frenle-performance

תוצאותיו של מודל של בחינת ביצועים עולות בקנה אחד עם חוקי פרנל

האם אי פעם תהיתם מדוע שייטים מרכיבים משקפי שמש מקוטבות (Polarized)? זאת כיוון שקרני השמש המשתקפות מהמים בעיקר מקוטבות בכיוון אחד, ומשקפי שמש מקוטבות יחסמו את רכיב האור החוזר, ובדרך זו מפחיתים את הסינוור. כדי להבין למה זה, אנחנו יכולים להשתמש בתוכנת ®COMSOL Multiphysics. דוגמא זו פותרת את משוואות מקסוול בעזרת המודול RF והמודול Wave Optics כדי לסמלץ תקרית של אור בזווית על גבי אמצעי דיאלקטרי, והפתרון מציג התאמה עם הפתרונות האנליטיים.

כאשר אור פוגע באמצעי דיאלקטרי

אור השמש הוא בעיקרו אור לא קוהרנטי. הוא מורכב מאורכים רבים של גלים ופולריזציות שונות. למרות זאת, אנחנו יכולים להניח כי השדות האלקטרומגנטיים ליניאריים, כך שכל פולריזציה של אור אפשר להתייחס אליה כסכום של שתי פולריזציות אנכיות – אחת שיש לה את השדה החשמלי המקוטב מקביל למישור של השטח, והשניה שיש לה את השדה המגנטי המקוטב מקביל למישור של השטח.
כאשר אלומת אור (גל אלקטרומגנטי) המתפזרת בשטח פתוח פוגעת באמצעי דיאלקטרי, חלק מהאור יעבור וחלק יחזור. חלקי האור שיחזרו ואלו שיעברו תלויים בזווית של התקרית, במקדם הדיאלקטרי, ובפולריזציה. אפשר לתאר את התופעה גם על ידי חוקי פרנל, שהם פתרון אנליטי למשוואות מקסוול.
במקום לפתור את חוקי פרנל, אנחנו יכולים לבנות מודל ב- ®COMSOL כדי להכין סימולציה של גל אינסופי של תקרית אור על גבי אמצעי דיאלקטרי. ע"י שימוש במודול RF או במודול Wave Optics, אנחנו יכולים לבנות תא יחידה המתאר אזור קטן בסביבת הממשק הדיאלקטרי. אנחנו פותרים את משוואות מקסוול המלאות בתא היחידה, עם תנאי שפה מחזוריים ופורטים כדי לקצר את מרחב המידול.

חוקי פרנל והתוצאות של מודל ®COMSOL עולים בקנה אחד

בואו נסתכל על התוצאות של מודל בחינת הביצועים אשר פותר עבור שתי פולריזציות אנכיות של אור ומחשב את מקדמי ההעברה והחזרה בהתאמה לזווית התקרית.
השוואת תוצאות מודל ®COMSOL עם הפתרון האנליטי של מקדמי החזרה וההעברה, עבור תקרית השדה החשמלי (שמאל) ותקרית השדה המגנטי (ימין).
כפי שניתן לראות בתרשימים, התוצאות של המודל תואמות את הפתרון האנליטי. אנחנו גם יכולים לראות כי פולריזציות שונות של אור יחזרו בצורה שונה ממשק אווירי-דיאלקטרי, וזה עונה לנו על השאלה מדוע משקפי שמש מקוטבות פופולאריות בקרב שייטים!