הצגת המקור של הדף "קיטוב"

{{פירוש נוסף|נוכחי=כיוון השדה החשמלי בגל אלקטרומגנטי}}
ב[[פיזיקה]], '''קִיטוּב''' הוא תכונה המאפיינת [[גל רוחב|גל רוחבי]] ב[[מרחב תלת-ממדי]]. גל הוא הפרעה מחזורית המתפשטת במרחב, כך שערכיה נשמרים בנקודות שנעות בכיוון כלשהו ב[[מהירות]] קבועה. אם הגל הוא של [[וקטור (פיזיקה)|וקטור]], כלומר של גודל בעל כיוון, כיוון זה (הנקרא קיטוב הגל) נדרש על מנת לתאר את הגל בנוסף לכיוון התפשטות הגל.

למשל, גל במיתר הוא תנודה של המיתר המתקדמת לאורך המיתר, ואילו קיטוב הגל הוא הכיוון שבו מתנודד המיתר. כיוון זה בדרך כלל מאונך לכיוון ההתקדמות של הגל. ב[[אופטיקה]], הקיטוב של [[גל אלקטרומגנטי]] (ובמיוחד של [[אור]]) הוא כיוון וקטור [[שדה חשמלי|השדה החשמלי]]. ל[[עין]] האנושית רגישות נמוכה ביותר לתכונה זו, ולכן היא אינה אינטואיטיבית, והתגלתה רק ב[[המאה ה-17|מאה ה-17]].

==תיאור התופעה==
גל הוא פונקציה של המרחב שמשתנה בזמן כך שערכיה נשמרים בנקודות שנעות בכיוון כלשהו במהירות קבועה. אם הפונקציה היא [[שדה סקלרי]] כמו [[פוטנציאל חשמלי]] או [[פונקציית גל]], הכיוון היחיד הדרוש לתיאור הגל הוא כיוון ההתפשטות (כיוון [[וקטור גל|וקטור הגל]]). אולם רוב הגלים המוכרים לנו, כמו גלי אור, גלי [[קול]] וגלים במיתר, הם גלים של גודל בעל כיוון. למשל, גל אלקטרומגנטי כמו אור הוא גל של שדה חשמלי, שהוא [[וקטור (פיזיקה)|גודל וקטורי]]. גלי קול וגלים במיתר הם גלים של [[העתק (פיזיקה)|וקטור ההעתק]] של חלקיקי ה[[תווך]]. במקרים כאלה, שבהם הגל הוא של וקטור, כיוון הווקטור נקרא קיטוב הגל והוא נדרש על מנת לתאר את הגל באופן מלא, בנוסף לכיוון התפשטות הגל.

גלים שבהם כיוון התנודות הוא ככיוון התפשטות הגל נקראים גלי אורך. לדוגמה, גלי קול ב[[אוויר]] הם תנודות של [[חלקיק]]י ה[[גז]] בכיוון התקדמות הגל. גלים שבהם התנודות הן במישור המאונך לכיוון התקדמות הגל נקראים גלי רוחב, והכיוון על פני המישור הוא קיטוב הגל. למשל, [[גל אלקטרומגנטי]] ב[[ריק]] מורכב מתנודות של שדה חשמלי ו[[שדה מגנטי]] במאונך אליו, ושניהם מאונכים לווקטור הגל. קיטוב הגל נקבע על ידי כיוון השדה החשמלי, והוא יכול להשתנות עם הזמן. קיימת גם קרינה אלקטרומגנטית שאינה רוחבית; בתוך [[מוביל גלים]], למשל, ייתכן שדה חשמלי או מגנטי עם רכיב מקביל לכוון ההתקדמות.

'''אור מקוטב''' הוא גל אלקטרומגנטי בעל קיטוב מוגדר; זאת בניגוד לאור שאינו מקוטב, כמו [[אור השמש]] או אור הנפלט מ[[נורת להט]], המורכב מאוסף של גלים בעלי כיווני קיטובים שונים כך שכיוון השדה השקול משתנה באופן אקראי.

באיור הבא מתוארים גלים מישוריים בשלושה סוגי קיטוב, כולם מתקדמים בקו ישר לאורך הציר האנכי. השדה החשמלי מסומן בצבע שחור, וההיטלים שלו בכחול ואדום. כיוון השדה החשמלי בגל הימני אינו משתנה בזמן, וקיטובו נקרא קיטוב קווי (ליניארי). קיטוב הגל האמצעי נקרא קיטוב מעגלי משום שכיוון השדה החשמלי משתנה בצורה מעגלית אך עוצמתו קבועה, כך שההיטל של קצה הווקטור על [[חזית גל|חזית הגל]] הוא מעגל. ניתן לתאר גל כזה כסכום של שני גלים בעלי אותה [[משרעת]], מקוטבים קווית בכיוונים מאונכים ובעלי הפרש [[מופע]] של 90 מעלות. אם הרכיב האנכי מקדים את הרכיב האופקי, הקיטוב משתנה עם כיוון השעון כאשר מסתכלים בכיוון המקור (נגד כיוון התקדמות הגל) והוא נקרא [[קיטוב מעגלי]] ימני, ואם הוא משתנה נגד [[כיוון השעון]] הוא נקרא [[קיטוב מעגלי]] שמאלי. באיור השמאלי השדה החשמלי משנה את גודלו בנוסף לכיוונו, והקיטוב נקרא [[אליפסה|אליפטי]]. זהו המקרה הכללי ביותר של גל מקוטב.

{| style="text-align:center;margin:auto;"
|-
|[[קובץ:Polarisation (Linear).svg|Linear polarization diagram|200px|מרכז]] '''קיטוב קווי (ליניארי)'''
|[[קובץ:Polarisation (Circular).svg|Circular polarization diagram|200px|מרכז]] '''קיטוב מעגלי'''
|[[קובץ:Polarisation (Elliptical).svg|Elliptical polarization diagram|200px|מרכז]] '''קיטוב אליפטי'''
|}

==ניתוח מתמטי==
המשוואה המתארת [[גל מישורי]] היא:
:<math>\vec E = E_x \cos(kz - \omega t) \hat x + E_y \cos(kz - \omega t +\phi) \hat y</math>

זהו גל אלקטרומגנטי שמתקדם בכיוון ציר <math> \hat z </math>. {{כ}}<math> \vec E </math> הוא וקטור השדה החשמלי בזמן <math> \ t </math> בנקודה (<math> \ z </math>,<math> \ y </math>,<math> \ x </math>). הוא מאונך לכיוון התקדמות הגל ובמקרה הכללי יש לו רכיב בציר <math> \hat x </math> ורכיב בציר <math> \hat y </math>. {{כ}}<math> \ k </math> הוא [[מספר גל|מספר הגל]], <math>\ \omega </math> ה[[תדירות זוויתית|תדירות הזוויתית]] ו-<math>\phi</math> הפרש המופע בין שני הרכיבים. עבור ערך <math>\ z</math> קבוע, וקטור זה הוא תיאור פרמטרי של עקומה במישור xy. בהתאם לערכים שונים של <math>\ E_x, E_y, \phi </math> עקומה זו יכולה להיות קו, מעגל או - במקרה הכללי - אליפסה. במקרה של קיטוב קווי אין הפרש מופע (<math>\ \phi=0</math>). בקיטוב מעגלי הפרש המופע הוא 90 מעלות (<math>\ \phi=\tfrac{\pi}{2}</math>) והמשרעת שווה בשני הצירים (<math>\ E_{x}=E_{y}</math>).

===פגיעה של גל בקיטוב רוחבי ליניארי במשטח===
כדי לתאר באופן פיזיקלי תופעות הנובעות מפגיעת הגל במשטח, כגון [[החזרת אור | החזרה]] ו[[העברה (גלים)|העברה]], מגדירים את '''מישור הפגיעה''', שהוא המישור הנוצר מהרכבת כוון התנועה של הגל והניצב למשטח.
גלים מקוטבים רוחבית מחולקים לקיטובי s או p: קיטוב s מאונך למישור הפגיעה וקיטוב p מקביל לו. באיורים מוצגים קיטובי s ו-p: גל (השדה החשמלי מסומן בקו אדום) המתקדם לכוון המשטח (כוון ההתקדמות מסומן בחץ אדום), מישור הפגיעה הוא המישור הדק האופקי, והמשטח בו הגל פוגע הוא המשטח האנכי העבה.
<gallery>
תמונה:Polarisation s.png|גל בקיטוב ניצב s (ניצב למישור הפגיעה)
תמונה:Polarisation p.png|גל בקיטוב ניצב p (מקביל למישור הפגיעה)
</gallery>

==קיטוב בטבע==
בטבע ניתן למצוא דוגמאות הן לאור מקוטב והן לאור לא מקוטב. אור השמיים, למשל, הוא דוגמה לשני המקרים, שכן אור זה הוא מקוטב כשצופים בשמיים בכיוון מרוחק ביותר מכיוון השמש, אך הוא אינו מקוטב כשמסתכלים בזוויות הקרובות לשמש{{דרושה הבהרה|מדוע?}}. כדי "לראות" את הקיטוב של האור צריך בדרך כלל להשתמש ב[[מקטב]], אם כי לאחר אימון מתאים יש אנשים שמסוגלים, בנסיבות מסוימות, להבחין בקיטוב בצורה של גוונים עדינים מאוד של כחול וצהוב במרכז שדה הראייה. תופעה זו נקראת [[המברשת של היידינגר]].
===בעולם החי===
מין אחד [[סדרה (טקסונומיה)|מסדרת]] [[טרפידים]] הוא היצור היחיד הידוע שרואה ומשתמש לתקשורת דרך ראייה של אור [[קיטוב מעגלי|מקוטב מעגלית]]{{הערה|1={{קישור כללי|כתובת=https://www.npr.org/sections/health-shots/2016/11/15/501443254/watch-mantis-shrimps-incredible-eyesight-yields-clues-for-detecting-cancer|הכותב=Elliott Kennerson|כותרת=WATCH: Mantis Shrimp's Incredible Eyesight Yields Clues For Detecting Cancer|אתר=KQED|תאריך=15 November 2016}}|כיוון=שמאל}}.

בעלי חיים שונים רואים אור מקוטב{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=https://stwww1.weizmann.ac.il/lasers/?p=4803|הכותב=רמי אריאלי|כותרת=לייזרים ויישומיהם > מעבדת קיטוב > שימושים של קיטוב|אתר=[[מכון ויצמן למדע]]}}}}{{הערה|{{ynet|ד"ר עמית לרנר|לאבד את נמו: על ניווט בים וזיהום|4572402|18 בספטמבר 2014}}}}.

==מקטבים וחוק מאלוס==
[[קובץ:חוק מאלוס.png|שמאל]]
[[קובץ:CarWindowPolarization.jpg|שמאל|ממוזער|[[זכוכית|זכוכית מחוסמת]] בחלון אחורי של מכונית. ניתן לראות את הבדלי [[מאמץ (הנדסה)|המאמץ]] בצילום דרך פילטר מקטב (תמונה תחתונה)]]
'''מַקְטֵּב''' הוא רכיב [[אופטיקה|אופטי]] ההופך אור למקוטב. בדרך כלל יצירת [[קיטוב ליניארי]] נעשית על ידי רכיב אחד - מקטב ליניארי ואילו קיטוב מעגלי נוצר על ידי העברת אור מקוטב ליניארית דרך חומר בעל [[שבירה כפולה]]. ישנן מספר דרכים לייצר מקטבים, הנפוצה ביותר נקראת מקטב פולארויד. מקטב זה עשוי מפיסת [[פלסטיק]] המעבירה אור רק בקיטוב שכיוונו ניצב לכיוון שרשראות ה[[פולימר]]ים בפלסטיק. שיטה אחרת לקיטוב האור היא באמצעות החזרה מחומר מבודד ב[[זווית ברוסטר]], אשר חוסמת לחלוטין את כיוון הקיטוב המקביל למישור הפגיעה. כמו כן, ניתן לקטב אור באמצעות פיזור (למשל אור השמיים) ובאמצעות התקנים המבוססים על [[שבירה כפולה|גבישי שבירה כפולה]].

כאשר אור עובר דרך מקטב, האור הופך להיות מקוטב בכיוון הנקבע על פי המקטב. כאשר האור הפוגע במקטב אידיאלי הוא מקוטב ליניארית מלכתחילה, עצמת האור נקבעת על פי הזווית בין כיוון הקיטוב של האור הנכנס ובין כיוון המקטב, על פי חוק מאלוס:

<math>\ I = I_0 \cos^2( \theta_1-\theta_0) </math>

כאשר <math>\ I_0</math> הוא עצמת האור ההתחלתית ו-<math>\ \theta_i (=\theta_1-\theta_0)</math> היא הזווית בין מישור הקיטוב המקורי של האור לכיוון המקטב.

לנוסחה זו הסבר פשוט: [[קוסינוס]] הזווית הוא גודל ההיטל של כיוון הקיטוב על כיוון המקטב, והסיבה להעלאה בריבוע היא שכמות ה[[אנרגיה]] שנושא גל אלקטרומגנטי פרופורציונית לריבוע המשרעת של השדה החשמלי. עם זאת, חשוב לזכור כי זו נוסחה מקורבת, ובפועל ישנו איבוד אנרגיה נוסף במקטב, ושבר העוצמה שעוברת קטנה מ-
<math>\ \cos^2 \theta </math> .

אם מעבירים אור לא מקוטב דרך מקטב, עוצמתו פוחתת פי 2, כיוון שהערך הממוצע של <math>\ \cos^2(\theta)</math> לאורך מחזור שלם הוא <math>\frac{1}{2}</math>.

ניתן להבין כי כאשר מניחים שני מקטבים ניצבים זה לזה, עוצמת האור שתעבור דרך שניהם תהיה אפס. באופן מפתיע, אם נכניס ביניהם מקטב שלישי בזווית שונה, יעבור אור, וניתן לחשב את עוצמתו על ידי הפעלת חוק מאלוס פעמיים.

==קישורים חיצוניים==
{{מיזמים|ימין|ויקימילון=קטוב|שם ויקימילון=קיטוב}}
* [https://stwww1.weizmann.ac.il/lasers/?p=2472 קיטוב קרינה אלקטרומגנטית] באתר מכון ויצמן למדע, מאת רמי אריאלי
* {{יוטיוב|Y5IiFNb5NsA|שם=סרטון בקבוק מקוטב – הדגמה של אור בקיטוב ליניארי על מסך מחשב|אורך=2:13}}
* {{יוטיוב|e8aYoLj2rO8|שם=הסבר והדגמה לקיטוב – הסבר תאורטי והדגמה של מקטבים בפעולה|אורך=7:13}}
* {{יוטיוב|X326OjqAsao|3=כולל הסבר על מקטבים, קיטוב S ו-P ושימוש בשני מקטבים לשינוי הנחתה אופטית של מערכת.|שם=Polarization Overview - Part 1: Polarization Basics|ערוץ=Edmund Optics|תאריך=30 באוקטובר 2013|אורך כולל=6:36}}
* {{בריטניקה}}

==הערות שוליים==
{{הערות שוליים}}

{{גלים}}

{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:קיטוב (גלים)]]
[[קטגוריה:אופטיקה]]