Polarizace sv tla Sv tlo
Z teorie elektromagnetického pole již víte, že sv tlo pat í mezi elektromagnetická vln ní, a jako takové tedy má dv složky: elektrickou složku, kterou p edstavuje vektor intenzity elektrického pole E, a magnetickou, kterou tvo í vektor magnetické indukce B. Dále již víte, že ob složky jsou na sebe navzájem kolmé a ješt navíc jsou ob kolmé na sm r ší ení sv tla. íkáme, že sv tlo je p í né elektromagnetické vln ní. Na obrázku . 1 se sv tlo ší í v kladném sm ru 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 veli iny nabývají svých maximálních hodnot ve stejném okamžiku.
Obr. 1: Elektromagnetická vlna Obecn platí, že vektor intenzity elektrického pole m že kmitat v libovolné kmitové rovin , tzn. že m že svírat s kladným sm rem osy y libovolný úhel od 0° do 360°. Takové sv tlo ozna ujeme jako nepolarizované – viz obr. 2. (Také m žeme íct, že všechny kmitové roviny vektoru intenzity elektrického pole jsou stejn pravd podobné.)
Obr. 2: Nepolarizované sv tlo (p evzato z http://www.paladix.cz/clanky/10021.html)
Obr. 3: Lineárn polarizované sv tlo (p evzato z http://www.paladix.cz/clanky/10021.html)
Nás však bude zajímat, jestli m žeme n jakým zp sobem donutit tento vektor kmitat v jedné ur ité, nejlépe p esn ur ené kmitové rovin - . Takové sv tlo potom ozna ujeme jako lineárn polarizované. M žeme jej získat n kolika zp soby: a) odrazem sv tla; b) lomem sv tla;
c) dvojlomem; d) pomocí tzv. polaroid . Polarizace odrazem
P edpokládejme, že na rovinné rozhraní dopadá nepolarizované sv tlo pod úhlem dopadu . Víme, že se na tomto rozhraní sv tlo odrazí pod úhlem ‘ (podle zákona odrazu sv tla) a za ur itých okolností (rozhraní pr hledných nebo pr svitných prost edí, vhodný úhel dopadu) se m že také lámat do druhého prost edí. Odražený paprsek bude áste n lineárn polarizovaný a jeho vektor intenzity elektrického pole bude kmitat v rovin kolmé na rovinu dopadu (= bude kmitat v p ímce rovnob žné s rovinou rozhraní). Stupe polarizace závisí na úhlu dopadu.
Obr. 4: Polarizace odrazem (p evzato z [5]) Za ur itých okolností m že p i odrazu sv tla nastat úplná lineární polarizace sv tla. Jestliže bude sv tlo dopadat pod tzv. Brewsterovým úhlem B, bude odražený paprsek úpln lineárn polarizován. Velikost Brewsterova úhlu závisí na indexu lomu n2 prost edí, na kterém dochází k odrazu sv tla. Pro jeho velikost platí rovnice: tg B n2 . Nap íklad pro korunové sklo s indexem lomu 1,510 je velikost Brewsterova úhlu 56° 29‘. Jestliže velikost Brewsterova úhlu závisí na indexu lomu rozhraní, musí záviset i na vlnové délce polarizovaného sv tla. Polarizace lomem Jestliže se p i dopadu sv tla na rozhraní dvou prost edí sv tlo láme a sv tlo se ší í do druhého prost edí, dochází op t k áste né polarizaci sv tla, p i emž vektor intenzity elektrického pole kmitá v rovin dopadu (je kolmý na vektor intenzity elektrického pole odraženého sv tla). P i polarizaci lomem nikdy nedochází k úplné polarizaci sv tla. Polarizace dvojlomem
V tzv. anizotropních látkách (zejména v anizotropních krystalech – islandský vápenec, k emen a dalších látkách krystalizujících v soustav tvere né, koso tvere né, šestere né, jednoklonné a trojklonné) závisí rychlost sv tla na sm ru ší ení sv tla. Dopadá-li na takovou látku nepolarizované sv tlo, rozd lí se p i pr chodu na dva paprsky – ádný ( ídí se Snellovým zákonem lomu a má konstantní index lomu) a mimo ádný (ne ídí se Snellovým zákonem lomu, jeho index lomu závisí na sm ru, v n mž se sv tlo krystalem ší í). íkáme, že nastal dvojlom.
Oba paprsky jsou úpln lineárn polarizované a jejich intenzity elektrického pole kmitají v navzájem kolmých kmitových rovinách – viz obr. . 5 a 6.
Obr. 5: Polarizace dvojlomem
Obr. 6: Polarizace dvojlomem
Na obrázku . 5 vidíme tabulku, na které leží krystal islandského vápence. Pod krystalem se nám tabulka jeví zdvojená, což je d kaz dvojlomu. Jestliže na krystal položíme polariza ní filtr (obr. . 6) a vhodn jej nato íme, jeden z paprsk se pohltí. Dvojlomnými se mohou stát i n které amorfní látky (sklo, plexisklo), které byly podrobeny mechanickému namáhání (nap . tlaku nebo tahu). Polarizace polaroidem
Polaroid (nebo polariza ní filtr) je speciáln vyrobený filtr pro získávání polarizovaného sv tla. Tvo í jej dv vrstvy pr hledného plastu, mezi nimiž se nachází látka s relativn dlouhými molekulami (nap . herapatit = perjodid síranu chininového), které jsou p i výrob speciáln srovnány tak, aby jejich podlouhlé osy byly rovnob žné. Jestliže polaroidem prochází nepolarizované sv tlo, je intenzita elektrického pole v jednom sm ru pohlcena a ve sm ru kolmém áste n propušt na. Lidské oko nedokáže rozlišit polarizované sv tlo od nepolarizovaného. Musíme si proto pomoci tzv. analyzátorem (což není nic jiného než další polaroid). Jestliže se p i natá ení analyzátoru m ní intenzita procházejícího sv tla, je dopadající sv tlo lineárn polarizované (viz obr.7).
Obr. 7: Model polarizátoru a analyzátoru (p evzato z [5]) Pozn.: Polarizátor – za ízení, které m ní nepolarizované sv tlo na polarizované.
Využití polarizace sv tla
Polarizace sv tla má v dnešní dob rozsáhlé praktické využití. Tém každý z vás vlastní kalkulátor, mobilní telefon nebo notebook – ve všech t chto za ízeních, které mají displej z kapalných krystal , se k vytvá ení obrazu používá polarizované sv tlo (viz obr. 8, 9, 10, 11). Jak se vytvá í obraz na LCD displeji si m žete p e íst tady.
Obr. 8: Polarizované sv tlo a mobilní telefon (p i této orientaci analyzátoru sv tlo prochází)
Obr. 9: Polarizované sv tlo a mobilní telefon (jestliže nato íme analyzátor o 90°, sv tlo již neprochází)
Obr. 10: Polarizované sv tlo a kalkulátor (rozdíl mezi ob ma analyzátory je vid t na zv tšeném obrázku)
Obr. 11: Polarizované sv tlo a LCD panel (rozdíl mezi ob ma analyzátory je vid t na zv tšeném obrázku)
Polarizované sv tlo se užívá také v polarimetrii p i zkoumání tzv. opticky aktivních látek – látek, které jsou schopny stá et rovinu polarizovaného sv tla (nap . D-glukóza, fruktóza, …). Podle sto ení kmitové roviny m žeme ur it koncentraci dané látky. P ístroj, který p i tom používáme, se nazývá polarimetr. Další polariza ní nástroje (p lvlnné desti ky, tvrtvlnné desti ky, atd.) najdete tady. Pomocí polarizovaného sv tla lze zkoumat také mechanické nap tí v r zných t lesech. V da, která se tím zabývá, se nazývá fotoelasticimetrie. Využívá se um lé vyrobené anizotropie v látce. P edm t je vložen mezi polarizátor a analyzátor a pro prosv tlení lze pozorovat charakteristické obrazce, které poskytují informaci o mechanických vadách uvnit materiálu (viz obr. 12)
Obr. 12: Fotoelasticimetrie Polariza ní filtry používají také fotografové k odstran ní nežádoucích odraz sv tla od vodní hladiny, skel, atd.. (více na www.paladix.cz nebo na www.fotografovani.cz) Rota ní polarizace
N které látky (nap . k emenná desti ka vy íznutá kolmo k optické ose, roztok t tinového cukru, kyseliny vinné atd.) mají schopnost stá et rovinu polarizace. Mluvíme o látkách opticky inných (aktivních). Vložíme-li vzorek aktivní látky mezi zk ížený polarizátor a analyzátor, zorné pole se vyjasní. Aby sv tlo op t zhaslo, je nutno analyzátorem oto it o ur itý úhel. Otá íme-li ve sm ru hodinových ru i ek, mluvíme o látce pravoto ivé, otá íme-li proti sm ru hodinových ru i ek, látka je levoto ivá. Oto ení je závislé na barv sv tla (kratším vlnovým délkám p ísluší v tší oto ení) a je úm rné tlouš ce aktivní vrstvy. Je-li polarizované sv tlo bílé, jsou tedy jednotlivé barvy stá eny r zn . Mluvíme o tzv. rota ní disperzi. Protože analyzátor propouští nejvíce paprsky polarizované v jeho vlastní polariza ní rovin , zp sobí otá ení polarizátoru i zm nu barvy zorného pole. Otá ení vzorkem aktivní látky nemá na barvu zorného pole vliv na rozdíl od dvojlomnosti
[1] BARTUŠKA, K. Sbírka ešených úloh z fyziky IV. 1. vyd. Praha: Prometheus 2000 Použitá literatura: [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., SELEZN V, J. A. P ehled elementární fyziky. 1. vyd., Praha: SNTL, 1989 [5] LEPIL, O. Fyzika pro gymnázia – Optika. 3. vyd. Praha: Prometheus, 2002 [6] VON LAUE, M. D jiny fyziky. 1. vyd. Praha: Orbis, 1958 [7] Polarizace sv tla Základní pojmy a vztahy. Dostupné online z: http://fyzport.fjfi.cvut.cz/Praktika/Polarizace/praktika/wwwpraktika/Zakladn_i_pojmy_vztahy. html
