivyo, mhimili wa chujio cha polarizing ni perpendicular kwa urefu wa molekuli.

Kielelezo a inaonyesha kuchora kwa molekuli ndefu. Wimbi la umeme linapita kupitia molekuli. Mwelekeo wa uenezi wa wimbi ni perpendicular kwa mhimili wa Masi na oscillations ya wimbi ni sawa na mhimili wa Masi. Electroni hutembea sambamba na urefu wa molekuli. Baada ya kupitisha molekuli ndefu, amplitude ya oscillations ya wimbi imepungua sana. Kielelezo b kinaonyesha kuchora sawa, isipokuwa kwamba wimbi linazunguka perpendicular kwa mhimili wa molekuli ndefu. Electroni hutembea kwa kiasi kikubwa kwa urefu wa molekuli. Baada ya kupitisha molekuli ndefu, ukubwa wa oscillation ya wimbi la EM haubadilika. — Kielelezo\(\PageIndex{9}\): Mchoro wa elektroni katika molekuli ndefu inayozunguka sambamba na molekuli. Kufutwa kwa elektroni inachukua nishati na kupunguza kiwango cha sehemu ya wimbi la EM linalofanana na molekuli.

Ubaguzi kwa kueneza

Kama kushikilia miwani yako polarizing mbele yako na mzunguko yao wakati kuangalia anga ya bluu, utaona anga kupata mkali na hafifu. Hii ni dalili wazi kwamba mwanga uliotawanyika na hewa ni sehemu ya polarized. Kielelezo\(\PageIndex{10}\) husaidia kuonyesha jinsi hii inatokea. Kwa kuwa mwanga ni wimbi la EM linalobadilika, linajitokeza elektroni za molekuli za hewa perpendicular kwa mwelekeo ambao unasafiri. Kisha elektroni huangaza kama antenna ndogo. Kwa kuwa wao ni oscillating perpendicular kwa mwelekeo wa mwanga ray, wao kuzalisha mionzi EM ambayo ni polarized perpendicular kwa mwelekeo wa ray. Wakati wa kuangalia mwanga kando ya mstari perpendicular kwa ray ya awali, kama ilivyo katika takwimu, hawezi kuwa na ubaguzi katika mwanga uliotawanyika sambamba na ray ya awali, kwa sababu hiyo itahitaji ray ya awali kuwa wimbi longitudinal. Pamoja na maelekezo mengine, sehemu ya polarization nyingine inaweza kufanywa kando ya mstari wa kuona, na mwanga uliotawanyika ni sehemu tu ya polarized. Zaidi ya hayo, kutawanya nyingi inaweza kuleta mwanga kwa macho yako kutoka pande nyingine na inaweza kuwa na polarizations tofauti.

Takwimu inaonyesha kueneza kwa mwanga usio na polarized na molekuli. Kama kawaida, mionzi inawakilishwa na mishale ya bluu ya moja kwa moja na maelekezo ya shamba la umeme na mishale nyekundu iliyoongozwa mara mbili. Nuru ya tukio la unpolarized ina vectors ya shamba la umeme inayozunguka pande zote katika ndege perpendicular kwa mwelekeo wa uenezi wa mionzi ya mwanga. Molekuli hutawanya nuru pande zote. Mwanga ambao umetawanyika katika mwelekeo sawa na mwanga wa tukio unabaki unpolarized. Mwanga waliotawanyika katika mwelekeo perpendicular mwelekeo kama tukio mwanga ni polarized perpendicular kwa ndege inavyoelezwa na tukio hilo na rays kutawanyika. Mwanga ambao umetawanyika katika mwelekeo wa kati ni sehemu ya polarized. Sehemu ya umeme perpendicular kwa ndege ina amplitude kubwa kuliko shamba sambamba na ray tukio. — Kielelezo\(\PageIndex{10}\): Ubaguzi kwa kutawanya. Nuru isiyo na polarized inayotenganishwa kutoka kwa molekuli za hewa huzunguka elektroni zao kwa mwelekeo wa ray ya awali. Kwa hiyo mwanga uliotawanyika una ubaguzi perpendicular kwa mwelekeo wa awali na hakuna sambamba na mwelekeo wa awali.

Picha za anga zinaweza kuwa giza na filters za polarizing, hila inayotumiwa na wapiga picha wengi kufanya mawingu kuwa nyepesi kwa kulinganisha. Kueneza kutoka kwa chembe nyingine, kama vile moshi au vumbi, pia kunaweza polarize mwanga. Kuchunguza ubaguzi katika mawimbi ya EM yaliyotawanyika inaweza kuwa chombo muhimu cha uchambuzi katika kuamua chanzo cha kueneza.

Madhara mbalimbali ya macho hutumiwa katika miwani ya jua. Mbali na kuwa polarizing, miwani inaweza kuwa rangi ya rangi iliyoingia ndani yao, wakati wengine kutumia ama nonreflective au kutafakari mipako. Maendeleo ya hivi karibuni ni lenses za photochromic, ambazo huwa giza katika jua na kuwa wazi ndani ya nyumba. Lenses photochromic ni iliyoingia na molekuli hai microcrystalline kwamba mabadiliko ya mali zao wakati wa wazi kwa UV katika jua, lakini kuwa wazi katika taa bandia na hakuna UV.

Fuwele za maji na madhara mengine ya ubaguzi katika Vifaa

Ingawa wewe ni bila shaka kufahamu maonyesho kioevu kioo (LCD) kupatikana katika saa, calculators, skrini ya kompyuta, simu za mkononi, televisheni gorofa screen, na maeneo mengine mengi, unaweza kuwa na ufahamu kwamba wao ni msingi ubaguzi. Fuwele za kiowevu huitwa hivyo kwa sababu molekuli zao zinaweza kuendana hata ingawa ziko kwenye kiowevu. Fuwele za kiowevu zina mali ambazo zinaweza kugeuza ubaguzi wa mwanga unaopitia kwa 90°. Zaidi ya hayo, mali hii inaweza akageuka mbali na matumizi ya voltage, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{11}\). Inawezekana kuendesha tabia hii haraka na katika mikoa ndogo, iliyoelezwa vizuri ili kuunda mifumo tofauti tunayoona katika vifaa vingi vya LCD.

Katika televisheni za LCD za gorofa, mwanga mkubwa huzalishwa nyuma ya TV. Mwanga husafiri kwenye skrini ya mbele kupitia mamilioni ya vitengo vidogo vinavyoitwa saizi (vipengele vya picha). Moja ya haya ni inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{11}\). Kila kitengo kina seli tatu, na filters nyekundu, bluu, au kijani, kila kudhibitiwa kwa kujitegemea. Wakati voltage katika kioo kioevu imezimwa, kioo kioevu hupita mwanga kupitia chujio fulani. Tunaweza kutofautiana tofauti ya picha kwa kutofautiana nguvu ya voltage iliyotumiwa kwenye kioo kioevu.

Kielelezo a ni mfano wa ray ya mwanga awali unpolarized kupitia polarizer wima, kisha kipengele kinachoitwa L C D hakuna voltage tisini shahada mzunguko, na hatimaye polarizer usawa. Awali unpolarized mwanga inakuwa wima polarized baada polarizer wima, kisha kuzungushwa digrii tisini kipengele L C D ili usawa polarized, basi hupita kupitia polarizer usawa. Kielelezo b ni sawa isipokuwa kwamba kipengele L C D kinachoitwa voltage juu ya, hakuna mzunguko. Nuru inayotoka kwenye kipengele cha L C D ni hivyo kwa wima polarized na haipiti kupitia polarizer ya usawa, na kufanya kanda mahali hapa giza. Hatimaye, katika sura c, picha inavyoonyeshwa kwenye kompyuta ya kompyuta iliyo wazi ili uweze kuona skrini yake, iliyopo na ina icons na madirisha inayoonekana. — Kielelezo\(\PageIndex{11}\): (a) mwanga polarized ni kuzungushwa 90° na kioo kioevu na kisha kupita kwa filter polarizing ambayo ina mhimili wake perpendicular kwa mwelekeo wa ubaguzi awali. (b) Wakati voltage inatumiwa kwenye kioo kioevu, mwanga wa polarized haukuzungushwa na umezuiwa na chujio, na kufanya eneo liwe giza ikilinganishwa na mazingira yake. (c) LCD zinaweza kufanywa rangi maalum, ndogo, na kwa haraka ya kutosha kutumia kwenye kompyuta za kompyuta na TV.

Fuwele nyingi na ufumbuzi huzunguka ndege ya polarization ya mwanga kupita kwao. Dutu hizo zinasemekana kuwa kazi ya macho. Mifano ni pamoja na maji ya sukari, insulini, na collagen (Kielelezo\(\PageIndex{11}\)). Mbali na kutegemea aina ya dutu, kiasi na mwelekeo wa mzunguko hutegemea mambo mengine kadhaa. Miongoni mwa haya ni mkusanyiko wa dutu hii, umbali wa nuru husafiri kwa njia hiyo, na wavelength ya mwanga. Shughuli ya macho ni kutokana na sura isiyo ya kawaida ya molekuli katika dutu hii, kama vile kuwa helical. Mipangilio ya mzunguko wa mwanga wa polarized kupita kwa njia ya vitu hivyo inaweza kutumika kupima viwango, mbinu ya kawaida kwa sukari. Inaweza pia kutoa taarifa juu ya maumbo ya molekuli, kama vile protini, na mambo yanayoathiri maumbo yao, kama vile halijoto na pH.

Takwimu inaonyesha ray ya awali isiyo na unpolarized ya mwanga ambayo hupita kupitia vipengele vitatu vya macho. Ya kwanza ni chujio cha polarizing wima, hivyo shamba la umeme ni wima baada ya ray kupita kwa njia hiyo. Next inakuja block kwamba ni kinachoitwa optically kazi dutu. Shamba la umeme linatoka nje ya kizuizi kinachozungushwa na theta ya angle kwa heshima na wima. Hatimaye, ray hupita kupitia polarizer mwingine wima kwamba ni labeled analyzer. Sehemu ya mwisho ya umeme ni wima polarized tena. — Kielelezo\(\PageIndex{11}\). Shughuli ya macho ni uwezo wa vitu vingine kugeuza ndege ya polarization ya mwanga kupita kwao. Mzunguko hugunduliwa na chujio cha polarizing au analyzer.

Kioo na plastiki hufanya kazi kwa macho wakati unasisitizwa: shida kubwa, athari kubwa zaidi. Uchunguzi wa dhiki ya macho juu ya maumbo ngumu unaweza kufanywa kwa kufanya mifano ya plastiki yao na kuziangalia kupitia filters zilizovuka, kama inavyoonekana kwenye Kielelezo \(\PageIndex{12}\). Ni dhahiri kwamba athari inategemea wavelength pamoja na dhiki. Utegemezi wa wavelength wakati mwingine pia hutumiwa kwa madhumuni ya kisanii.

Takwimu inaonyesha picha ya lens ya plastiki ambayo inafungwa na kamba. Mwelekeo wa upinde wa mvua huonekana, kuonyesha deformation ya lens. Mikoa ya rangi imeelezwa na curves za giza zinazounganisha vituo vya kando ya lens. — Kielelezo\(\PageIndex{13}\): Optical stress uchambuzi wa lens plastiki kuwekwa kati polarizers walivuka. (mikopo: “Infopro” /Wikimedia Commons)

Jambo lingine la kuvutia linalohusishwa na mwanga wa polarized ni uwezo wa fuwele fulani kupasua boriti isiyo na polarized ya mwanga ndani ya mihimili miwili iliyopigwa. Hii hutokea kwa sababu kioo ina thamani moja kwa index ya refraction ya mwanga polarized lakini thamani tofauti kwa index ya refraction ya mwanga polarized katika mwelekeo perpendicular, ili kila sehemu ina angle yake mwenyewe ya refraction. Fuwele hizo zinasemekana kuwa zimefungwa, na, wakati zimeunganishwa vizuri, mihimili miwili ya perpendicularly polarized itatoka kutoka kioo (Kielelezo\(\PageIndex{14}\)). Fuwele za birefringent zinaweza kutumika kuzalisha mihimili ya polarized kutoka mwanga usio na polarized. Baadhi ya vifaa vya bierfringent preferentially kunyonya moja ya polarizations. Vifaa hivi huitwa dichroic na vinaweza kuzalisha polarization na ngozi hii ya upendeleo. Hii ni kimsingi jinsi filters polarizing na polarizers nyingine kazi.

takwimu inaonyesha usawa, unpolarized ray ya tukio mwanga juu ya kuzuia kinachoitwa birefringent kioo. Ray ni perpendicular kwa uso wa kioo ambapo inaingia. Ray tukio hilo linagawanyika katika mionzi miwili inapoingia kioo. Sehemu moja ya ray inaendelea moja kwa moja. Ray hii ni usawa polarized. Sehemu nyingine ya ray hueneza kwenye. Ray hii ni wima polarized. Ray ya pili inakataza juu ya kuondoka kioo kama vile mionzi miwili ni sambamba nje ya kioo. Mionzi hiyo imeandikwa kama mihimili miwili iliyopigwa kwa perpendicularly. — Kielelezo\(\PageIndex{14}\): Vifaa vya Birefringent, kama vile calcite ya kawaida ya madini, imegawanyika mihimili isiyo na polarized ya mwanga ndani ya mbili na maadili mawili tofauti ya index ya kukataa.