ما هو الاستقطاب في الفيزياء؟
يُعرف الاستقطاب (بالإنجليزية: Polarization) في الفيزياء بأنه ظاهرة طبيعية وخاصية مميزة للموجات، مثل موجات الضوء وموجات الصوت والموجات الكهرومغناطيسية، حيث يصف الاستقطاب تذبذب أو اهتزاز الموجة في اتجاه معين، حيث إن الموجات المستقطبة هي موجات تحدث فيها الاهتزازات في مستوى واحد، ويمكن القول إن الاستقطاب هو ظاهرة تحدث بسبب الطبيعة الموجية للإشعاع الكهرومغناطيسي، وهو مفهوم أساسي له تطبيقات في مختلف فروع علم الفيزياء، بما في ذلك البصريات والكهرومغناطيسية وميكانيكا الكم.[١][٢]
تُعرف عملية تحويل الضوء غير المستقطب إلى ضوء مستقطب باسم الاستقطاب، ويتم استخدام أجهزة خاصة تعرف باسم المستقطبات؛ لاستقطاب الضوء.
ما هي أنواع الاستقطاب في الفيزياء؟
يصف الاستقطاب تذبذب أو اهتزاز الموجة في اتجاه معين، وللاستقطاب في الفيزياء ثلاثة أنواع رئيسية، وقد صنفت اعتمادًا على كيفية توجيه المجال الكهربائي، حيث يتميز كل منها باتجاه محدد لمتجه المجال الكهربائي للموجة، وفيما يأتي شرح مبسط لهذه الأنواع الثلاثة:[١][٣][٢]
الاستقطاب الخطي
في الاستقطاب الخطي (بالإنجليزية: Linear Polarization) يقتصر المجال الكهربائي للموجة على مستوى واحد على طول اتجاه الانتشار، حيث تهتز نواقل المجال الكهربائي للموجة في خط مستقيم، وفي اتجاه واحد، ويمكن أن يكون هذا إما استقطابًا خطيًا رأسيًا، أو استقطابًا خطيًا أفقيًا، وذلك اعتمادًا على اتجاه ناقل المجال الكهربائي.
الاستقطاب الدائري
في الاستقطاب الدائري (بالإنجليزية: Circular Polarization) يوجد مكونان خطيان في المجال الكهربائي للضوء، وهما يكونان متعامدين مع بعضهما البعض بحيث تكون سعتهما متساوية، لكن فرق طور الموجة (phase difference) هو π/2، بحيث يكون انتشار المجال الكهربائي الناتج بحركة دائرية، إذ يحدث الاستقطاب الدائري عندما ترسم نواقل المجال الكهربائي للموجة مسارًا دائريًا في أثناء تذبذبها، ويمكن أن يكون الاستقطاب الدائري إما دوران في اتجاه عقارب الساعة (لليمين)، أو دوران عكس اتجاه عقارب الساعة (لليسار).
الاستقطاب الإهليلجي
في الاستقطاب الإهليلجي (بالإنجليزية: Elliptical Polarization) يتبع المجال الكهربائي للضوء انتشارًا بيضاويًا، بحيث يكون فرق السعة وفرق الطور بين المكونين الخطيين غير متساويين، وهذا يعني أن الاستقطاب الإهليلجي هو شكل عام من الاستقطاب، إذ تتبع فيه نواقل المجال الكهربائي مسارًا إهليلجيًا أثناء تذبذبها، ويمكن أن يكون للمسار الإهليلجي درجات متفاوتة من الانحراف.
ما هي طرق استقطاب الضوء في الفيزياء؟
يوجد العديد من الطرق التي تستخدم في استقطاب الضوء في الفيزياء، ومن أبرزها ما يأتي:[١][٢]
- الاستقطاب عن طريق النقل: من خلال استخدام مواد الترشيح التي لها تركيبة كيميائية خاصة.
- الاستقطاب عن طريق الانعكاس: فعندما يسقط الضوء غير المستقطب على سطح غير معدني، بزاوية معينة، يعكس السطح الضوء المستقطب.
- الاستقطاب بالتشتت: عندما ينتقل الضوء عبر وسط ما، تهتز ذرات الوسط، وتنتج موجات كهرومغناطيسية، وتشع هذه الموجات إلى الخارج، وبالتالي ينتشر الضوء، وفي هذه العملية، يحدث امتصاص وتراجع لموجات الضوء في جميع أنحاء المادة، ويُعرف الضوء المتشتت عندها بأنه مستقطب جزئيًا.
- الاستقطاب بالانكسار: يحدث الانكسار عندما تنتقل موجة الضوء من وسط إلى آخر، مما يؤدي إلى تغير اتجاهها وسرعتها، حيث يصل هذا الشعاع المنكسر إلى درجة معينة من الاستقطاب، وفي معظم الحالات، يحدث الاستقطاب بالانكسار في المستوى المتعامد مع السطح.
الأسئلة الأكثر شيوعًا
- ما المقصود بمستوى الاستقطاب؟
مستوى الاستقطاب هو مستوى تهتز فيه الموجات الكهرومغناطيسية عندما تكون مستقطبة بحيث تهتز في مستوى واحد.
- ما هو المستقطب؟
المستقطب هو جهاز بصري يمكنه تحويل موجة الضوء غير المستقطبة إلى موجة ضوئية مستقطبة عن طريق حجب جميع الاهتزازات الأخرى.
- ما هو المحلل؟
المحلل هو جهاز بصري يستخدم لتحديد ما إذا كان الضوء مستقطبًا أم لا.
- من هو مكتشف استقطاب الضوء؟
اكتشف الفيزيائي الفرنسي إتيان لويس مالوس استقطاب الضوء.
- ما أهمية الاستقطاب؟
للاستقطاب أهمية كبيرة في العديد من التطبيقات، بما في ذلك تحسين جودة الصور، والعروض ثلاثية الأبعاد، وتقنيات الاتصالات، وحماية العيون من الإشعاع الضوئي، وغيرها العديد.
- ما هي العوامل التي تؤثر على الاستقطاب؟
العوامل التي تؤثر على الاستقطاب تتضمن كلًا من الخصائص البصرية للمواد، وزاوية سقوط الضوء أو الموجات الكهرومغناطيسية، والتداخل والتشتت الضوئي في الوسط، وغيرها العديد.
ملخص
الاستقطاب في الفيزياء هو ظاهرة تصف تذبذب أو اهتزاز الموجة في اتجاه معين، وهو يشمل ثلاثة أنواع رئيسية، هي؛ الاستقطاب الخطي، حيث تكون الاهتزازات في مستوى واحد على طول اتجاه الانتشار، والاستقطاب الدائري، حيث تتحرك الاهتزازات بشكل دائري، والاستقطاب الإهليلجي، حيث يتبع المجال الكهربائي للضوء انتشارًا بيضاويًا، وتستخدم هذه الأنواع من الاستقطاب في تطبيقات مختلفة مثل البصريات والاتصالات وتحسين جودة الصور والعروض ثلاثية الأبعاد وغيرها.
المراجع
- ^ أ ب ت "Polarization of Light", byjus, Retrieved 30/10/2023. Edited.
- ^ أ ب ت "Polarisation of Light – Types and Methods", vedantu, Retrieved 30/10/2023. Edited.
- ↑ "Types of Polarisation: Definition, Types with Examples", embibe, Retrieved 30/10/2023. Edited.
