قطبش (موج‌ها): تفاوت میان نسخه‌ها
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
ویکی‌سازی، تصحیح نوشتاری متن. |
ویکی‌سازی |
||
خط ۱:
'''قُطبِش'''، '''قُطبیدگی'''، یا '''پُلاریزاسیون''' {{انگلیسی|Polarization}}، از ویژگی‌های اساسی [[موج عرضی|امواج عرضی]] است که راستای نوسان موج را در صفحهٔ عمود بر جهت [[انتشار موج|انتشار]] آن نشان می‌دهد. در [[الکترومغناطیس]]، قطبشِ یک [[موج الکترومغناطیسی]] (مانند [[نور]]) نشان‌دهندهٔ راستای بردارِ [[میدان الکتریکی]] آن است.▼
▲'''قُطبِش''' یا '''پُلاریزاسیون''' {{انگلیسی|Polarization}}، از ویژگی‌های اساسی [[موج عرضی|امواج عرضی]] است که راستای نوسان موج را در صفحهٔ عمود بر جهت [[انتشار موج|انتشار]] آن نشان می‌دهد. در [[الکترومغناطیس]]، قطبشِ یک [[موج الکترومغناطیسی]] (مانند [[نور]]) نشان‌دهندهٔ راستای بردارِ [[میدان الکتریکی]] آن است.
امواج، قطبش‌های متفاوتی دارند؛ قطبش بیضوی، دایره‌ای (که حالت خاصی از قطبش بیضوی است)، و خطی.
قطبش نور در طبیعت و زندگی روزمره، بی‌آن‌که متوجه باشیم، بسیار به چشم می‌خورد. مثلاً قطبش نور، اساس کار نمایشگرهای [[کریستال مایع]] یا همان [[ال‌سی‌دی|اِل‌سی‌دی]] (LCD) است. مواد کریستال مایع ،دارای این ویژگی هستند که با اِعمال ولتاژ، می‌توانند قطبش نور عبورکننده از خود را تغییر دهند.
== انواع قطبش ==
سطر ۸ ⟵ ۹:
| align = left
| footer = گونه‌های مختلف قطبش.
| width =
| image1 = Linear polarization schematic.png
سطر ۲۲ ⟵ ۲۳:
[[موج طولی|امواج طولی]] (مانند [[صوت]]) قطبش ندارند، زیرا راستای نوسان و راستای پیشروی (انتشار) آن‌ها یکی است. در [[موج عرضی|امواج عرضی]] (مانند نور) راستای نوسان میدان الکتریکی یکتا نیست، و با قطبش تعیین می‌شود.
قطبش، عمود بر مسیر حرکت موج الکترومغناطیسی است.
در حالت کلی، قطبش
در مواد جامد، امواج صوتی می‌توانند به صورت عرضی باشند. در این حالت قطبش با مسیر [[تنش برشی]] در سطح عمود بر جهت انتشار در ارتباط است. این موضوع در [[زلزله‌شناسی]] اهمیت دارد. قطبش در علوم و تکنولوژی در رابطه با انتشار موج اهمیت دارد؛ مثل علوم نوری، مخابرات و رادار. قطبش نور را می‌توان اندازه گرفت.
ساده‌ترین مثال برای قطبش، در [[موج تخت|امواج تخت]] (مانند امواج الکترومغناطیسی، از جمله نور) است. در امواج الکترومغناطیسی، [[میدان الکتریکی]] و مغناطیسی، عمود بر جهت انتشار و نیز عمود بر یکدیگر نوسان می‌کنند. در تعیین قطبش، بردار میدان الکتریکی یا مغناطیسی در نظر گرفته‌می‌شود. برای مثال، میدان الکتریکی یک [[تابش الکترومغناطیسی|موج الکترومغناطیسی]] هارمونیک (تک‌فرکانس) که در راستای محور <math>z</math> منتشر می‌شود، دو مؤلفۀ هم‌فرکانس دارد که دامنه و فاز آن‌ها لزوماً یکسان نیستند. از نظر ریاضی، میدان الکتریکی این [[موج]] این‌گونه نوشته می‌شود؛
<math> \vec{E}(x,y,z,t) = \mathrm{Re} \left[\left(A_{x}, A_{y}e^{i\phi} , 0 \right) e^{i(kz - \omega t)} \right] </math>
که در آن، <math>i</math> [[یکه موهومی]]، <math>e</math>[[ثابت نپر|ثابت نِپِر]]، <math>\rm{Re}[\cdot]</math>بخش حقیقی، <math>k=2\pi/\lambda</math> [[عدد موج]]، و <math>\omega = 2\pi f</math>[[بسامد زاویه‌ای|فرکانس زاویه‌ای]] است.
برای تعیین قطبش، می‌توان
* خطی است، اگر <math>\phi=0</math>.
* دایره‌ای است، اگر <math>\phi \neq 0</math> و <math>A_x = A_y</math>.
* بیضوی است، اگر <math>\phi\neq 0</math> و <math>A_x \neq A_y</math>.<br />
*
{{multiple image
سطر ۶۲ ⟵ ۶۳:
<br />
=== پلاریزاسیون (قطبش) در طبیعت، علوم و تکنولوژی ===▼
=== اثرات قطبش در زندگی روزمره ===▼
اثر یک دو قطبی‌کننده در انعکاس از سطوح تیره، در تصویر سمت چپ، دو قطبی‌کننده می‌چرخد و انعکاس‌ها را تا حد امکان، امکان‌پذیر می‌کند. یک دو قطبی‌کننده با یک چرخش۹۰درجه تقریباً تمام نورهای مسدود شده را منعکس می‌کند. اثر صافی قطبی در فضای یک عکس در تصویر سمت راست از یک فیلتر (صافی) استفاده می‌شود. نور منعکس شده توسط مواد روشن و شفاف کاملاً، تا حدی پلاریزه می‌شود به جز در موارد ی که نور عمود بر سطح بتابد. با توجه به وجود این اثر پلاریزاسیون اولین بار در سال۱۸۰۸توسط ریاضیدانی به نام «اتینی لوئیس مالوس» کشف شد. یک صافی قطبی مثل یک [[عینک آفتابی]] قطبی را می‌توان برای جذب این اثر با چرخش صافی در مواقعی بکار برد که از آن به نور منعکس شده از سطح افقی دور دست نگاه می‌کنیم. در زوایای خاص چرخش، انعکاس نور به حداقل می‌رسد یا حذف می‌شود. صافی قطبی نور قطبی را در ۹۰درجه نسبت به محور قطبی صافی جابجا می‌کند و از بین می‌برد. اگر دو عدد قطبی‌کننده در بالای یکدیگر با زاویه‌های ۹۰درجه نسبت به همدیگر قرار داده شوند، انتقال نور به حداقل می‌رسد.▼
== نور ناقُطبیده (پُلاریزه‌نشده) ==
نوری که به‌طور طبیعی از یک منبع نوری (مانند خورشید) و بدون گذر از هرگونه محیط مادی، یا بازتاب از هر سطح مادی که قطبش آن‌را تغییر دهد، نور ناقطبیده است.
▲اثر یک
[[پرونده:Mudflats-polariser.jpg|راست|بندانگشتی|400px|Effect of a polarizer on reflection from mud flats. In the picture on the left, the polarizer is rotated to transmit the reflections as well as possible; by rotating the polarizer by ۹۰° (picture on the right) almost all [[specular reflection|specularly reflected]] sunlight is blocked.]]
سطر ۹۳ ⟵ ۱۰۹:
در بسیاری از حوزه‌های ستاره‌شناسی، تحقیق دربارهٔ انعکاس الکترومغناطیسی پلاریزه شده از فضای خارجی از اهمیت خاصی برخوردار است. اگر چه معمولاً یک عامل در انعکاس گرمایی در ستارگان وجود ندارد ولی پلاریزاسیون در انعکاس از منابع همدوسی نجومی و منابع ناهمدوس مثل قطعات رادیویی بزرگ در کهکشان‌های فعال و انعکاس رادیویی بالسار وجود دارد؛ و پراکندگی پلاریزاسیون میدان مغناطیسی بین ستاره‌ای را از طریق چرخش فارادی ردیابی می‌کند. پلاریزاسیون در زمینه میکروویوهای کیهانی برای تحقیق دربارهٔ فیزیک در جهان خیلی قدیم به کار می‌رود. انعکاس سینکروترون پلاریزه می‌شود.
===
پلاریزاسیون هم چنین برای بعضی از فیلم‌های سه بعدی به کار برده می‌شود که در آن‌ها تصاویری که هر کدام برای یکی از چشمها است یا توسط دو پروژکتور مختلف با صافی‌های پلاریزه در راستای قائم پخش می‌شود یا از روش معمول یک پروژکتور با پلاریزاسیون مالتیپلکس زمانی (به‌طور متناوب و سریع قطبش را تغییر می‌دهد). در این میان عینک‌های سه بعدی پلاریزه شده که هر چشم آن قطبش مخصوص آن چشم را از منبع پخش تصویر عبور می‌دهد نهایتاً این امکان را به وجود می‌آورد که هر چشم فقط یک تصویر را دریافت کند. در فدیم صفحه‌های استریوسکوپیک از قطبش خطی استفاده می‌کردند چون هم ارزان و هم روش خوبی برای جداسازی [پرتو] بودند. پلاریزاسیون دایره‌ای باعث می‌شود که جدایی چشم راست و چپ از هم نسبت به راستای نگاه غیر حساس یا بی‌تفاوت شود؛ پلاریزاسیون چرخشی در نمایش فیلم‌های معمول امروزی به کار گرفته می‌شود مانند سامانهٔ ساخت RealD. [تصویر] سه بعدی پلاریزه شده فقط در صفحه‌هایی قابل نمایش است که پلاریزاسیون را حفظ می‌کنند (مثل صفحه‌های نقره‌ای [از جنس نقره])؛ صفحه‌های معمولی باعث قطبش زدایی یا دیپلاریزاسیون می‌شوند و جلوه [[تصویر سه بعدی]] را از بین می‌برد.
===
تمام انتقال‌های رادیویی و آنتن‌های دریافت پلاریزه می‌شود. مخصوصاً وقتی که در یک رادار اکثر آنتن‌ها پلاریزاسیون دایره‌ای عمودی یا افقی را منعکس می‌کند. اگر چه پلاریزاسیون بیضی همیشه وجود دارد. میدان الکتریکی یا صفحه شکل، پلاریزاسیون یا چرخش موج رادیویی را نشان می‌دهد. پلاریزاسیون عمودی غالباً زمانی بکار می‌رود که یک سیگنال رادیویی در تمام جهات مثل واحدهای متحرک توزیع شده منعکس می‌شود. رادیوییM FوMAاز پلاریزاسیون عمودی استفاده می‌کنند در حالیکه تلویزیون از پلاریزاسیون افقی استفاده می‌کند. پلاریزاسیون عمودی یا افقی انتخابی در ارتباط ماهواره به کار می‌رود. به ماهواره این امکان را می‌دهد تا دو ارسال مجزا در یک فرکانس مشخص عمل کند و بنابراین تعداد مشتری‌ها را در یک ماهواره دو برابر می‌کند. وسایل انکسار مضاعف کنترل شده از نظر الکترونیکی را در ترکیب با صافی‌های پلاریزه به عنوان واسطه‌هایی در [[فیبرهای نوری]] به کار می‌برند.
[[پرونده:Brewsters-angle.svg|بندانگشتی|250px|
این زاویه (همچنین به عنوان زاویهٔ قطبش شناخته می‌شود)، زاویه پرتوی تابشی هر نور با قطبش خاص است که به‌طور کامل بدون هیچ بازتابی از سطح شفاف [[دی الکتریک]] عبور می‌کند.
وقتی نور غیر قطبیده در این زاویه تابیده می‌شود، نور بازتابی از سطح به‌طور کامل قطبیده می‌شود. این زاویه خاص تابشی بعدها توسط فیزیکدان اسکاتلندی، دیوید بروستر نامگذاری شد. (۱۸۶۸–۱۷۸۱)
=== تعریف ===
وقتی نور از مرز دو ماده با [[ضریب شکست]] متفاوت می‌گذرد، قسمتی از آن بازمی‌تابد. بخش بازتابیده، با معادلات فِرِنل (Fresnel) توصیف می‌شود و به قطبش نور تابیده و زاویه تابش بستگی دارد.
سطر ۱۱۹ ⟵ ۱۳۵:
می‌شود.
قطبش آزاد نور منتشرشده همیشه عمود بر جهتی است که نور در آن حرکت می‌کند. دو قطبی نیز یک نور عبوری (بازتابی) تولید می‌کند که در جهت قطبش نور نوسان می‌کند. این نوسانات دو قطبی همچنین یک نور بازتابی تولید می‌کند. اگرچه
نمی‌کنند. در نتیجه اگر جهت شکست عمود بر جهت نور باشد، دو قطبی نمی‌تواند هیچ نوری را ایجاد کند.
با یک هندسه ساده این شرط می‌تواند بیان کند که:
سطر ۱۴۴ ⟵ ۱۶۰:
چون ضریب شکست برای یک مادهٔ معین با [[طول موج]] نور تغییر می‌کند و به آن بستگی دارد، زاویهٔ بروستر با طول موج تغییر خواهد کرد.
پدیده قطبش نور توسط بازتاب از سطح در یک زاویهٔ خاص برای اولین بار توسط اِتیِن لویی مالوس (Etienne-Lious Malus) در سال ۱۸۰۸ مشاهده شد.
او تلاش کرد که زاویه قطبش را با ضریب شکست ماده مرتبط کند، اما به دلیل کیفیت بد شیشه‌های آن زمان ناامید شد. در سال ۱۸۱۵
بروستر به صورت تجربی با مواد باکیفیت نشان داد که این زاویه تابعی از ضریب شکست است
سطر ۱۵۵ ⟵ ۱۷۱:
== کاربردها ==
عینک‌های آفتابی
[[پرونده:Poloriser-demo.jpg|وسط|frame|اثر به‌کاربردن فیلتر قطبی‌کننده در عکاسی؛ عکس سمت راست با فیلتر گرفته شده‌است. به حذف بازتاب نور از روی شیشۀ پنجره توجه کنید.]]
▲این اثر برای سطوح صاف مثل آب بسیار قوی است، اما برای بازتاب از جاده‌ها و سطح زمین کاهش می‌یابد.
▲عکاس‌ها از بعضی اصول از بین بردن بازتاب‌ها از آب استفاده می‌کنند تا بتوانند از اجسام زیر سطح آب عکس بگیرند.
== پنجره بروستر ==
[[پرونده:Brewster window.svg|بندانگشتی|راست|
لیزرهای گازی معمولاً از یک پنجرهٔ
چون پنچره مقداری از نور با قطبش s را بازتاب می‌کند، اما نور با قطبش p را بازتاب نمی‌کند، بهره برای قطبش s کاهش می‌یابد
اما هیچ تأثیری بر روی قطبش p ندارد. به این دلیل خروجی لیزر دارای قطبش p است و اجازه می‌دهد
| |||