โพลาไรเซชัน
| English | ไทย |
|---|---|
| polarisation/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ | การทำให้มีขั้ว |
| transverse/trænsˈvɜːs/ | ตามขวาง |
| polarising filter/ˈpəʊləraɪzɪŋ ˈfɪltə/ | ฟิลเตอร์โพลาไรซ์ |
| transmission axis/trænˈsmɪʃn ˈæksɪs/ | แกนส่งผ่าน |
| longitudinal/ˌlɒŋɡɪˈtjuːdɪnl/ | ตามยาว |
| unpolarised/ʌnˈpəʊləraɪzd/ | ไม่โพลาไรซ์ |
| Malus's law/ˈmæləsɪz lɔː/ | กฎของมาลัส |
| intensity/ɪnˈtensɪti/ | ความเข้ม |
แว่นกันแดดลดแสงสะท้อน
- แว่นกันแดดโพลาไรซ์ปิดกั้นแสงสะท้อนจากน้ำและถนน.
- หมุนแว่นแล้วความสว่างเปลี่ยน — แม้แม้ฉากจะไม่เปลี่ยน.
- They work by letting light through in just one plane.
ห้องปฏิบัติการความเข้มโพลาไรเซชัน
ความเข้มเปลี่ยนแปลงตามมุมของโพลาไรเซอร์
หมุนแผ่นโพลาไรเซอร์เพื่อดูว่าทำไมเพียงคลื่นขวางเท่านั้นที่เกิดโพลาไรเซชันได้
โพลาไรเซชันคืออะไร
- โพลาไรเซชัน หมายความว่าทำให้คลื่นขวางสั่นใน ระนาบเดียว เท่านั้น.
- เกร็ดกรองแสงผ่านส่วนที่ขนานกับ แกนส่งผ่าน ของมันและกั้นส่วนที่เหลือ
การโพลาไรส์คลื่นขวางหมายถึงการทำให้มันสั่น:
ฟิลเตอร์โพลาไรซ์ผ่านเฉพาะการสั่นที่ตรงกับแกนของมัน ทิ้งไว้ให้คลื่นอยู่ในระนาบเดียว
เฉพาะคลื่นขวางเท่านั้น
- คลื่นขวางมีหลายระนาบให้เลือก ดังนั้นจึง สามารถ ทำการโพลาไรซ์ได้
- คลื่นตามยาว (เสียง) สั่นไปตามทิศทางการเคลื่อนที่ — ไม่มีระนาบอื่นเหลืออยู่ จึง ไม่สามารถ ทำการโพลาไรซ์ได้
- ดังนั้น: หากคลื่นใดสามารถทำปฏิกิริยาการโพลาไรซ์ได้ คลื่นนั้นต้องเป็น คลื่นขวาง
คลื่นที่ไม่มีการโพลาไรซ์สั่นในหลายระนาบ; คลื่นที่มีการโพลาไรซ์สั่นในระนาบเดียว
คลื่นเสียงสามารถเกิดโพลาไรเซชันได้
ไม่ — เสียงเป็นคลื่นยาว (สั่นตามทิศทางการเคลื่อนที่) จึงไม่มีระนาบอื่นให้เลือก
หากคลื่นสามารถเกิดโพลาไรเซชันได้ มันต้องเป็น ____
เฉพาะคลื่นขวางที่มีทิศทางการสั่นตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ จึงสามารถเกิดโพลาไรเซชันได้เท่านั้น
เสียงไม่สามารถเกิดโพลาไรเซชันได้เพราะมันเป็นคลื่น ____
โพลาไรเซชันจำกัดการสั่นอยู่ในระนาบเดียว และคลื่นยาวมีการสั่นตามเส้นเดียวคือทิศทางการเคลื่อนที่อยู่แล้ว ไม่มีอะไรเหลือให้จำกัดอีก
ประโยคสอบสำหรับคำถาม "ทำไมไม่ใช้เสียง?"
- ได้คะแนนสองข้อ สองแนวคิด: เสียงเป็น คลื่นตามยาว ดังนั้นการสั่นจึง ขนาน กับทิศทางการถ่ายโอนพลังงาน
- มีทิศทางของการสั่นที่เป็นไปได้เพียง หนึ่ง ทิศทางเท่านั้น จึงไม่มีระนาบให้เกร็ดกรองเลือก
- แสงเป็นคลื่นขวาง การสั่นจึงสามารถอยู่ใน ทุก ระนาบที่ตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ — เกร็ดกรองจึงสามารถเลือกมาหนึ่งระนาบได้
จับคู่คลื่นแต่ละชนิดกับความสามารถในการเกิดโพลาไรเซชัน
โพลาไรเซชันจำกัดการสั่นในระนาบเดียว และคลื่นยาวมีการสั่นตามเส้นเดียวเท่านั้น เฉพาะคลื่นขวางที่สามารถเกิดโพลาไรเซชันได้
กฎของมาลัส
- ผ่านเกร็ดกรองที่มุม $\theta$ เทียบกับการโพลาไรซ์: $I = I_0\cos^{2}\theta$
- $\theta = 0^{\circ}$: แสงผ่านทั้งหมด $\theta = 90^{\circ}$: แสงถูกกั้นทั้งหมด
เกร็ดกรองตัดกัน (a) กั้นแสง; เกร็ดกรองขนานกัน (b) ให้แสงผ่าน
แสงโพลาไรซ์ที่มีความเข้ม $100\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$遇到滤镜在 $60^{\circ}$与其平面。什么强度通过？
$I = I_0\cos^{2}\theta = 100 \times \cos^{2}60^{\circ} = 100 \times 0.25 = 25\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$.
ตัวอย่างวิธีทำ: เกร็ดกรองหนึ่งตัว
- แสงที่มีการโพลาไรซ์ความเข้ม $I_0$ ตัดกับเกร็ดกรองที่มุม $\theta = 60^{\circ}$
- $I = I_0\cos^{2}60^{\circ} = I_0 \times (0.5)^{2} = \dfrac{I_0}{4}$.
- แอมพลิจูด: ความเข้มแปรผันตามกำลังสองของแอมพลิจูด ดังนั้นอัตราส่วนแอมพลิจูดคือรากที่สอง: $\dfrac{A}{A_0} = \cos 60^{\circ} = 0.50$
- เกร็ดกรอง ตัดกัน สองตัว ($90^{\circ}$) จะไม่ให้แสงผ่านเลย
ตัวกรองโพลาไรซ์สองตัววางตัดกันที่ $90^{\circ}$. แสงจะผ่านไปได้เท่าไหร่?
$I = I_0\cos^{2}90^{\circ} = 0$ — ตัวกรองที่ตัดกันจะกั้นแสงทั้งหมด
แสงโพลาไรซ์ผ่านตัวกรองที่มีแกนอยู่ที่มุม $60^{\circ}$ เทียบกับระนาบโพลาไรเซชัน之比ของแอมพลิจูดที่ส่งผ่านต่อแอมพลิจูดตกกระทบคือเท่าใด?
$\dfrac{I}{I_0} = \cos^{2}60^{\circ} = 0.25$, และ $I \propto A^{2}$, ดังนั้น $\dfrac{A}{A_0} = \sqrt{0.25} = \cos 60^{\circ} = 0.50$.
แสงโพลาไรซ์ที่มีความเข้ม 80 W/m^2 ตกกระทบตัวกรองที่มุม 60 องศาเทียบกับระนาบโพลาไรเซชัน ความเข้มที่ผ่านออกมาเป็นเท่าไรในหน่วย W/m^2?
กฎของมาลัส: I = I0 cos^2(theta) = 80 x 0.25 = 20 W/m^2. การยกโคไซน์กำลังสองเป็นขั้นตอนที่คนมักพลาด และการละเลยขั้นตอนนี้จะทำให้ได้ค่า 40
เกร็ดกรองที่สามอยู่ตรงกลาง
- เกร็ดกรองตัดกันสองตัวจะกั้นทุกอย่างไปหมด เลื่อน เกร็ดกรองที่สาม เข้าไปวางตรงกลางที่มุม $45^{\circ}$ แล้วแสงก็จะผ่านได้อีกครั้ง
- เกร็ดกรองตรงกลางผ่าน $\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{1}{2}$ ของแสง และเปลี่ยนระนาบ ของมันไปเป็น $45^{\circ}$
- เกร็ดกรองตัวสุดท้ายตอนนี้ตั้งอยู่ที่มุม $45^{\circ}$ เทียบกับระนาบใหม่นี้ จึงให้แสงผ่านไปอีกครึ่งหนึ่ง
- เกร็ดกรองแต่ละตัวทำงานกับแสง ตามที่มาถึง ไม่ใช่กับลำแสงเดิม
แสงที่ไม่โพลาไรซ์ตกกระทบตัวกรองโพลาไรซ์สองตัวที่วางตัดกัน ข้อใดถูกต้อง? เลือก ทุก ข้อที่ใช้ได้
แต่ละตัวกรองจะสร้างโพลาไรเซชันใหม่ตามแกนของตัวเอง ดังนั้นมุมถัดไปจึงวัดจากตัวกรองก่อนหน้า ซึ่งเป็นเหตุผลที่ตัวกรองที่สามสามารถเพิ่มแสงแทนที่จะลดทอนลง
ตัวอย่างวิธีทำ: เกร็ดกรองสามตัว
แสงที่ไม่มีการโพลาไรซ์ความเข้ม $I_0$ ผ่านเกร็ดกรองสามตัว: ตัวแรกมีแกนแนวตั้ง ตัวที่สองตั้งมุม $45^{\circ}$ และตัวที่สามแนวนอน จงหาความเข้มสุดท้าย
- เกร็ดกรองตัวแรก: แสงที่ไม่มีการโพลาไรซ์ประกอบด้วยทุกระนาบเท่าๆ กัน ดังนั้นเกร็ดกรองหนึ่งตัวจะผ่านได้ ครึ่งหนึ่ง: $\dfrac{I_0}{2}$ ตอนนี้เป็นการโพลาไรซ์แนวตั้งแล้ว
- เกร็ดกรองตัวที่สอง ตั้งมุม $45^{\circ}$ เทียบกับแนวตั้ง: $\dfrac{I_0}{2}\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{4}$ ตอนนี้มีการโพลาไรซ์ที่มุม $45^{\circ}$
- เกร็ดกรองตัวที่สาม ตั้งมุม $45^{\circ}$ เทียบกับระนาบนี้นี้: $\dfrac{I_0}{4}\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{8}$
- ตรวจสอบ: ถอดเกร็ดกรองตัวกลางออก ตัวแรกและตัวที่สามจะตัดกัน — $\cos^{2}90^{\circ} = 0$ ไม่มีอะไรผ่าน การเพิ่มเกร็ดกรองเข้าไป ทำให้ แสงเพิ่มขึ้น นี่คือจุดประหลาดใจที่นักสอบวัดผลต้องการทดสอบ
แสงโพลาไรซ์แนวตั้งมีความเข้ม $I_0$ ผ่านตัวกรองที่มุม $45^{\circ}$ และจากนั้นผ่านตัวกรองแนวนอน ส่วนหนึ่งของ $I_0$ ที่ออกมามากเท่าไร?
หลังจากผ่านตัวกรอง $45^{\circ}$ แล้ว: $I_0\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{2}$, ตอนนี้โพลาไรซ์ที่มุม $45^{\circ}$. ตัวกรองแนวนอนอยู่ห่างจากนั้น $45^{\circ}$: $\dfrac{I_0}{2} \times \dfrac{1}{2} = \dfrac{I_0}{4}$.
เมื่อตัวกรองสองตัวที่วางตัดกันกั้นแสงทั้งหมด การใส่ตัวกรองที่สามที่มุม 45 องศาระหว่างกลางจะทำให้มีแสงผ่านออกมาได้บ้าง
แต่ละตัวกรองจะสร้างโพลาไรเซชันใหม่ตามแกนของตัวเอง ดังนั้นมุมสำหรับตัวกรองถัดไปจึงวัดจากจุดนั้น ไม่ใช่จากระนาบเดิม การใส่ตัวกรองเพิ่มเติมอาจทำให้แสงที่ส่งผ่านเพิ่มขึ้นได้
$\theta$ คือมุมระหว่าง ระนาบของการโพลาไรซ์ ของแสงกับ แกนส่งผ่าน ของเกร็ดกรอง — ไม่ใช่มุมที่คุณหมุนเกร็ดกรองไปunlessเริ่มจัดวางให้ตรง มุมการหมุนเกร็ดกรองเต็ม $360^{\circ}$ จะเกิดจุดสูงสุดและจุดต่ำสุดอย่างละ สอง จุด และ แสงที่ไม่มีการโพลาไรซ์ ที่ผ่านเกร็ดกรองหนึ่งตัวจะออกมาด้วยความเข้มครึ่งหนึ่งเสมอไม่ว่าเกร็ดกรองจะตั้งมุมอย่างไร
แสงที่ไม่โพลาไรซ์ผ่านตัวกรองโพลาไรซ์เดียว การหมุนตัวกรองจะเปลี่ยนความเข้มที่ออกมา
แสงที่ไม่โพลาไรซ์มีระนาบโพลาไรเซชันทุกแบบเท่าๆ กัน ดังนั้นตัวกรองหนึ่งตัวจะผ่านแสงไปครึ่งหนึ่งเสมอ — มุมไม่มีความสำคัญ กฎของมาลัสใช้กับแสงที่โพลาไรซ์อยู่แล้วเท่านั้น
คุณเข้าใจแล้ว
- การโพลาไรซ์ = การสั่นในระนาบเดียว; เกิดขึ้นได้เฉพาะกับ คลื่นขวาง เท่านั้น (เสียงไม่สามารถทำได้: การสั่นของเสียงขนานกับการถ่ายโอนพลังงาน)
- กฎของมาลัส: $I = I_0\cos^{2}\theta$; อัตราส่วนแอมพลิจูด $= \cos\theta$; เกร็ดกรองตัดกันกั้นแสงทั้งหมด
- เกร็ดกรองทำหน้าที่ต่อจากกันกับแสง ตามที่มาถึง — เกร็ดกรองตรงกลางช่วยให้แสงผ่านเกร็ดกรองตัดกันได้