Obr. 1: Elektromagnetická vlna

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Obr. 1: Elektromagnetická vlna"

Václav Král
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 svtla Svtlo Z teorie elektromagnetického pole již víte, že svtlo patí mezi elektromagnetická vlnní, a jako takové tedy má dv složky: elektrickou složku, kterou pedstavuje vektor intenzity elektrického pole E, a magnetickou, kterou tvoí vektor magnetické indukce B. Dále již víte, že ob složky jsou na sebe navzájem kolmé a ješt navíc jsou ob kolmé na smr šíení svtla. íkáme, že svtlo je píné elektromagnetické vlnní. Na obrázku. 1 se svtlo šíí v kladném smru osy x, vektor intenzity elektrického pole se promítá do osy y a vektor magnetické indukce do osy z. Ješt navíc platí, že u postupné vlny jsou oba tyto vektory ve fázi, tzn., že ob veliiny nabývají svých maximálních hodnot ve stejném okamžiku. Obr. 1: Elektromagnetická vlna Obecn platí, že vektor intenzity elektrického pole mže kmitat v libovolné kmitové rovin, tzn. že mže svírat s kladným smrem osy y libovolný úhel od 0 do 360. Takové svtlo oznaujeme jako nepolarizované viz obr. 2. (Také mžeme íct, že všechny kmitové roviny vektoru intenzity elektrického pole jsou stejn pravdpodobné.) Obr. 2: Nepolarizované svtlo (pevzato z Obr. 3: Lineárn polarizované svtlo (pevzato z Nás však bude zajímat, jestli mžeme njakým zpsobem donutit tento vektor kmitat v jedné urité, nejlépe pesn urené kmitové rovin -. Takové svtlo potom oznaujeme jako lineárn polarizované. Mžeme jej získat nkolika zpsoby: a) odrazem svtla; b) lomem svtla;

íkáme, že svtlo je píné elektromagnetické vlnní. Na obrázku. 1 se svtlo šíí v kladném smru osy x, vektor intenzity elektrického pole se promítá do osy y a vektor magnetické indukce do osy z.

2 c) dvojlomem; d) pomocí tzv. polaroid. odrazem Pedpokládejme, že na rovinné rozhraní dopadá nepolarizované svtlo pod úhlem dopadu. Víme, že se na tomto rozhraní svtlo odrazí pod úhlem (podle zákona odrazu svtla) a za uritých okolností (rozhraní prhledných nebo prsvitných prostedí, vhodný úhel dopadu) se mže také lámat do druhého prostedí. Odražený paprsek bude ásten lineárn polarizovaný a jeho vektor intenzity elektrického pole bude kmitat v rovin kolmé na rovinu dopadu (= bude kmitat v pímce rovnobžné s rovinou rozhraní). Stupe polarizace závisí na úhlu dopadu. Obr. 4: odrazem (pevzato z [5]) Za uritých okolností mže pi odrazu svtla nastat úplná lineární polarizace svtla. Jestliže bude svtlo dopadat pod tzv. Brewsterovým úhlem B, bude odražený paprsek úpln lineárn polarizován. Velikost Brewsterova úhlu závisí na indexu lomu n 2 prostedí, na kterém dochází k odrazu svtla. Pro jeho velikost platí rovnice: tg n. 2 Napíklad pro korunové sklo s indexem lomu 1,510 je velikost Brewsterova úhlu B Jestliže velikost Brewsterova úhlu závisí na indexu lomu rozhraní, musí záviset i na vlnové délce polarizovaného svtla. lomem Jestliže se pi dopadu svtla na rozhraní dvou prostedí svtlo láme a svtlo se šíí do druhého prostedí, dochází opt k ástené polarizaci svtla, piemž vektor intenzity elektrického pole kmitá v rovin dopadu (je kolmý na vektor intenzity elektrického pole odraženého svtla). Pi polarizaci lomem nikdy nedochází k úplné polarizaci svtla. dvojlomem V tzv. anizotropních látkách (zejména v anizotropních krystalech islandský vápenec, kemen a dalších látkách krystalizujících v soustav tverené, kosotverené, šesterené, jednoklonné a trojklonné) závisí rychlost svtla na smru šíení svtla. Dopadá-li na takovou látku nepolarizované svtlo, rozdlí se pi prchodu na dva paprsky ádný (ídí se Snellovým zákonem lomu a má konstantní index lomu) a mimoádný (neídí se Snellovým zákonem lomu, jeho index lomu závisí na smru, v nmž se svtlo krystalem šíí). íkáme, že nastal dvojlom.

prostedí. Odražený paprsek bude ásten lineárn polarizovaný a jeho vektor intenzity elektrického pole bude kmitat v rovin kolmé na rovinu dopadu (= bude kmitat v pímce rovnobžné s rovinou rozhraní).

3 Oba paprsky jsou úpln lineárn polarizované a jejich intenzity elektrického pole kmitají v navzájem kolmých kmitových rovinách viz obr.. 5 a 6. Obr. 5: dvojlomem Obr. 6: dvojlomem Na obrázku. 5 vidíme tabulku, na které leží krystal islandského vápence. Pod krystalem se nám tabulka jeví zdvojená, což je dkaz dvojlomu. Jestliže na krystal položíme polarizaní filtr (obr.. 6) a vhodn jej natoíme, jeden z paprsk se pohltí. Dvojlomnými se mohou stát i nkteré amorfní látky (sklo, plexisklo), které byly podrobeny mechanickému namáhání (nap. tlaku nebo tahu). polaroidem Polaroid (nebo polarizaní filtr) je speciáln vyrobený filtr pro získávání polarizovaného svtla. Tvoí jej dv vrstvy prhledného plastu, mezi nimiž se nachází látka s relativn dlouhými molekulami (nap. herapatit = perjodid síranu chininového), které jsou pi výrob speciáln srovnány tak, aby jejich podlouhlé osy byly rovnobžné. Jestliže polaroidem prochází nepolarizované svtlo, je intenzita elektrického pole v jednom smru pohlcena a ve smru kolmém ásten propuštna. Lidské oko nedokáže rozlišit polarizované svtlo od nepolarizovaného. Musíme si proto pomoci tzv. analyzátorem (což není nic jiného než další polaroid). Jestliže se pi natáení analyzátoru mní intenzita procházejícího svtla, je dopadající svtlo lineárn polarizované (viz obr.7). Obr. 7: Model polarizátoru a analyzátoru (pevzato z [5]) Pozn.: Polarizátor zaízení, které mní nepolarizované svtlo na polarizované.

. 6) a vhodn jej natoíme, jeden z paprsk se pohltí. Dvojlomnými se mohou stát i nkteré amorfní látky (sklo, plexisklo), které byly podrobeny mechanickému namáhání (nap. tlaku nebo tahu).

4 Využití polarizace svtla svtla má v dnešní dob rozsáhlé praktické využití. Tém každý z vás vlastní kalkulátor, mobilní telefon nebo notebook ve všech tchto zaízeních, které mají displej z kapalných krystal, se k vytváení obrazu používá polarizované svtlo (viz obr. 8, 9, 10, 11). Jak se vytváí obraz na LCD displeji si mžete peíst tady. Obr. 8: Polarizované svtlo a mobilní telefon (pi této orientaci analyzátoru svtlo prochází) Obr. 9: Polarizované svtlo a mobilní telefon (jestliže natoíme analyzátor o 90, svtlo již neprochází) Obr. 10: Polarizované svtlo a kalkulátor (rozdíl mezi obma analyzátory je vidt na zvtšeném obrázku) Obr. 11: Polarizované svtlo a LCD panel (rozdíl mezi obma analyzátory je vidt na zvtšeném obrázku) Polarizované svtlo se užívá také v polarimetrii pi zkoumání tzv. opticky aktivních látek látek, které jsou schopny stáet rovinu polarizovaného svtla (nap. D-glukóza, fruktóza, ). Podle stoení kmitové roviny mžeme urit koncentraci dané látky. Pístroj, který pi tom používáme, se nazývá polarimetr. Další polarizaní nástroje (plvlnné destiky, tvrtvlnné destiky, atd.) najdete tady. Pomocí polarizovaného svtla lze zkoumat také mechanické naptí v rzných tlesech. Vda, která se tím zabývá, se nazývá fotoelasticimetrie. Využívá se umlé vyrobené anizotropie v látce. Pedmt je vložen mezi polarizátor a analyzátor a pro prosvtlení lze pozorovat charakteristické obrazce, které poskytují informaci o mechanických vadách uvnit materiálu (viz obr. 12)

8, 9, 10, 11). Jak se vytváí obraz na LCD displeji si mžete peíst tady. Obr. 8: Polarizované svtlo a mobilní telefon (pi této orientaci analyzátoru svtlo prochází) Obr.

5 Obr. 12: Fotoelasticimetrie Polarizaní filtry používají také fotografové k odstranní nežádoucích odraz svtla od vodní hladiny, skel, atd.. (více na nebo na Rotaní polarizace Nkteré látky (nap. kemenná destika vyíznutá kolmo k optické ose, roztok ttinového cukru, kyseliny vinné atd.) mají schopnost stáet rovinu polarizace. Mluvíme o látkách opticky inných (aktivních). Vložíme-li vzorek aktivní látky mezi zkížený polarizátor a analyzátor, zorné pole se vyjasní. Aby svtlo opt zhaslo, je nutno analyzátorem otoit o uritý úhel. Otáíme-li ve smru hodinových ruiek, mluvíme o látce pravotoivé, otáíme-li proti smru hodinových ruiek, látka je levotoivá. Otoení je závislé na barv svtla (kratším vlnovým délkám písluší vtší otoení) a je úmrné tloušce aktivní vrstvy. Je-li polarizované svtlo bílé, jsou tedy jednotlivé barvy stáeny rzn. Mluvíme o tzv. rotaní disperzi. Protože analyzátor propouští nejvíce paprsky polarizované v jeho vlastní polarizaní rovin, zpsobí otáení polarizátoru i zmnu barvy zorného pole. Otáení vzorkem aktivní látky nemá na barvu zorného pole vliv na rozdíl od dvojlomnosti Použitá literatura: [1] BARTUŠKA, K. Sbírka ešených úloh z fyziky IV. 1. vyd. Praha: Prometheus 2000 [2] HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J.: Fyzika. 1. vyd. Brno: VUTIUM, 2000 [3] HORÁK, Z., KRUPKA, F.: Fyzika. 2. vyd. Praha: SNTL, 1976 [4] JAVORSKIJ, B. M., SELEZNV, J. A. Pehled elementární fyziky. 1. vyd., Praha: SNTL, 1989 [5] LEPIL, O. Fyzika pro gymnázia Optika. 3. vyd. Praha: Prometheus, 2002 [6] VON LAUE, M. Djiny fyziky. 1. vyd. Praha: Orbis, 1958 [7] svtla - Základní pojmy a vztahy. Dostupné online z: html

Mluvíme o látkách opticky inných (aktivních). Vložíme-li vzorek aktivní látky mezi zkížený polarizátor a analyzátor, zorné pole se vyjasní.

Podobné dokumenty

Polarizace čtvrtvlnovou destičkou

Polarizace čtvrtvlnovou destičkou Úkol : 1. Proměřte intenzitu lineárně polarizovaného světla jako funkci pozice analyzátoru. 2. Proměřte napětí na fotorezistoru ozářenou intenzitou světla za analyzátorem jako funkci úhlu mezi optickou