Poliarizacija (angl. Polarization) – reiškinys, kai elektromagnetinei (pvz., šviesos) bangai sklindant kuria nors kryptimi, bangos elektrinio lauko vektorius E visada būna statmenas bangos sklidimo krypčiai, o magnetinio lauko vektorius H – statmenas ir E, ir sklidimo krypčiai.
Natūralioje šviesoje E ir H vektorių kryžius gali būti orientuotas bet kaip šviesos sklidimo krypties atžvilgiu.
Tiesiškai poliarizuotoje šviesoje E ir H vektorių kryžius turi fiksuotas svyravimų kryptis. Jei sudėsime dvi statmenai poliarizuotas bangas, turinčias fazių skirtumą 90°, tada bangai sklindant vektoriaus E galas brėš apskritimą; tokia šviesa vadinama apskritai poliarizuota.
Jei dviejų bangų fazių skirtumas skiriasi nuo 90°, turėsime elipsinę poliarizaciją. Kai kurios medžiagos praleidžia tik tam tikra kryptimi poliarizuotą šviesą.
Poliarizacijos procesai gamtoje ir kosminėje erdvėje
Šviesos poliarizacija įvyksta ne tik laboratorinėmis sąlygomis, bet ir natūraliai sąveikaujant su įvairiais paviršiais. Vienas dažniausių pavyzdžių – šviesos atspindys nuo kieto paviršiaus arba vandens.
Šis procesas plačiai pritaikomas optikoje, pavyzdžiui, gaminant poliarizuotus akinius, kurie blokuoja horizontalius atspindžius ir sumažina akinimą.
Astronomijoje poliarizacija tampa galingu įrankiu tiriant tolimas galaktikas ir ūkus. Žvaigždžių šviesą poliarizuoja tarpžvaigždinės dulkelės, jei jos yra pailgos formos ir yra tvarkingai orientuotos erdvėje.
Šias dulkeles orientuoja magnetinis laukas, ypač jei jų sudėtyje yra feromagnetinių medžiagų. Tai leidžia mokslininkams „pamatyti“ nematomas magnetinių laukų linijas tarpžvaigždinėje terpėje.
Tarpžvaigždinių dulkių poveikis šviesos sklaidai
Net ir keliaudama pro tankius tarpžvaigždinių dulkių debesis, žvaigždžių šviesa poliarizuojama santykinai nedaug – šis rodiklis paprastai neviršija 7%.
Poliarizacijos laipsnis tiesiogiai priklauso nuo bangos ilgio, o šios priklausomybės pobūdis atskleidžia informaciją apie pačių dulkių dydį.
Dažniausiai pasitaikančių dydžių kosminės dulkelės sukelia didžiausią poliarizaciją ties 550 nm bangos ilgiu (tai atitinka žalsvai gelsvą matomos šviesos spektrą).
Įdomu tai, kad dalies žvaigždžių šviesa pasižymi apskritimine poliarizacija, o tai rodo itin specifines fizines sąlygas jų aplinkoje arba sudėtingą sklaidos procesą kelyje iki stebėtojo.
Keturios esminės poliarizacijos charakteristikos
Supratimas apie šį reiškinį leidžia fizikams daryti tikslias išvadas apie medžiagų savybes ir kosmoso struktūrą:
- Vektorių geometrija: Poliarizacija įmanoma tik skersinėms bangoms, kur svyravimai vyksta statmenai sklidimo krypčiai.
- Fazinis poslinkis: Keičiantis fazių skirtumui tarp dviejų statmenų komponentų, keičiasi ir poliarizacijos forma (nuo tiesinės iki elipsinės).
- Magnetinio lauko indikacija: Poliarizacijos kryptis tarpžvaigždinėje erdvėje yra tiesioginis indikatorius, rodantis vietinio magnetinio lauko orientaciją.
- Spektrinė priklausomybė: Matuojant poliarizaciją skirtinguose bangų ilgiuose, galima nustatyti medžiagos (pvz., kosminių dulkių) dalelių pasiskirstymą pagal dydį.
Praktinė poliarizacijos matavimų vertė
Poliarizacijos analizė leidžia nustatyti objektų savybes jų net neliečiant. Chemijos pramonėje šis metodas naudojamas nustatant tirpalų koncentraciją (sacharimetrija), nes tam tikros molekulės geba pasukti šviesos poliarizacijos plokštumą.
Kelių tiesimo ir statybų sektoriuje poliarizuota šviesa padeda aptikti vidinius įtempius skaidriose konstrukcijose, kurie plika akimi yra nematomi.
Tuo tarpu meteorologijoje poliarizacijos kitimas atmosferoje padeda stebėti debesis sudarančių kristalų orientaciją, o tai leidžia tiksliau prognozuoti kritulius ir atmosferos skaidrumą.
