Kaj je svetlobna polarizacija in njena praktična uporaba

Polarizirana svetloba se po porazdelitvi razlikuje od standardne svetlobe. Odkrit je bil že zdavnaj in se uporablja tako za fizične poskuse kot v vsakdanjem življenju za izvajanje nekaterih meritev. Razumevanje pojava polarizacije ni težko, to vam bo omogočilo razumevanje načela delovanja nekaterih naprav in ugotovili, zakaj se pod določenimi pogoji svetloba ne širi kot običajno.

Primerjava fotografij brez polarizacijskega filtra in z njim, v drugem primeru skoraj ni bleščanja.

Kaj je polarizacija svetlobe

Polarizacija svetlobe dokazuje, da je svetloba prečno valovanje. Se pravi, govorimo o polarizaciji elektromagnetnih valov na splošno, svetloba pa je ena od sort, katere lastnosti so predmet splošnih pravil.

Polarizacija je lastnost prečnih valov, katerih vektor nihanja je vedno pravokoten na smer širjenja svetlobe ali česa drugega.Se pravi, če izberete med svetlobnimi žarki z enako polarizacijo vektorja, bo to pojav polarizacije.

Najpogosteje okoli sebe vidimo nepolarizirano svetlobo, saj se njen vektor intenzivnosti premika v vse možne smeri. Da bi bil polariziran, ga spustimo skozi anizotropni medij, ki prekine vsa nihanja in pusti le eno.

Primerjava navadne in polarizirane svetlobe.

Kdo je odkril pojav in kaj dokazuje

Obravnavani koncept je prvič v zgodovini uporabil slavni britanski znanstvenik I. Newton leta 1706. Toda drug raziskovalec je razložil njeno naravo - James Maxwell. Potem narava svetlobnih valov ni bila znana, vendar se je s kopičenjem različnih dejstev in rezultatov različnih poskusov pojavljalo vse več dokazov o prečnosti elektromagnetnih valov.

Prvi, ki je izvajal poskuse na tem področju, je bil nizozemski raziskovalec Huygens, to se je zgodilo leta 1690. Svetlobo je prepustil skozi ploščo islandskega šparta, zaradi česar je odkril prečno anizotropijo žarka.

Prve dokaze o polarizaciji svetlobe v fiziki je dobil francoski raziskovalec E. Malus. Uporabil je dve plošči turmalina in na koncu pripravil zakon, poimenovan po njem. Zahvaljujoč številnim poskusom je bila dokazana prečnost svetlobnih valov, kar je pomagalo razložiti njihovo naravo in značilnosti širjenja.

Od kod prihaja polarizacija svetlobe in kako jo pridobiti sami

Večina svetlobe, ki jo vidimo, ni polarizirana. sonce, umetna razsvetljava - svetlobni tok z vektorjem, ki niha v različnih smereh, se brez omejitev širi v vse smeri.

Polarizirana svetloba se pojavi po prehodu skozi anizotropni medij, ki ima lahko različne lastnosti. To okolje odstrani večino nihanj, pri čemer ostane edina stvar, ki zagotavlja želeni učinek.

Najpogosteje kristali delujejo kot polarizator. Če so bili prej uporabljeni predvsem naravni materiali (na primer turmalin), je zdaj veliko možnosti umetnega izvora.

Prav tako lahko polarizirano svetlobo dobimo z odbojom od katerega koli dielektrika. Bistvo je, da kdaj svetlobni tok lomi se na stičišču dveh medijev. To je enostavno videti tako, da svinčnik ali cev položite v kozarec vode.

To načelo se uporablja v polarizacijskih mikroskopih.

Med pojavom loma svetlobe se del žarkov polarizira. Stopnja manifestacije tega učinka je odvisna od lokacije Izvor svetlobe in njen vpadni kot glede na lomno točko.

Kar zadeva metode za pridobivanje polarizirane svetlobe, se uporablja ena od treh možnosti ne glede na pogoje:

1. Prism Nicolas. Ime je dobil po škotskem raziskovalcu Nicolasu Williamu, ki ga je izumil leta 1828. Dolgo je izvajal poskuse in po 11 letih je lahko dobil končno napravo, ki se še vedno uporablja nespremenjena.
2. Odsev od dielektrika. Tukaj je zelo pomembno izbrati optimalni vpadni kot in upoštevati stopnjo lom (večja kot je razlika v prepustnosti svetlobe obeh medijev, bolj se žarki lomijo).
3. Uporaba anizotropnega okolja. Najpogosteje so za to izbrani kristali z ustreznimi lastnostmi. Če nanje usmerite svetlobni tok, lahko opazite njegovo vzporedno ločitev na izhodu.

Polarizacija svetlobe ob odboju in lomu na meji dveh dielektrikov

Ta optični pojav je odkril fizik s Škotske David Brewster leta 1815. Zakon, ki ga je izpeljal, je pokazal razmerje med indikatorjema dveh dielektrikov pri določenem vpadnem kotu svetlobe. Če izberemo pogoje, bodo žarki, ki se odbijajo od vmesnika dveh medijev, polarizirani v ravnini, pravokotni na vpadni kot.

Ilustracija Brewsterjevega zakona.

Raziskovalec je ugotovil, da je lomljeni žarek delno polariziran v ravnini vpada. V tem primeru se vsa svetloba ne odbije, del gre v lomljeni žarek. Brewsterjev kot je kot, pod katerim odbita svetloba popolnoma polarizirano. V tem primeru so odbiti in lomljeni žarki pravokotni drug na drugega.

Če želite razumeti razlog za ta pojav, morate vedeti naslednje:

1. V vsakem elektromagnetnem valu so nihanja električnega polja vedno pravokotna na smer njegovega gibanja.
2. Postopek je razdeljen na dve fazi. V prvem vpadni val povzroči vzbujanje molekul dielektrika, v drugem pa se pojavijo lomljeni in odbiti valovi.

Če se v poskusu uporabi ena plastika iz kremenovega ali drugega primernega minerala, intenzivnost ravninsko polarizirano svetlobo bo majhna (približno 4 % celotne intenzivnosti). Če pa uporabite kup plošč, lahko dosežete znatno povečanje zmogljivosti.

Mimogrede! Brewsterjev zakon je mogoče izpeljati tudi s Fresnelovimi formulami.

Polarizacija svetlobe s kristalom

Navadni dielektriki so anizotropni in značilnosti svetlobe, ko jih zadene, so odvisne predvsem od vpadnega kota. Lastnosti kristalov so različne, ko jih zadene svetloba, lahko opazite učinek dvojnega loma žarkov.To se kaže na naslednji način: pri prehodu skozi konstrukcijo nastaneta dva lomljena žarka, ki gresta v različne smeri, tudi njihove hitrosti se razlikujejo.

Najpogosteje se v poskusih uporabljajo enoosni kristali. V njih eden od lomnih žarkov upošteva standardne zakone in se imenuje navaden. Drugi je oblikovan drugače, imenujemo ga izreden, saj značilnosti njegovega loma ne ustrezajo običajnim kanonom.

Takole izgleda dvojna lom na diagramu.

Če zasukate kristal, bo navaden žarek ostal nespremenjen, izredni pa se bo premikal po krogu. Najpogosteje se v poskusih uporablja kalcit ali islandski špart, saj sta zelo primerna za raziskave.

Mimogrede! Če pogledate na okolje skozi kristal, se bodo obrisi vseh predmetov razdelili na dva dela.

Na podlagi poskusov s kristali Étienne Louis Malus je zakon oblikoval leta 1810 leto, ki je prejelo njegovo ime. Izvedel je jasno odvisnost linearno polarizirane svetlobe po njenem prehodu skozi polarizator, izdelan na osnovi kristalov. Intenzivnost žarka po prehodu skozi kristal se zmanjša sorazmerno s kvadratom kosinusa kota, ki nastane med ravnino polarizacije vhodnega žarka in filtrom.

Video lekcija: Polarizacija svetlobe, fizika 11. razred.

Praktična uporaba svetlobne polarizacije

Obravnavani pojav se v vsakdanjem življenju uporablja veliko pogosteje, kot se zdi. Poznavanje zakonov širjenja elektromagnetnih valov je pomagalo pri ustvarjanju različne opreme. Glavne možnosti so:

1. Posebni polarizacijski filtri za kamere vam omogočajo, da se znebite bleščanja pri fotografiranju.
2. Očala s tem učinkom vozniki pogosto uporabljajo, saj odstranijo bleščanje iz žarometov nasproti vozečih vozil.Posledično tudi dolge luči ne morejo zaslepiti voznika, kar izboljša varnost.
   Odsotnost bleščanja je posledica učinka polarizacije.
3. Oprema, ki se uporablja v geofiziki, omogoča preučevanje lastnosti oblakov. Uporablja se tudi za preučevanje značilnosti polarizacije sončne svetlobe pri prehodu skozi oblake.
4. Posebne instalacije, ki fotografirajo kozmične meglice v polarizirani svetlobi, pomagajo pri preučevanju značilnosti magnetnih polj, ki tam nastajajo.
5. V inženirski industriji se uporablja tako imenovana fotoelastična metoda. Z njim lahko jasno določite parametre napetosti, ki se pojavljajo v vozliščih in delih.
6. oprema uporabljeno pri ustvarjanju gledališke kulise, pa tudi pri koncertnem oblikovanju. Drugo področje uporabe so vitrine in razstavne stojnice.
7. Naprave, ki merijo raven sladkorja v krvi osebe. Delujejo tako, da določajo kot vrtenja ravnine polarizacije.
8. Številna podjetja živilske industrije uporabljajo opremo, ki lahko določi koncentracijo določene raztopine. Obstajajo tudi naprave, ki lahko nadzorujejo vsebnost beljakovin, sladkorjev in organskih kislin z uporabo polarizacijskih lastnosti.
9. 3D kinematografija deluje ravno z uporabo fenomena, obravnavanega v članku.

Mimogrede! Vsi znani monitorji in televizorji s tekočimi kristali delujejo tudi na podlagi polariziranega toka.

Poznavanje osnovnih značilnosti polarizacije vam omogoča, da razložite številne učinke, ki se pojavljajo okoli. Tudi ta pojav se pogosto uporablja v znanosti, tehnologiji, medicini, fotografiji, kinu in mnogih drugih področjih.