Download - -8) PHYSICS 207106 · ตวอยัาง่: โพลาไรเซชนโดยั polarizers เมอวางแผื่ ่น polarizers 3 แผนซ่้อนก
PHYSICS 207106PHYSICS 207106ฟ ไปฟ ไปฟสกสทวไป ฟสกสทวไป 22บรรยายครงท บรรยายครงท 88
2828 31 31 มกราคม มกราคม 255425542828, , 31 31 มกราคม มกราคม 25542554http://www.physics.science.cmu.ac.th/courses/207106/index.htm
หวขอหวขอ (บรรยาย-8) หวขอ หวขอ (บรรยาย 8)
โพลาไรเซชน โพลาไรเซชนโดย polarizerโ ไ ซช โ โพลาไรเซชนโดยการดดกลน
โพลาไรเซชนโดยการสะทอน โพลาไรเซชนโดยการหกเหโ ไ ซช โ ส โพลาไรเซชนโดยการหกเหสองแนว
โพลาไรเซชนโดยการกระเจงของแสงตวอยางโจทยปญหา
โพลาไรเซชนของแสง โพลาไรเซชนของแสง ((Light polarization)Light polarization)(( g p )g p )
คลนแมเหลกไฟฟา เปนคลนตามขวาง โพลาไรเซช นเปนสมบตของคลนตามขวาง
ทศทางการส นของสนามไฟฟาทศทางการสนของสนามไฟฟา
y
x
y
โพลาไรเซชนของแสง โพลาไรเซชนของแสง ((Light polarization)Light polarization) แสงโพลาไรซ(Polarized light) เปนแสงททศทางการส นของสนามไฟฟาทศทางเดยวของสนามไฟฟาทศทางเดยว
แสงไมโพลาไรซ (Unpolarized light) เปนแสงททศทางการส นของสนามไฟฟาทกทศทาง(ตนกาเนดแสงตามทางการสนของสนามไฟฟาทกทศทาง(ตนกาเนดแสงตามธรรมชาต)
x
y
x
y
y
x
การทาใหแสงมแนวการเคลอนทเพยงแนวเดยวนนอาจทาไดโดยการใชตวเดยวนนอาจทาไดโดยการใชตวpolarizers polarizers ซงตว polarizers นจะใหแสงบางแนวเทานนทจะผานออกไปได งแนวเ นน น ไ ไ
ถาเปรยบเทยบแลวกคลายกบใหคลนในเสนเชอกผานชองเปดขนาดเลก ถาแนวทางการสนของเชอกผานชองเปดขนาดเลก ถาแนวทางการสนของคลนนนอยในแนวเดยวกบชองเปด คลนทผานชองเปดออกมากจะมลกษณะคลายเดมแตถาทศทางการ ใ ใ ป สนอยในแนวตงฉาก กจะทาใหแอมปลจดของคลนนนเปนศนยไป
โพลาไรเซชนโดยการดดกลนโพลาไรเซชนโดยการดดกลนl i i b b il i i b b iPolarization by absorptionPolarization by absorption
I I สงสดเมอแกนขนานกนสงสดเมอแกนขนานกน I I เปนศนยเมอแกนต งฉากกนเปนศนยเมอแกนต งฉากกน
- สารไดครออก(dichroic substance) เชน ทวรมารน(tourmaline) l id ใ ป ฮ ไ (h thit ส ป- แผน polaroid ในปจจบนทาจาก เฮอราพาไธต (herapathite : สารประกอบ
อนทรยไอโอโดซลเฟตของควนน) มาประกบดวยแกว หรอ เคลอบดวยพลาสตก
polarizer analyzer
โพลาไรเซชนโดยใชโพลาไรเซชนโดยใช PolarizersPolarizers โพลาไรเซชนโดยใชโพลาไรเซชนโดยใช PolarizersPolarizers
polarizer polarizer ตวทาแสงโพลาไรซตวทาแสงโพลาไรซanalyzeranalyzer ตววเคราะหตววเคราะห analyzer analyzer ตววเคราะห ตววเคราะห
โพลาไรเซชนของแสงโพลาไรเซชนของแสง unpolarizedunpolarized โพลาไรเซชนของแสง โพลาไรเซชนของแสง unpolarizedunpolarized2EI
2220 yx EEE
โดยเฉลย Ex และ Ey มคาเทากน
220 2EE y
22
22 0
EE
EE y
22 1 EE
EE y
0
12
EE
01 21 II
โพลาไรเซชนของแสง โพลาไรเซชนของแสง polarizedpolarized2EI
20
20
20 )cos()sin( EEE
เมอแสงผานตวทาโพลาไรซ เมอแสงผานตวทาโพลาไรซ หรอ polarizer จะม amplitude E เมอผานamplitude E0 เมอผาน analyzer เฉพาะแสงในแนวเดยวกบ analyzer สามารถเดยวกบ analyzer สามารถผานได
cosEE
222
0
cos
cos
EEEE
Malus’s lawMalus’s law
2
0
0
cos
cos
IIEE
0 cosII
โพลาไรเซชนโดยใชโพลาไรเซชนโดยใช PolarizersPolarizersโพลาไรเซชนโดยใชโพลาไรเซชนโดยใช PolarizersPolarizers
เมอนาเมอนา polarizerpolarizer 22 ตวมาวางในแนวตวมาวางในแนวต งฉากต งฉากเมอนา เมอนา polarizer polarizer 2 2 ตวมาวางในแนวตวมาวางในแนวตงฉากตงฉากกน จะไมมแสงทผานออกมาจากตวกน จะไมมแสงทผานออกมาจากตวpolarizer polarizer เลย เลย
โ ไ โ ใ โ ไ โ ใ โพลาไรเซชนโดยใชโพลาไรเซชนโดยใช PolarizersPolarizers
220 cosI I 0
ตวอยางตวอยาง: : โพลาไรเซชนโดย โพลาไรเซชนโดย polarizerspolarizerspp เมอวางแผน polarizers 3 แผนซอนกน โดยทแผนทหนงและสามแผนทหนงและสามต งฉากกนต งฉากกน และแผนทสองทามมและแผนทสองทามม 4545ºº กบแกนของอกสองอน หาตงฉากกน ตงฉากกน และแผนทสองทามม และแผนทสองทามม 4545 กบแกนของอกสองอน หาอตราสวนความเขมแสงทสามารถลอดผาน polarizer ท งสามแผน เมอใหแสงเร มเปนแสงไมโพลาไรซ แผน เมอใหแสงเรมเปนแสงไมโพลาไรซ
I1I
21 II
I0
I2 I3 จากกฏของ Malus’s law
cos212 II
Polarizer 1 Polarizer 2 Polarizer 3
0
4
45cos2
0202
12
III
เมอแสงไมโพลาไรซผาน เมอแสงไมโพลาไรซผาน polarizerpolarizerความเขมแสงจะลดลงครงหนงความเขมแสงจะลดลงครงหนง 32 II
cos223
IIII 0
1II 10 II
845cos
4020
3III 21I10
ตวอยาง เมอวางแผนโพลารอยดสองแผนแผนโพลารอยดสองแผนใหแกนขนานกน พบวาความเขมสงสดของแสงทผานออกมาเปน II จะตองหมนแผนโพลารอยดแผนใดเขมสงสดของแสงทผานออกมาเปน II11 จะตองหมนแผนโพลารอยดแผนใดแผนหนงเปนมมเทาใดจงจะทาใหความเขมของแสงลดลงเปนครงหนงลดลงเปนครงหนงของ I1
วธทาแสงทตกลงบนแผนตววเคราะหเปนแสงโพลาไรซ มความเขม I0
จากกฎของมาลส2
0 cosI I
ถา จะได 12 2
II 211 cos
2I I 2 22cos 0 5
I1 I1/2
cos 0.5 045 45
จะตองหมนตววเคราะหไป 450 จงจะทาใหแสงทผานออกมามความเขมจะตองหมนตววเคราะหไป 450 จงจะทาใหแสงทผานออกมามความเขมลดลงเหลอครงหนง
Liquid Crystal Display (LCD)Liquid Crystal Display (LCD) โพลาไรเซชนโดยการสะทอนโพลาไรเซชนโดยการสะทอน
(Polarization by Reflection)
มมทใหแสงสะทอนทโพลาไรซในแนวขนานกบผว (ต งฉากกบระนาบตกกระทบ) เรยกวา มมบรวสเตอร (Brewster angle, θB)
ไ มสมบตคอ แนวแสงสะทอนทไดจากมมดงกลาวจะตงฉากกบแสงหกเห B+ r=90o
)90sin(sin 21 nn o
cos 2n
2tan n
1tan
n
n ขนกบ λ B ขนกบ λ
โพลาไรเซชนโดยการสะทอนโพลาไรเซชนโดยการสะทอน(Polarization by Reflection)(Polarization by Reflection) โพลาไรเซชนโดยการสะทอนโพลาไรเซชนโดยการสะทอนโพลาไรเซชนโดยการสะทอนโพลาไรเซชนโดยการสะทอน
(Polarization by Reflection)แสงสะทอนจะเปนแสงโพลาไรซในแนวราบ(ขนานกบผวนา) ถาตองการทจะลดแสงสะทอนจากสวนนตองสวมแวนกนแดดทม ตองการทจะลดแสงสะทอนจากสวนนตองสวมแวนกนแดดทมแนวโพลาไรซในแนวต งในแนวต ง
ตวอยาง แสงไมโพลาไรซทามม 580 กบแผนแกวราบ พบวาแสงทสะทอนออกมาเปนแสงโพลาไรซสมบรณ จงหาดชนหกเหของแกว และมมทแสง หกเหในแกว
)90sin(sin 21 nn o
วธทา
cos )(
2
21
n
1
2tannn
จาก , n1=1
2tan n จะได ดชนหกเหของแกว 0
2 tan58 1.6n Ans
จากกฎของสเนลล 1 1 2 2sin sinn n 0sin58
2sin58sin 0.53
1.6
02 32 Ans
ตวอยางตวอยาง:: โพลาไรเซชน เมอ sapphire (อญมณชนดหนง) อยในอากาศ จะมมมวกฤต 34.4 องศา จงหาคานวณหามมโพลาไรซมมโพลาไรซของ sapphire น pp
B
c
ใชกฏของสเนลล )90sin(sin 21 BB nn 2211 sinsin nn
จะเกดมมวกฤตไดเมอแสงเดนทาง
21 BB
21 cossinn
nn BB
จาก sapphire(nมาก)อากาศ(nนอย) 1
2tannn
B
771)90sin()1(sin1cn
)434i (1
1 n)
177.1(tan)(tan 1
1
21 B n
n
77.1)4.34sin(
2 n5.60B
โพลาไรเซชนโดยการหกเหสองแนวโพลาไรเซชนโดยการหกเหสองแนว(Polarization by double refraction)
(แกนทศน)
Isotropic materail (สารสมลกษณ) แกว ของเหลวAnisotropic material ไ
วสดไบรฟรนเจนซ (Birefringent)
Anisotropic material (สารอสมลกษณ) ผลกแคลไซต
วสดไบรฟรนเจนซ (Birefringent)
การประยกตใชงานการประยกตใชงาน
- การหาการกระจายของแรงในวสด- การหาการกระจายของแรงในวสด- การหาความเขมขนของสารละลาย-ระนาบ, การบดไปของระนาบแสงโพลาไรซpolarimeter saccharimeterpolarimeter, saccharimeter
polariscope
โพลาไรเซชนโดยการกระเจงแสงโพลาไรเซชนโดยการกระเจงแสง (Polarization by Scattering)
ป ไ โ ไ ใ แสงทกระเจงออกมานนจะเปนแสงไมโพลาไรซในแนวเดม แตแตแสงในแนวต งฉากกบแนวเดมน นจะเปนแสงโพลาไรซแสงในแนวต งฉากกบแนวเดมน นจะเปนแสงโพลาไรซ และ สาหรบในทศทางอนๆ นน แสงจะเปนแสงโพลาไรซบางสวนสาหรบในทศทางอนๆ นน แสงจะเปนแสงโพลาไรซบางสวน
โพลาไรเซชนโดยการกระเจงแสงโพลาไรเซชนโดยการกระเจงแสง (Polarization by Scattering)
I 1/λ4I 1/λ
โพลาไรเซชนโดยการกระเจงแสงโพลาไรเซชนโดยการกระเจงแสง ((P l i i b i )P l i i b i )((Polarization by Scattering)Polarization by Scattering)
การกระเจงของแสงม 2 ลกษณะ 1. เกดจากอนภาคทมขนาดโตอนภาคทมขนาดโต เมอเทยบกบความยาวคลนแสง เมอ
ใ อนภาคใหญเกนขนาดอาจเกดการการดดกลนคลนแสงเฉพาะความยาวคลนไดคลนได
2. เกดจากอนภาคทมขนาดเลกอนภาคทมขนาดเลกกวาความยาวคลนแสง การทเรามองเหนทองฟาเปนสนาเงนหรอฟาน น เพราะวาแสงสนาเงนเกดการกระเจงกบโมเลกลของอากาศไดดกวากบโมเลกลของอากาศไดดกวา
ตวอยางตวอยาง: : การแทรกสอดในสลตค การแทรกสอดในสลตค ((ความเขมแสงกบมมนอยมากความเขมแสงกบมมนอยมาก))((ความเขมแสงกบมมนอยมากความเขมแสงกบมมนอยมาก))
เมอวดความเขมแสงของรวการแทรกสอดจากการแทรกสอดของ Young ทตาแหนงของคา y คาหนง พบวา I/I = 0 810 เมอแสงมความยาวทตาแหนงของคา y คาหนง พบวา I/Imax = 0.810 เมอแสงมความยาวคลน 600 nm เมอเปลยนแสงทใชในการทดลอง ปรากฏวาความเขมของแสงทตาแหนงเดมตาแหนงเดมลดลง 64% หาความยาวคลนของแสงทใชน
ILmax
1cosII
dLy
ฉากรบภาพ II 81.0max
)2
(cos2
II
2 )sin(cos2
d
II
)600( 1Lnmnm600
max
)
2(
maxI 2 )(max I
ถา θ มคามมนอยๆ)1(15505
81.0cos)600( 1
Ld
Lnmy
max
1costansinII
dLy
)1(15505
dLy
ตวอยางตวอยาง: : การแทรกสอดในสลตคการแทรกสอดในสลตคตวอยางตวอยาง: : การแทรกสอดในสลตค การแทรกสอดในสลตค ((ความเขมแสงกบมมนอยมากความเขมแสงกบมมนอยมาก))
เมอวดความเขมแสงของรวการแทรกสอดจากการแทรกสอดของ Young ทตาแหนงของคา y คาหนง พบวา I/I = 0 810 เมอแสงมความยาว
((ความเขมแสงกบมมนอยมากความเขมแสงกบมมนอยมาก))
ทตาแหนงของคา y คาหนง พบวา I/Imax = 0.810 เมอแสงมความยาวคลน 600 nm เมอเปลยนแสงทใชในการทดลอง ปรากฏวาความเขมของแสงทตาแหนงเดมลดลง 64% หาความยาวคลนของแสงทใชน
I L64.0
II 64.0cos 1
dLy
ฉ กรบภ พ?
max
I
)2(87.36
dLy
ฉากรบภาพ
1cos ILy
d
155051)1(maxId
y
87.36155051
)2()1(
nm5.420
ตวอยางตวอยาง: : การเลยวเบน การเลยวเบน ((มมเรยเลหมมเรยเลห))นกวาดรป impressionist Georges Seurat วาดรปทโดงดงมากรปหนง โดยการวาดจดเลกๆ ดวยแมส จดแตละจดมเสนผาศนยกลางประมาณ 2.00
ใ ใ ป mm เขาใชวธวาดจดสแดงและสเขยวขางๆ กน เพอจะใหมองเหนเปนสผสม ถาคณไดไปดรปวาดนท พพธภณฑศลปะท Chicago คณจะตองอยหางจากรปนเทาไรถงจะไมเหนสเปนจดๆ (ใหคดวา = 500 nm และเสนผาศนยรปนเทาไรถงจะไมเหนสเปนจดๆ (ใหคดวา = 500 nm และเสนผาศนย กลางรมานตาคน 4.00 mm)
รมานตา
d 221
x
xD 22.1
x
3
3
9 1021041050022.1
Sunday Afternoon on the Isle of La Grande Jatte mx 1.13
ตวอยาง: โพลาไรเซชน (มมบรวสเตอร)ตวอยาง: โพลาไรเซชน (มมบรวสเตอร)การสะทอนจากผวของสระวายนาในเวลาทตางกน ในตอนกลางวนแสงแดดจะถกสะทอนจากผวเรยบของสระวายนาทไมมคน และในตอนกลางคนแสงสวางจาใตนาถกเปดในสระจากผวเรยบของสระวายนาทไมมคน และในตอนกลางคนแสงสวางจาใตนาถกเปดในสระนา อยากทราบวามมสะทอน และมมหกเหจะมคาเปนเทาใดทจะทาใหแสงถกโพลาไรซอยางสมบรณของทงสองชวงเวลาดงกลาว กาหนดใหนามดชนหกเหเทากบ 1.33
B
กลางวนกลางวนr 153
33.100.133.1tan
1
2 B nn
B
R
n1
n290
r
90180
1.53
rR
rB
1.53)33.1(tan 1 B
R
9.36R
00.1t 2nR n2
กลางคนกลางคน9.36B
00133.1
tan
1
1
2 B n
B
n190
r
90180
9.36
rR
rB
9.36)33.100.1(tan 1
B1.53R
อาหารสมอง: การวเคราะหแรงเคนโดยโพลาไรเซชน
วตถโปรงใสบางฃนด เชน แกว หรอ พลาสตกจะเปนตวกลางสมลกษณ (isotropic) แตถาถกอดถกดง จะแสดงตวเปนตวกลางอสมลกษณ(isotropic) แตถาถกอดถกดง จะแสดงตวเปนตวกลางอสมลกษณ(anisotropic) ออนๆ โดยมแกนทศนอยในทศของแรงกระทา เมอนาไปสองระหวางตวทาแสงโพลาไรซและตววเคราะห แสงจะผานไปไดมาก
บางนอยบางไมเทากน ทาใหมองเหนเปนรว จากรวเหลานทาใหทราบวาสวนไหนของวตถไดรบแรงกระทามากหรอนอย
เมอวศวกรตองการทราบการกระจายแรงในเครองมอหรอผลตภณฑ เขาจะสรางแบบจาลองจากพลาสตก แลวนาไปวเคราะหแรงเคนโดยสองผานแสง
โพลาไรซ เพอจะทราบไดวาสวนไหนจะไดรบแรงมากหรอนอย