2.Поляризація електромагнітних хвиль

Розглядаючи природу електромагнітних хвиль, ми встановили, що хвиля, яка випромінюється вібратором, є поперечною. Вектор магнітної індукції і вектор напруженості електричного поля взаємно перпендикулярні і знаходяться в площині, перпендикулярній до вектора швидкості хвилі. У хвилі, яка поширюється від антени передавача,  напрямок  векторів  залишається незмінним протягом усього часу поширення хвилі. Хвилю, вектори  якої тривалий час залишаються в одній площині, називають плоско поляризованою.

Плоско поляризовану хвилю випромінює вібратор кожного радіопередавача. Щоб переконатися в цьому, візьмемо навчальний передавач, який випромінює хвилю довжиною в декілька сантиметрів. Його вібратор розміщений у рупорі-антені вертикально. Спрямуємо антену так, щоб випромінювана хвиля потрапляла на антену приймача, що й зафіксує реєструвальний прилад. Після цього повернемо передавач на 90° навколо поздовжньої осі. Приймач перестане реагувати на радіохвилю. Передавальний і приймальний вібратори будуть при цьому взаємно перпендикулярними. Оскільки змінний струм в антені індукує електрична складова хвилі, характеристикою якої є вектор , то отриманий результат досліду підтверджує поляризацію хвилі.

Світло — також електромагнітна хвиля, тому можна очікувати поляризацію і світлової хвилі. Однак вібратором, який випромінює світлову хвилю, є атом, і таких атомів у речовині велика кількість, тому неможливо виділити переважний напрямок їхніх коливань. З цієї причини у звичайному світлі, яке називають природним, коливання векторів  відбуваються в усіх напрямках. Проте є методи, за допомогою яких із загального потоку електромагнітних хвиль можна виділити ті, вектори  яких коливаються в одній площині. Метод поляризації природного світла можна зрозуміти з такого прикладу.

Закріпимо один кінець мотузки в стіні і натягнемо її в горизонтальному напрямку. Вільний кінець мотузки почнемо коливати у вертикальному напрямку так, щоб уздовж неї поширювалася хвиля. Коливання мотузки поширюватимуться й тоді, коли мотузка буде протягнута крізь плоский ящик (мал. 4.73, а). Якщо ж цей ящик повернути на 90°, то коливання доходитимуть лише до нього, за ящиком мотузка буде нерухомою (мал. 4.73, б).

Для поляризації світла використовують спеціальні пристрої з асиметрією оптичних властивостей. Наприклад, якщо світло падає на плоске діелектричне дзеркало під певним кутом, то хвилі, електричний вектор яких паралельний поверхні, відбиватимуться ним (дзеркалом), а ті, в яких цей вектор перпендикулярний до поверхні — послаблюватимуться аж до зникнення. Відбите від дзеркала світло виявиться поляризованим.

Існують природні і штучні кристали, які мають оптичну анізотропію — неоднорідність оптичних властивостей в різних напрямках. У разі проходження крізь ці кристали світло поляризується. Прикладом може бути природний кристал турмаліну, значення показника заломленння якого в різних напрямках різне.

Око людини нездатне відрізняти поляризоване світло від природного. Хоча комахи, зокрема бджоли, можуть визначати напрямок площини поляризації поляризованого світла.

У лабораторних умовах для виявлення поляризації світла використовують пристрої, які називають аналізаторами. Це поляризаційні прилади, які встановлюють на шляху поширення досліджуваного світла, здебільшого після поляризатора.

На мал. 4.74 зображено установку, в якій здійснюється поляризація природного світла.

Установка складається із джерела, яке дає пучок світла, двох поляризаційних пристроїв та екрана. Перший пристрій поляризує світло, а другий — аналізатор — визначає рівень поляризації. Повертаючи цей пристрій навколо горизонтальної осі, можна знайти таке його положення, за якого світло зовсім не потраплятиме на екран. У цьому випадку кажуть про «схрещені» поляроїди. Площина, в якій коливається електричний вектор світла після проходження крізь поляризатор, буде перпендикулярною до площини коливань світла в аналізаторі. Отже, щоб з'ясувати, чи світло поляризоване, потрібно на шляху поширення світлового пучка розмістити поляризаційний пристрій. Якщо під час його повертання яскравість променя, що проходить крізь нього, змінюється, то досліджуване світло поляризоване.

Явище поляризації широко застосовують у техніці. У сучасних містах, де багато радіопередавачів різного призначення, випромінювальні антени розміщують у взаємно перпендикулярних площинах (мал. 4.75). За таких  умов  дві  радіостанції, які працюють на однаковій частоті, не заважають одна одній. Під час фотографування великих гладеньких поверхонь (наприклад води) з'являються так звані відблиски — дзеркально відбиті світлові пучки, які істотно погіршують якість зображення. Щоб позбутися цих відблисків, на об'єктив фотоапарата надягають спеціальні поляризаційні фільтри, які працюють у режимі аналізатора (див. попередній дослід). Відбите світло завжди частково або повністю поляризоване. Тому, повертаючи поляризаційний фільтр, можна знайти таке його положення, за якого світло відблисків не потрапляє в об'єктив фотоапарата.

Цукриметр дозволяє оперативно  визначати вміст цукру в розчині

У цукровій промисловості застосовують прилади для визначення концентрації цукру в мелясі чи в розчині — цукриметри. Розчин цукру здатний повертати площину поляризації світла на певний кут залежно від концетрації цукру (мал. 4.76).

Цукриметр складається із джерела світла (штучного чи природного), поляризатора, аналізатора, окуляра і шкали, за якою можна визначати кут повертання аналізатора. Прилад налаштовують так, щоб світло, пройшовши крізь поляризатор, не проходило крізь аналізатор. Після цього між поляризатором і аналізатором розміщують прозору капсулу з цукровим розчином. В окулярі з'являється світло. Подальшим повертанням аналізатора добиваються повного затемнення окуляра. За кутом повертання аналізатора визначають концентрацію цукру в розчині.

Спеціальні поляризаційні окуляри зі схрещеними осями поляризації застосовують під час перегляду стереофільмів, у яких зображення на екран проектується поляризованим світлом.

ЗАПИТАННЯ

1.Чим відрізняється поляризоване світло від природного?

2.Чому електромагнітна хвиля, яка випромінюється одним вібратором, завжди є поляризованою?

3. У чому полягає принцип дії поляризаційних приладів?

4. У яких випадках природне світло стає поляризованим?

5. 3 якою особливістю електромагнітної хвилі пов'язане явище поляризації?

6. Де на практиці застосовують явище поляризації електромагнітних хвиль?