Inglismaal on enamik televisiooniantenne orienteeritud vertikaalselt, kuid Põhja-Ameerikas horisontaalselt. Selle erinevuse põhjuseks on TV signaali kandva elektromagnetlaine võnkumiste siht. Inglismaal on TV signaali saatjad konstrueeritud nii, et elektromagnetlained on polariseeritud vertikaaltasandis, s.t nende elektriväli võngub vertikaalsihis. Põhja-Ameerikas on aga lained horisontaalselt polariseeritud.
Joonisel 33-9a on elektromagnetlaine, mille elektriväli võngub paralleelselt -teljega.Tasandit, milles asetseb väljavektor , nimetatakse laine võnketasandiks (ehk teisiti öeldes: laine on -telje sihis lineaarselt polariseeritud). Laine polarisatsiooniseisundit võib näidata ka nii, nagu joonisel 33-9b, kus laine on kujutatud vaatleja poole levivana ja kaheotsaline nool osutab sellele, et elektriväli muutub vertikaaltasandis.
Televisioonisaatja poolt kiiratavad elektromagnetlained omavad kõik ühesugust polarisatsiooni, kuid tavalised elektromagnetlainete allikad (nagu näiteks Päike, hõõglamp) kiirgavad juhuslikult polariseeritud (ehk polariseerimata ) laineid.
Polariseerimata laine puhul on elektriväli muidugi oma levikusuunaga risti, kuid elektrivälja võnkumise siht muutub juhuslikult. Kui me kujutame polariseerimata valguse võnkumisi teatud ajaintervalli jooksul, saame joonisel 33-10a toodud pildi.
Juhuslikult muutuva polarisatsiooniga valguse käsitlus lihtsustub, kui lahutada elektriväli - ja - komponendiks. Me võime esitada polariseerimata valgust kui kaheotsaliste noolte paari. Siis esitab -telje sihiline kahe otsaga nool summaarse -komponendi võnkumisi ja nool -telje sihis kujutab summaarse -komponendi võnkumisi. Nii tegutsedes muudame me polariseerimata valguse kahe polariseeritud valguse superpositsiooniks. Nende polariseeritud valguste võnketasandid on risti – ühes tasandis asetseb -telg ja teises -telg. Sellise esituse üks põhjus seisneb selles, et joonist 33-10b on hulga lihtsam koostada kui joonist 33-10a.
Me võime niisugused joonised teha ka sellise juhu jaoks, kus valgus on osaliselt polariseeritud (selle võnkumiste piirkond ei ole täiesti juhuslik nii, nagu joonisel 33-10a, ega ka paralleelne ühe teljega, nagu joonisel 33-9b). Sel juhul joonestame me ühe kaheotsaliste noolte paarist pikema kui teise.
Polariseerimata valguse saab muundada polariseerituks kasutades polariseerivat kilet, nagu on kujutatud joonisel 33-11. Sellised kiled, mida nimetatakse polaroidideks, leiutas 1932. aastal Edwin Land, olles ise alles tudeng. Polariseeriv kile kujutab endast plasti paigutatud pikki molekule. Kile valmistamisprotsessis venitatakse seda nii, et selle molekulid paigutuvad paralleelsetesse ridadesse nii, nagu vaod põllul. Kui valgus langeb polaroidile, siis neeldub elektrivälja see komponent, mis on molekulidega paralleelne. Teine, esimesega risti olev elektrivälja komponent aga läbib kile neeldumata.
Polaroidi iseloomustatakse selle läbilaskesihi abil, selles sihis olev elektrivälja komponent ei neeldu.
Elektrivälja komponent, mis on paralleelne polaroidi läbilaskesihiga, läbib polaroidi, sellega risti olev komponent aga neeldub.
Seega koosneb polaroidi läbinud valguse elektriväli vaid ühest komponendist, mis on paralleelne polaroidi läbilaskesihiga ja seega on valgus selles sihis polariseeritud. Joonisel 33-11 läbib elektrivälja vertikaalne komponent polaroidi ja selle horisontaalne komponent neeldub. Seega on läbiv laine vertikaalselt polariseeritud.
Vaatleme nüüd polaroidi läbiva valguse intensiivsust. Olgu polaroidile langev valgus esmalt polariseerimata ja selle elektrivälja võnkumised võib jagada - ja -komponendiks nii, nagu joonisel 33-10b.Valime -telje polaroidi läbilaskesuunaga paralleelseks. Sel juhul läbib polaroidi vaid valguse elektrivälja -komponent ja -komponent neeldub. Kui polariseerimata lainete orientatsioon on juhuslik, siis on joonisel 33-10b -komponentide summa võrdne -komponentide summaga. Kuna -komponendid neelduvad, siis läheb pool langeva valguse intensiivsusest kaduma ja läbiva valguse intensiivsus on
See üks-kahendik seadus kehtib ainult siis, kui polaroidile langev valgus on polariseerimata.
Oletame nüüd, et polaroidile langev valgus on polariseeritud.
Joonisel 33-12 on kujutatud joonise tasandis olev polaroid ja polaroidile langeva valguse elektriväli . Lahutame kaheks komponendiks: on paralleelne polaroidi läbilaskesihiga ja see läbib polaroidi, läbilaskesihiga risti olev komponent aga neeldub. Kui on nurk ja polaroidi läbilaskesihi vahel, siis läbiv paralleelkomponent on
Tuletame meelde, et elektromagnetlaine (ja seega ka valguse) intensiivsus on võrdeline elektrivälja tugevuse ruuduga (valem 33-26, ). Seega meie juhul on läbiva laine intensiivsus võrdeline langeva laine y-komponendi ruuduga ja langeva laine intensiivsus on võrdeline . Lähtudes valemist 33-37, saame ehk
Tuletatud koosinus-ruut seadus kehtib ainult siis, kui polaroidile langev valgus on juba polariseeritud. Läbiva valguse intensiivsus on maksimaalne ja võrdub langeva valguse intensiivsusega siis, kui langev valgus on polariseeritud polaroidi läbilaskesihis (s.t kui valemis 33-38 on või ). Läbiva valguse intensiivsus on null, kui langev valgus on polariseeritud polaroidi läbilaskesihi suhtes risti (s.t ).
Joonisel 33-13 kujutatud katse puhul läbib algselt polariseerimata valgus polaroide ja . (Sageli kutsutakse esimest polaroidi polarisaatoriks ja teist polaroidi analüsaatoriks). Kuna läbilaskesiht on vertikaalne, siis on läbiv ja jõudev valgus on vertikaalselt polariseeritud. Kui läbilaskesuund on samuti vertikaalne, siis läbib kogu sellele langev valgus. Kui aga läbilaskesiht on horisontaalne, siis valgus ei läbi. Sama tulemuseni jõuame siis, kui arvestame vaid polaroidide suhtelist orientatsiooni: kui polaroidide läbilaskesihid on paralleelsed, läbib kogu esimest polaroidi läbinud valgus ka teist polaroidi (joonis 33-14a). Kui aga need sihid on risti (kõneldakse ristuvatest polaroididest), siis valgus teist polaroidi ei läbi (joonis 33-14b). Kui aga läbilaskesihtide vaheline nurk on ja vahel (joonis 33-13), siis vastavalt valemile 33-38 läbib osa polaroidi läbivast valgusest ka polaroidi .
Lisaks polaroididele on valguse polariseerimiseks olemas ka muid viise, näiteks peegeldumine (vt punkt 33-10) ja hajumine aatomitelt või molekulidelt. Hajumisel mingilt objektilt, näiteks molekulilt, saadetakse langev valgus edasi enamasti juhuslikus suunas. Hajumise näiteks on päikesevalguse hajumine atmosfääri molekulidelt, mille tulemusena taevas oma sinise värvuse omandab.
Kuigi otsene päikesevalgus on polariseerimata, on hajumise tulemusena taeva paljudest osadest lähtuv valgus vähemalt osaliselt polariseeritud. Mesilased kasutavad taevavalguse polariseeritust oma mesilastarude asukoha leidmiseks. Ka viikingid kasutasid Põhjamerel navigeerimiseks taevavalguse polariseeritust ajal, mil Päike oli allpool horisonti (Põhjameri asub suurtel laiuskraadidel). Need iidsete aegade meresõitjad leidsid, et kui teatud mineraali (kordieriidi) kristallid paiknevad polariseeritud valguse teel, siis muudavad need pööramisel oma värvi. Vaadeldes taevast läbi selliste kristallide, suutsid nad leida peidus oleva Päikese asukoha ja sel viisil lõunasuuna määrata.
Näidisülesanne 33-2, Arenda oma oskusi
Lahendus
JUHTMÕTTED
- Leiame polaroide läbiva valguse intensiivsuse muutuse samm-sammult, alustades esimesest polaroidist.
- Selleks, et leida mingit polaroidi läbiva valguse intensiivsust, rakendame kas üks-kahendik seadust või koosinus-ruut seadust vastavalt sellele, kas sellele polaroidile langev valgus on polariseerimata või on see juba polariseeritud.
- Polaroidi läbiv valgus on alati paralleelselt polaroidi läbilaskesihiga polariseeritud.
Esimene polaroid: algne langev valgus (b) on joonisel 33-15 kujutatud joonise 33-10b eeskujul kaheotsaliste noolte paarina. Kuna valgus on algselt polariseerimata, siis on esimest polaroidi läbiva valguse intensiivsus määratav üks-kahendik seadust kasutades (valem 33-36)
Kuna esimese polaroidi läbilaskesiht on -teljega paralleelne, siis on läbiva valguse polarisatsioon selline, nagu on kujutatud eestvaates joonisel 33-15c.
Teine polaroid: kuna teisele polaroidile langev valgus on polariseeritud, siis kasutame leidmiseks koosinusruut seadust (valem 33-38). Selles seaduses on nurk langeva valguse polarisatsioonisihi (mis on paralleelne -teljega) ja teise polaroidi läbilaskesihi vahel (vastupäeva lugedes -teljest). Seega
Läbiva valguse polarisatsioon on paralleelne läbitud polaroidi läbilaskesihiga, s.t loetuna vastupäeva -teljest, nagu seda on eestvaates kujutatud joonisel 33-15d.
Kolmas polaroid: kuna kolmanda polaroidini jõudev valgus on polariseeritud, on seda polaroidi läbiv valgus jällegi määratud koosinus-ruut seadusega. Nüüd on nurk langeva valguse (joonis 33-15d) ja kolmanda polaroidi läbilaskesihi (mis on paralleelne -teljega) vahel, seega . Saame
Polaroidide süsteemist väljuv valgus on paralleelselt -teljega polariseeritud (joonis 33-15e). Selle intensiivsuse leiame esialgu kaudu, mille omakorda avaldame kaudu
Seega,
Teisisõnu, seda kolmest polaroidist koosnevat süsteemi läbib langevast valgusest. (Milline osa langeva valguse intensiivsusest läbib süsteemi, kust teine polaroid on eemaldatud?)