Какие виды поляризации существуют

Виды поляризации

Все диэлектрические материалы имеют молекулярное или ионное строение. Молекулы, в свою очередь состоят из атомов, состоящих в свою очередь, из электронов и положительно заряженных ядер. При этом суммарный заряд всех отрицательно и положительно заряженных частиц, образующих диэлектрик, равен нулю. Идеальный диэлектрик состоит только из связанных между собой заряженных частиц, которые в силу пространственной структуры молекул, могут образовывать электрические диполи (полярные молекулы); свободных носителей заряда в нем нет. Поэтому электропроводность в идеальном диэлектрике отсутствует. Под действием приложенного напряжения все связанные заряженные частицы диэлектрика упорядоченно смещаются из своих равновесных состояний на ограниченные расстояния, а электрические диполи выравниваются по полю. В результате этих процессов диэлектрик поляризуется, в нем возникает электрический дипольный момент. Упорядоченное смещение связанных заряженных частиц и ориентация диполей приводит к образованию в материале так называемых токов смещения.

В реальных диэлектриках, используемых в электротехнике, в результате дефектов строения и наличия ионогенных примесей, кроме связанных заряженных частиц появляются и свободные заряженные частицы (свободные заряды), которые не связаны с определенными молекулами и не имеют постоянного равновесного положения. Под действием приложенного напряжения эти свободные частицы перемещаются в диэлектрике на относительно большие расстояния. Содержание свободных зарядов в диэлектриках ничтожно мало, их электропроводность в 10 11 – 10 26 раз меньше, чем у проводников. Таким образом, в реальных диэлектриках под действием внешнего электромагнитного поля имеет место как поляризация, так и электропроводность, обусловленная перемещением свободных зарядов на относительно большие расстояния.

Способность диэлектрика поляризоваться под действием приложенного электромагнитного поля является его фундаментальным свойством, которым обладают как реальные диэлектрики, так и идеальный диэлектрик.

2.1. Перекличка. Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

2.1.1. Ковалентная связь.

2.1.2. Ионная связь.

2.1.3. Характеристики электрического диполя.

Как известно молекулы состоят из атомов, окруженных электронными оболочками. При этом электроны могут равномерно распределяться по молекуле, а могут и концентрироваться на каких-либо атомах. В первом случае говорят, что молекула неполярная. Пример — молекула водорода или атом гелия, или молекула бензола. Во втором случае в молекуле образуются области с положительным и отрицательным зарядом. Если в молекуле можно выделить направление, вдоль которого с одной стороны можно расположить положительные заряды, а с другой стороны — отрицательные, то такая молекула называется полярной или дипольной. Пример, молекула HCl, в которой электрон переходит с атома водорода на атом хлора, тем самым хлор заряжается отрицательно, а водород — положительно.

Поляризация – это такое явление, когда под действием внешнего электрического поля происходит ограниченное перемещение связанных заряженных частиц и некоторое упорядочение в расположении диполей, совершающих хаотическое тепловое движение , в результате чего в диэлектрике образуется результирующий электрический дипольный момент.

В отсутствии внешнего электрического поля все связанные и свободные заряженные частицы диэлектрика, а также его полярные молекулы (диполи), расположены таким образом, что общий электрический дипольный момент всех микроскопических объемов равен или близок к нулю. Под действием приложенного электрического поля все связанные заряженные частицы смещаются из своих равновесных положений на ограниченные расстояния. Возникает поляризация диэлектрика и его результирующий дипольный момент становится отличным от нуля.

Следует различать два основных вида поляризации. Первый вид поляризации происходит в диэлектрике под действием электрического поля практически мгновенно, без рассеяния энергии, т.е. без выделения тепла. Он называется упругойилидеформационной поляризацией. Второй вид поляризации нарастает и убывает замедленно и сопровождается нагреванием диэлектрика. Второй вид поляризации называется релаксационной. Вид поляризации в первую очередь зависит от того, какие частицы диэлектрика, смещаясь, вызывает поляризацию, а также на какие расстояния они смещаются. Все частицы диэлектрика, способные смещаться и вызывать поляризацию, можно разделить на две группы упруго (сильно) связанные и слабо связанные.

Упруго связанные заряды имеют одно положение равновесия, около которого они совершают тепловое движение. Под действием электрического поля они смещаются на небольшие расстояния: электроны смещаются в пределах атома или иона, атомы – в пределах молекулы, ионы – в пределах ячейки кристаллической решетки и т.д.

Слабо связанные частицы (например, ионы в неплотно упакованной кристаллической решетке, в аморфном теле или на дефектах строения) имеют несколько положений равновесия, в которых они располагаются случайно и равновероятно. Слабо связанные частицы могут случайно перемещаться между положениями равновесия в ходе теплового движения. Электрическое поле придает таким переходам направленный характер. Смещение слабо связанных частиц происходит на гораздо большие расстояния, чем для упруго связанных зарядов.

Соответственно первый вид поляризации вызван процессами, которые связаны с упруго связанными частицами, релаксационная поляризация связана со слабо связанными зарядами.

К деформационным видам поляризации относится электронная и ионная.

1. Электронная поляризация заключается в упругом смещении (деформации) электронных оболочек атомов относительно ядра (рис.3.) и имеет место во всех диэлектриках. Время установления этого вида поляризации чрезвычайно мало (τ = 10 -14 – 10 -15 с). Показатели электронной поляризации не зависят от температуры и частоты приложенного напряжения, а с увеличением размера атома возрастают пропорционально кубу радиуса атома.

2. Ионная поляризация.Наблюдается в кристаллических и аморфных телах ионного строения (кварц, асбест, слюда, стекло и др.)

Достаточно часто молекула диэлектрика состоит из атомов различных химических элементов, имеющих разные электрические заряды. Ионы, находящиеся в узлах кристаллической решетки, несут на себе электрические заряды разной полярности. По действием внешнего электрического поля происходит смещение ионов на расстояние в пределах шага решетки, т.е. происходит упругая деформация всей кристаллической решетки (для аморфных веществ – апериодической сетки). Например, поваренная соль NaCl имеет кубическую кристаллическую решетку. Под действием внешнего электрического поля эта решетка деформируется, отдельные ячейки теряют кубическую форму, отдельные ребра решетки растягиваются и сжимаются. Показатели ионной поляризации не зависят от частоты напряжения, однако линейно зависят от температуры вещества, так как происходит изменение энергии упругой связи между ионами.

К релаксационным видам поляризации относятся:

3. Ионно-релаксационная поляризация. Она наблюдается в стеклах, а также в веществах с неплотной упаковкой кристаллической решетки (электротехническая керамика, асбест, мрамор), когда в отдельных узлах решетки имеются незанятые вакансии. В отсутствии электрического поля слабо связанные ионы при тепловом движении могут хаотично перемещаться между вакансиями, а под действием внешнего поля переходы в направлении поля становятся более вероятными, что приводит к появлению направленных переходов ионов. Ионы могут перемещаться на расстояния большие, чем шаг кристаллической решетки. С повышением температуры ионно-релаксационная поляризация нелинейно усиливается за счет увеличения числа ионов, участвующих в перемещениях.

4. Дипольно-релаксационная поляризация наблюдается в диэлектриках молекулярного строения с полярными молекулами, находящимися в газообразном, жидком и твердом аморфном состоянии. У таких диэлектриков молекулы даже в отсутствии внешнего электрического поля уже имеют постоянный дипольный момент m, (например, полихлордифенилы, ПВХ и др.). Дипольно-релаксационная поляризация заключается в более упорядоченном положении дипольных молекул (диполей), совершающих тепловое движение. Этот вид поляризации зависит от температуры и частоты приложенного напряжения. С увеличением температуры межмолекулярные силы ослабляются, снижается вязкость вещества, что усиливает дипольную поляризацию. Дальнейшее увеличение температуры усиливает тепловое движение и снижает ориентирующее воздействие поля. Дипольная поляризация при этом начинает снижаться.

Поляризация света

Начало XIX века для физики ознаменовалось развитием волновой теории света, которым занимались ученые Т. Юнг и О. Френель. В то время природа световых волн оставалась неизвестной. Изначально предполагалось, что свет является распространяющимися в некоторой гипотетической среде – эфире продольными волнами. Однако в процессе изучения явлений дифракции и интерференции вопрос о том, продольные или поперечные световые волны, стал второстепенен. На тот момент казалось невозможным, что свет – это поперечные волны, по той причине, что по аналогии с механическими волнами пришлось бы признать эфир твердым телом, ведь поперечные механические волны не обладают возможностью распространяться в газообразной или же жидкой среде.

Несмотря ни на что, постепенно копились свидетельствующие в пользу поперечности световых волн экспериментально полученные факты.

Еще в конце XVII века было обнаружено, что кристалл исландского шпата ( CaCO 3 ) обладает свойством, позволяющим ему раздваивать проходящие сквозь него лучи. Данное явление было названо двойным лучепреломлением (рис. 3 . 11 . 1 ).

Рисунок 3 . 11 . 1 . Прохождение света через кристалл исландского шпата (двойное лучепреломление). При повороте кристалла относительно направления первоначального луча оба луча, которые проходят через кристалл, тоже поворачиваются.

Поляризация света

Поляризация света — это явление выделения из пучка естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.

Как же получить поляризованный свет?

Французским инженером Э. Малюсом в 1809 году был открыт названный в его честь закон. В экспериментах Малюса свет последовательно пропускался сквозь пару одинаковых пластинок из турмалина (прозрачное кристаллическое вещество зеленоватого оттенка). Они могли поворачиваться друг относительно друга на угол φ , как это проиллюстрировано на рисунке 3 . 11 . 2 .

Рисунок 3 . 11 . 2 . Наглядный пример закона Малюса.

Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной cos 2 φ :

Двойное лучепреломление точно также, как и закон Малюса не может быть объяснено с точки зрения теории продольных волн. Для продольных волн направление распространения луча представляет собой ось симметрии. В них любые направления в плоскости, нормальной, то есть перпендикулярной, лучу, равноправны.

В поперечной волне, к примеру, в бегущей по резиновому жгуту волне, направление колебаний и перпендикулярное ему направление не равноправны (рис. 3 . 11 . 3 ).

Рисунок 3 . 11 . 3 . Поперечная волна в резиновом жгуте. Частицы совершают колебательные движения вдоль оси y . При повороте щели S затухнет волна.

Выходит, что асимметрия относительно направления распространения луча – это решающий признак, отличающий поперечную и продольную волны. Первым высказал догадку о поперечности световых волн Т. Юнг в 1816 году. Независимо от Юнга Френель тоже выдвинул концепцию поперечности световых волн, и даже смог обосновать ее с помощью большого количества опытов. Им была создана теория двойного лучепреломления света в кристаллах.

В середине 60 -х годов XIX века Максвелл, взяв за основу совпадение известных значений скоростей распространения света и электромагнитных волн, сделал вывод о природе света. Ученый решил, что свет – это частный случай электромагнитных волн. К тому времени экспериментальным путем была подтверждена поперечность световых волн. По этой причине Максвелл предположил, что она является еще одним важным аргументом в пользу его выводов насчет электромагнитной природы света.

Пропала необходимость во введении особой среды распространения волн – эфира, который приходилось рассматривать как твердое тело. Благодаря этому электромагнитная теория света приобрела должную стройность.

В условиях электромагнитной волны вектора E → и B → направлены перпендикулярно друг к другу и находятся в плоскости, которая перпендикулярна направлению распространения волны плоскости. (рис. 2 . 6 . 3 )

Рисунок 2 . 6 . 3 . Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна. Векторы E → , B → и υ → взаимно перпендикулярны.

В каждом из процессов взаимодействия света с веществом электрический вектор E → играет основную роль. По данной причине его называют световым вектором.

Виды поляризации света

Если при распространении электромагнитной волны световой вектор сохраняет свою ориентацию, то подобная волна носит название линейно поляризованной или плоско поляризованной. Отметим, что термин поляризации волн ввел Малюс применительно к поперечным механическим волнам.

Плоскость, в которой колеблется световой вектор E → , носит название плоскости колебаний (то есть плоскость y z , изображенная на рисунке 2 . 6 . 3 ), а плоскость, в которой совершает колебание магнитный вектор B → , является плоскостью поляризации (плоскость x z на рисунке 2 . 6 . 3 ).

В случае, когда две поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях монохроматические волны распространяются вдоль одного и того же направления, в общем случае результатом их сложения будет эллиптически поляризованная волна (смотрите рисунок 3 . 11 . 4 ).

Рисунок 3 . 11 . 4 . Сложение двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн и образование эллиптически поляризованной волны.

В нормальной (то есть перпендикулярной) направлению распространения волны эллиптически поляризованной волне в каждой плоскости P конец результирующего вектора E → за период светового колебания обходит некоторый эллипс, носящий название эллипса поляризации.

Его размер и форма характеризуются амплитудами a x и a y линейно поляризованных волн и фазовым сдвигом Δ φ между ними.

Волна, обладающая круговой поляризацией ( a x = a y , Δ φ = ± π 2 ) представляет собой частный случай эллиптически поляризованной волны.

Данные, получаемые при просмотре рисунка 3 . 11 . 5 , дают представление о пространственной структуре эллиптически поляризованной волны.

Рисунок 3 . 11 . 5 . Электрическое поле в эллиптически поляризованной волне.

Линейно поляризованный свет производится лазерными источниками. В случае отражения или рассеяния свет может стать поляризованным. В частности, голубой свет от неба частично или полностью поляризован. Однако, свет, который испускают обычные источники, такие как, например, солнечный свет и излучение ламп накаливания, является неполяризованным. Свет, исходящий от подобных источников, в любой момент состоит из вкладов огромного числа независимо излучающих атомов, обладающими различной ориентацией светового вектора в волнах, которые они излучают. По этой причине в результирующей волне вектор E → хаотично меняет свою ориентацию во времени, из-за чего в среднем все направления колебаний получаются равноправными.

Неполяризованный свет также называют естественным светом.

В любой момент времени вектор E → может быть спроецирован на две взаимно перпендикулярные оси (смотри рисунок 3 . 11 . 6 ).

Рисунок 3 . 11 . 6 . Разложение вектора E → по осям О х и О у .

Это значит, что любую волну, вне зависимости от того, поляризованная она или же нет, можно представить в виде суперпозиции двух линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях волн: E → ( t ) = E x → ( t ) + E y → ( t ) . В поляризованной волне обе составляющие E x ( t ) и E y ( t ) когерентны, то есть разность фаз между E x ( t ) и E y ( t ) не претерпевает изменений, а в неполяризованной – некогерентны, значит разность фаз представляет собой случайную функцию времени.

Явление двойного лучепреломления света основывается на том, что в кристаллических веществах показатели преломления линейно поляризованных во взаимно нормальных направлениях волн, зачастую различны. По данной причине кристалл раздваивает лучи, которые проходят сквозь него так, как это показано на рисунке 3 . 11 . 1 . Два луча на выходе кристалла линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях.

Кристаллы, в которых происходит двойное лучепреломление, называются анизотропными.

Прибегая к разложению вектора E → на составляющие по осям, можно объяснить закон Малюса (рис. 3 . 11 . 2 ).

У значительной части кристаллов поглощение света кардинально зависимо от направления электрического вектора в световой волне. Такое явление носит название дихроизма.

В частности, данным свойством обладают использованные в знакомых нам опытах Малюса пластины турмалина. При некоторой толщине пластинка турмалина практически полностью поглощает одну из взаимно перпендикулярно поляризованных волн (как, к примеру, E x ) и частично пропускает вторую волну (то есть E y ).

Направление колебаний электрического вектора в прошедшей волне является разрешенным направлением пластины.

Пластинка турмалина может применяться как для создания поляризационного света, то есть в качестве поляризатора, так и для анализа характера поляризации света, как анализатор.

В наше время часто применяются искусственные дихроичные пленки, называющиеся поляроидами.

Поляроиды пропускают практически всю волну разрешенной поляризации и не пропускают поляризованную в нормальном направлении волну. Исходя из всего вышесказанного, можно заявить, что поляроиды – это идеальные поляризационные фильтры.

Разберем последовательное прохождение естественного света через пару идеальных поляроидов П 1 и П 2 (рисунок 3 . 11 . 7 ), чьи разрешенные направления развернуты друг относительно друга на угол φ . Первый поляроид в приведенном тандеме занимает место поляризатора. Он преобразовывает естественный свет в линейно поляризованный. Второй поляроид применяется в качестве анализатора.

Рисунок 3 . 11 . 7 . Прохождение естественного света через два идеальных поляроида. y y ‘ представляет собой разрешенные направления поляроидов.

Обозначение амплитуды линейно поляризованной волны после прохождения света через первый поляроид в виде E 0 = I 0 2 приводит к тому, что пропущенная вторым поляроидом волна приобретает амплитуду E = E 0 cos φ . Таким образом, интенсивность I линейно поляризованной волны на выходе второго поляроида может быть записана в виде следующего выражения:

I = E 2 = E 0 2 cos 2 φ = 1 2 I 0 cos 2 φ .

Выходит, что в электромагнитной теории света закон Малюса находит естественное объяснение, чья основа заключается в разложении вектора E → на его составляющие.

Поляризация волн

Поляриза́ция волн — характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

В продольной волне поляризация возникнуть не может, так как направление колебаний в этом типе волн всегда совпадают с направлением распространения. [1]

Поперечная волна характеризуется двумя направлениями: волновым вектором и вектором амплитуды, всегда перпендикулярным к волновому вектору. Так что в трёхмерном пространстве имеется ещё одна степень свободы — вращение вокруг волнового вектора.

Причиной возникновения поляризации волн может быть:

• несимметричная генерация волн в источнике возмущения; среды распространения волн; и отражение на границе двух сред.

Основными являются два вида поляризации:

• линейная — колебания возмущения происходят в какой-то одной плоскости. В таком случае говорят о «плоско-поляризованной волне»;
• круговая — конец вектора амплитуды описывает окружность в плоскости колебаний. В зависимости от направления вращения вектора может быть правой или левой.

На основе этих двух или только круговой можно сформировать и другие, более сложные виды поляризации. Например, эллиптическая.

Поляризация описывается Фигурами Лиссажу и соответствует сложению поперечных колебаний равной частоты.

Содержание

Поляризация электромагнитных волн

Теория явления

Электромагнитная волна может быть разложена (как теоретически, так и практически) на две поляризованные составляющие, например, поляризованные вертикально и горизонтально. Возможны другие разложения, например, по иной паре взаимно перпендикулярных направлений, или же на две составляющие, имеющие левую и правую круговую поляризацию. При попытке разложить линейно поляризованную волну по круговым поляризациям (или наоборот) возникнут две составляющие половинной интенсивности.

Как с квантовой, так и с классической точки зрения, поляризация может быть описана двумерным комплексным вектором (вектором Джонса). Поляризация фотона является одной из реализаций q-бита.

Свет солнца, являющийся тепловым излучением, не имеет поляризации, однако рассеянный свет неба приобретает частичную линейную поляризацию. Поляризация света меняется также при отражении. На этих фактах основаны применения поляризующих фильтров в фотографии и т. д.

Линейную поляризацию имеет обычно излучение антенн.

По изменению поляризации света при отражении от поверхности можно судить о структуре поверхности, оптических постоянных, толщине образца.

Если рассеянный свет поляризовать, то, используя поляризационный фильтр с иной поляризацией, можно ограничивать прохождение света. Интенсивность света, прошедшего через поляризаторы, подчиняется закону Малюса. На этом принципе работают жидкокристаллические экраны.

Некоторые живые существа [2] , например пчёлы, способны различать линейную поляризацию света, что даёт им дополнительные возможности для ориентации в пространстве. Обнаружено, что некоторые животные, например креветка-богомол павлиновая [3] способны различать циркулярно-поляризованный свет, то есть свет с круговой поляризацией.

История открытия поляризации электромагнитных волн

Открытию поляризованных световых волн предшествовали работы многих учёных. В 1669 г. датский учёный Эразм Бартолин сообщил о своих опытах с кристаллами известкового шпата (CaCO₃), чаще всего имеющими форму правильного ромбоэдра, которые привозили возвращающиеся из Исландии моряки. Он с удивлением обнаружил, что луч света при прохождении сквозь кристалл расщепляется на два луча (называемых теперь обыкновенным и необыкновенным). Бартолин провёл тщательные исследования обнаруженного им явления двойного лучепреломления, однако объяснения ему дать не смог.

Через двадцать лет после опытов Э. Бартолина его открытие привлекло внимание нидерландского учёного Христиана Гюйгенса. Он сам начал исследовать свойства кристаллов исландского шпата и дал объяснение явлению двойного лучепреломления на основе своей волновой теории света. При этом он ввёл важное понятие оптической оси кристалла, при вращении вокруг которой отсутствует анизотропия свойств кристалла, то есть их зависимость от направления (конечно, такой осью обладают далеко не все кристаллы).

В своих опытах Гюйгенс пошёл дальше Бартолина, пропуская оба луча, вышедшие из кристалла исландского шпата, сквозь второй такой же кристалл. Оказалось, что если оптические оси обоих кристаллов параллельны, то дальнейшего разложения этих лучей уже не происходит. Если же второй ромбоэдр повернуть на 180 градусов вокруг направления распространения обыкновенного луча, то при прохождении через второй кристалл необыкновенный луч претерпевает сдвиг в направлении, противоположном сдвигу в первом кристалле, и из такой системы оба луча выйдут соединёнными в один пучок. Выяснилось также, что в зависимости от величины угла между оптическими осями кристаллов изменяется интенсивность обыкновенного и необыкновенного лучей.

Эти исследования вплотную подвели Гюйгенса к открытию явления поляризации света, однако решающего шага он сделать не смог, поскольку световые волны в его теории предполагались продольными. Для объяснения опытов Х. Гюйгенса И. Ньютон, придерживавшийся корпускулярной теории света, выдвинул идею об отсутствии осевой симметрии светового луча и этим сделал важный шаг к пониманию поляризации света.

В 1808 г. французский физик Этьен Луи Малюс, глядя сквозь кусок исландского шпата на блестевшие в лучах заходящего солнца окна Люксембургского дворца в Париже, к своему удивлению заметил, что при определённом положении кристалла было видно только одно изображение. На основании этого и других опытов и опираясь на корпускулярную теорию света Ньютона, он предположил, что корпускулы в солнечном свете ориентированы беспорядочно, но после отражения от какой-либо поверхности или прохождения сквозь анизотропный кристалл они приобретают определённую ориентацию. Такой «упорядоченный» свет он назвал поляризованным.

Параметры Стокса

В общем случае плоская монохроматическая волна имеет правую или левую эллиптическую поляризацию. Полная характеристика эллипса даётся тремя параметрами, например, полудлинами сторон прямоугольника, в который вписан эллипс поляризации , и разностью фаз , либо полуосями эллипса , и углом между осью и большой осью эллипса. Удобно описывать эллиптически поляризованную волну на основе параметров Стокса:

, ,

S_3=2A_1 A_2 \sin \phi» width=»» height=»» />.

Независимыми являются только три из них, ибо справедливо тождество:

.

Если ввести вспомогательный угол , определяемый выражением (знак

-» width=»» height=»» /> — правой поляризации [4] ), то можно получить следующие выражения для параметров Стокса:

S_2=S_0 \cos (2\chi) \sin (2\psi)» width=»» height=»» />,

S_1″ width=»» height=»» />,

S_3″ width=»» height=»» /> интерпретируются, как декартовы координаты точки, лежащей на поверхности сферы радиуса

2\chi» width=»» height=»» /> и

S_1″ width=»» height=»» />,

S_3″ width=»» height=»» /> используют также нормированные параметры Стокса

s_2=S_2/S_0″ width=»» height=»» />,

s^2_1+s^2_2+s^2_3=1″ width=»» height=»» />.

Практическое значение

Скорость распространения волны может зависеть от её поляризованности.

Две волны, линейно поляризованные под прямым углом друг к другу, не интерферируют.

Чаще всего это явление используется для создания различных оптических эффектов, а также в 3D-кинематографе (технология IMAX), где поляризация используется для разделения изображений, предназначенных правому и левому глазу.

Круговая поляризация применяется в антеннах космических линий связи, так как для приёма сигнала не важно положение плоскости поляризации передающей и приёмной антенн. То есть вращение космического аппарата не повлияет на возможность связи с ним. В наземных линиях используют антенны линейной поляризации — всегда можно выбрать заранее — горизонтально или вертикально располагать плоскость поляризации антенн. Антенну круговой поляризации выполнить сложнее, чем антенну линейной поляризации. Вообще, круговая поляризация — вещь теоретическая. На практике говорят об антеннах эллиптической поляризации — с левым или правым направлением вращения.

Круговая поляризация света используется также в технологиях стереокинематографа RealD и MasterImage. Эти технологии подобны IMAX с той разницей, что круговая поляризация вместо линейной позволяет сохранять стереоэффект и избегать двоения изображения при небольших боковых наклонах головы.

Поляризация частиц

Аналогичный эффект наблюдается при квантовомеханическом рассмотрении пучка частиц, обладающих спином. Состояние отдельной частицы в этом случае, вообще говоря, не является чистым и должно описываться соответствующей матрицей плотности. Для частицы со спином ½ (скажем, электрона) это эрмитова матрица 2×2 со следом 1:

В общем случае она имеет вид

= (\sigma_x,\sigma_y,\sigma_z)» width=»» height=»» /> — вектор, составленный из матриц Паули, а | = 2 \sqrt» width=»» height=»» />

называется степенью поляризации частицы. Это вещественное число Значение соответствует полностью поляризованному пучку частиц, при этом

где — вектор состояния частицы. Фактически, полностью поляризованные частицы можно полностью описать вектором состояния.

См. также

Примечания

1. ↑Волны — статья из Большой советской энциклопедии
2. ↑ Некоторые люди также обладают способностью различать поляризацию света, в частности эти люди могут наблюдать невооруженным глазом эффекты, связанные с частичной поляризацией света дневного неба. Так описывает этот эффект Лев Николаевич Толстой в своей повести «Юность»:
   «и, вглядываясь в растворенную дверь балкона … , и в чистое небо, на котором, как смотришь пристально, вдруг показывается как будто пыльное желтоватое пятнышко и снова исчезает;»
3. ↑MEMBRANA | Мировые новости | Учёные открыли новую форму зрительного восприятия
4. ↑Ахманов С.А., Никитин С.Ю.Физическая оптика. — МГУ,Наука, 2004. — P. 654. стр. 36. Знак Электронная поляризация это смещение электронных орбит относительно положительно заряженного ядра (рис.25).

   Данная поляризация происходит во всех атомах любого вещества и, следовательно, во всех диэлектриках, независимо от наличия в них других видов поляризации. Электронная поляризация уста­навливается за очень короткое время 10 -14 -10 -15 с после наложения электрического поля, что сравнимо с периодом световых колебаний

   поэтому электронная поляризация проявляется на всех частотах электрического по­ля, вплоть до оптических. При увеличении размеров атомов электронная поляризуемость увеличивается, т.к. при этом не только стано­вится слабее связь электронов внешних оболочек с ядром атомов и увеличивается смещение оболочки l, но и возрастает заряд ядра q.

   Для веществ ионного строения существенна электронная поляризуемость не атомов, а ионов. Различные ионы обладают заметно различающимися значениями электронной поляризуемости, представляющим отношение /₀. Этот параметр имеет размерность объема и имеет порядок объема атома, т.е. 10 -30 -10 -29 м 3 для атомарных веществ.

   Для характеристик веществ ионного строения применяют отношение (/₀)/r 3 . Для иона Na + это отношение равно 0,21; для иона О — 1,2 и т.д.

   Наличие ионов с большими значениями геометрической поляризуемости способствует поляризации.

   Рис.26.Механизм ионной поляризации.

   онная поляризация представляет смещение друг относительно друга разноименно заряженных ионов в веществах с ионными связями Центры положительных и отрицательных зарядов q ионов ячейки, совпадающие до приложения электрического поля, под действием внешнего поля раздвигаются на некоторое расстояние х в результате смещения разноименно заряженных ионов в противоположных направлениях, вследствие чего элементарная ячейка приобретает индуцированный электрический момент Р_и=qx.

   Ионная поляризация устанавливается также за малое, но все же большее, чем электронная поляризация время — порядка 10 -13 -10 -14 с.

   Ионная поляризация больше у тех веществ, где ионы слабо связаны друг с другом и несут большие электрические заряды, т.е. являются многовалентными.

   Дипольная, поляризация характерна для полярных диэлектриков. Сущность этого вида поляризации заключается в повороте в направлении электрического поля молекул, имеющих постоянный электрический момент. Более строго следует трактовать дипольную поляризацию не как поворот полярных молекул под действием внешнего электрического поля, а как внесение этим полем некоторой упорядоченности в положения полярных молекул, непрерывно совершающих хаотические тепловые движения — дипольная поляризация по своей природе связана с тепловыми движениями молекул и на нее существенное влияние оказывает температура.

   Дипольная поляризация в простейшем виде проявляется в газах, жидкостях и аморфных вязких веществах; в кристаллах при температуре ниже точки плавления диполи обычно «заморожены», т.е. закреплены на своих местах и не могут ориентироваться. Однако, дипольная поляризация все же наблюдается в некоторых кристаллических веществах с неплотной упаковкой молекул, например, в водяном льде и других кристаллах с водородными связями, где переориентация диполя заключается в перескоке протона из одного положения в другое.

   Процесс установления дипольной поляризации после включения диэлектрика под напряжение (или процесс ее ликвидации после снятия напряжения) требует относительно большого времени по сравнению с практически безинерционными явлениями электронной и ионной поляризации .

   Поляризованность Р дипольной поляризации за время t с мо­мента снятия приложенного напряжения уменьшается по экспоненте:

   P_g()=P_g(0)exp(-t/),

   где -постоянная времени релаксации дипольной поляризации.

   Если период приложенного переменного напряжения меньше , то диполи не успевают ориентироваться вслед за полем, и дипольная поляризация не дает вклада в поляризованность диэлектрика. Так как  обычно имеет порядок 10 -6 -10 -10 , дипольная поляризация проявляется на частотах 10 6 -10 10 Гц. При понижении темпера­туры время релаксации значительно возрастает.

   Миграционная поляризация наблюдается в некоторых диэлектри­ках, в частности, в неоднородных диэлектриках, особенно с полупроводниковыми включениями. В диэлектриках с полупроводниковыми включениями этот вид поляризации заключается в миграции (перемещении) зарядов в этих включениях до их границ и накоплении зарядов на границах раздела. Процессы установления и снятия миграционной поляризации сравнительно медленны и могут продолжаться секунды, минуты и даже ча­сы, поэтому миграционная поляризация наблюдается лишь на очень низких частотах.

   Процессы поляризации определяются, в основном, диэлектрической проницаемостью, которая зависит о температуры, частоты, давления, влажности.

   Зависимость диэлектрической проницаемости от частоты внешнего

   У неполярных диэлектриков, для которых основными видами поляризации являются электронная и ионная, не наблюдается заметной зависимости  от частоты, т.к. время установления этих видов поляризации весьма мало (рис.27). У полярных диэлектриков  начинает снижаться уже в радиочастотном диапазоне, когда угловая частота внешнего электрического поля =2f приближается к угловой частоте релаксации диэлектрика w_p=1/.

   Рис.27 Изменение  с изменением частоты

   Изменение с изменением частоты внешнего электрического поля называют диэлектрической дисперсией. Дисперсия, выражающаяся в монотонном снижении 

   сростом частоты называетсярелаксационной (рис.27). Она характерна для дипольной и миграционной поляризации. Ионная и электронная поляризации претерпевают резонансную дисперсию, при которой s вначале растет, затем уменьшается, проходя через минимум, и достигает высокочастотного значения. Понятия релаксационной и резонансной дисперсии необходимы для объяснения сущности потерь, приводящих к разогреву и теплово­му пробою диэлектрика в сильных электрических полях, снижению добротности и избирательности колебательных контуров.

   Рис.28.Зависимость  от температуры

   Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры.

   У неполярных диэлектриков температура на процесс поляризации непосредственно не влияет, т.к. электронная поляризуемость _э молекул от температуры не зависит. Однако, вследствие теплового расширения вещества количество поляризующихся

   молекул в единице объема уменьшается и  при повышении температуры должна также уменьшаться (рис.28). Резкое изменение  для кристаллического диэлектрика парафина объясняется ярко выраженным фазовым переходом твердое тело-жидкость, связанным со скачкообразным изменением плотности и объема.

   При фазовом переходе из конденсированного состояния в газообразное  также скачкообразно уменьшается до характерного для газов значения, близкого к единице.

   У большинства твердых ионных диэлектриков (кристаллы, стекла, керамика)  при росте температуры увеличивается, что связано с ростом ионной поляризуемости.

   У полярных диэлектриков в области низких температур ориентация диполей обычно невозможна, и время релаксации  очень велико. При повышении температуры  уменьшается и появляется дипольная поляризация, что обуславливает значительное увеличение . Однако при дальнейшем росте температуры начинает влиять усиление хаотического колебания молекул и,соответственно, уменьшается ве­роятность их ориентации, что приводит к тому, что в зависимости =f(t) появляется типичный дипольный максимум.

   Похожие публикации:

   1. 12 вольт дома где взять
   2. Как пишется мультиметр
   3. Ванна бьется током что делать
   4. Кто приобретает вспомогательное оборудование