Kaj je polarizacija svetlobe in njena praktična uporaba

Polarizirana svetloba se razlikuje od standardne svetlobe po svojem širjenju. Odkrili so ga že davno in se uporablja tako za fizikalne poskuse kot v vsakdanjem življenju za izvajanje nekaterih meritev. Razumevanje pojava polarizacije ni težko, omogočilo bo razumevanje principa delovanja nekaterih naprav in ugotovilo, zakaj se svetloba pod določenimi pogoji ne širi tako, kot se običajno.

Primerjava fotografije brez in s polarizacijskim filtrom, v drugem primeru skoraj ni bleščanja.

Kaj je polarizacija svetlobe

Polarizacija svetlobe dokazuje, da je svetloba transverzalno valovanje. To pomeni, da govorimo o polarizaciji elektromagnetnih valov na splošno, svetloba pa je ena od vrst, za katere lastnosti veljajo splošna pravila.

Polarizacija je lastnost transverzalnih valov, katerih vektor nihanja je vedno pravokoten na smer širjenja svetlobe ali kaj drugega. To pomeni, da če izolirate svetlobne žarke z enakim polarizacijskim vektorjem, bo to pojav polarizacije.

Najpogosteje okoli sebe vidimo nepolarizirano svetlobo, saj se njen vektor jakosti giblje v vse možne smeri. Da bi bil polariziran, ga spustimo skozi anizotropni medij, ki prekine vse vibracije in pusti samo eno.

Primerjava navadne in polarizirane svetlobe.

Kdo je odkril pojav in kaj dokazuje

Zadevni koncept je prvi uporabil slavni britanski znanstvenik I. Newton leta 1706.. Toda njegovo naravo je pojasnil drug raziskovalec. James Maxwell.. Takrat narava svetlobnih valov ni bila znana, a ko so se kopičila različna dejstva in rezultati različnih eksperimentov, se je pojavljalo vse več dokazov o transverzalni naravi elektromagnetnega valovanja.

Prvi, ki je eksperimentiral na tem področju, je bil nizozemski raziskovalec Huygens leta 1690.. Svetlobo je spustil skozi ploščo islandskega glinenca, zaradi česar je odkril transverzalno anizotropijo žarka.

Prvi dokaz o polarizaciji svetlobe v fiziki je dobil francoski raziskovalec Э. Malus. Uporabil je dve plošči turmalina in sčasoma izpeljal zakon, poimenovan po njem. S številnimi poskusi je bila dokazana transverzalnost svetlobnih valov, kar je pomagalo razložiti njihovo naravo in posebnosti širjenja.

Od kod izvira polarizacija svetlobe in kako jo pridobiti sam

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

Polarizirana svetloba se pojavi po prehodu skozi anizotropni medij, ki ima lahko različne lastnosti. Ta medij odstrani večino tresljajev, ostane le eden, ki zagotavlja želeni učinek.

Najpogosteje kristali delujejo kot polarizatorji. Medtem ko so bili v preteklosti večinoma uporabljeni naravni materiali (npr. turmalin), je danes veliko variant umetnega izvora.

Tudi polarizirano svetlobo lahko dobimo z odbojem od katerega koli dielektrika. Ideja je, da ko a svetlobni tok na stičišču obeh medijev se lomi. To lahko preprosto vidite, če svinčnik ali cev položite v kozarec vode.

Ta princip se uporablja v polarizacijskih mikroskopih.

Pri pojavu loma svetlobe so nekateri žarki polarizirani. Obseg tega učinka je odvisen od lokacije Izvor svetlobe in vpadni kot svetlobe glede na lomno mesto.

Glede načinov pridobivanja polarizirane svetlobe se ne glede na pogoje uporablja ena od treh možnosti:

1. Nikolajeva prizma.. Ime je dobil po škotskem raziskovalcu Nicolasu Williamu, ki ga je izumil leta 1828. Dolgo je eksperimentiral in po 11 letih uspel dobiti končano napravo, ki je v nespremenjeni obliki v uporabi še danes.
2. Odboj od dielektrika. Pri tem je zelo pomembno najti optimalen vpadni kot in upoštevati stopnjo loma (Večja ko je razlika v prepustnosti obeh medijev, bolj se žarki lomijo).
3. Uporaba anizotropnega medija. Najpogosteje so za ta namen izbrani kristali z ustreznimi lastnostmi. Če je svetlobni tok usmerjen nanje, lahko na izhodu opazimo vzporedno ločitev.

Polarizacija svetlobe z odbojem in lomom na meji dveh dielektrikov

Ta optični pojav je odkril škotski fizik ... David Brewster leta 1815 .... Zakon, ki ga je izpeljal, je pokazal razmerje med indeksoma obeh dielektrikov pri določenem vpadnem kotu svetlobe. Če so izbrani pogoji, bodo žarki, ki se odbijajo od vmesnika obeh medijev, polarizirani v ravnini, ki je pravokotna na vpadni kot.

Ilustracija Brewsterjevega zakona.

Raziskovalec je opazil, da je lomljeni žarek delno polariziran tudi v vpadni ravnini. Vsa svetloba se ne odbije, nekaj je preide v lomljeni žarek. Brewsterjev kot je kot, pod katerim odbita svetloba je popolnoma polariziran.Odbiti in lomljeni žarki so pravokotni drug na drugega.

Da bi razumeli vzrok tega pojava, moramo vedeti naslednje:

1. V vsakem elektromagnetnem valovanju so nihanja električnega polja vedno pravokotna na smer njegovega gibanja.
2. Postopek je razdeljen na dve stopnji. Pri prvem vpadni val povzroči vznemirjenje dielektričnih molekul; v drugem so lomljeni in odbiti valovi.

Če v poskusu uporabite eno ploščo iz kremena ali drugega primernega minerala, intenzivnost ravninsko polarizirane svetlobe bo majhna (približno 4 % celotne intenzivnosti). Če pa uporabite kup plošč, lahko dosežete znatno povečanje učinkovitosti.

Mimogrede! Brewsterjev zakon je mogoče izpeljati tudi z uporabo Fresnelovih formul.

Polarizacija svetlobe s kristalom

Navadni dielektriki so anizotropni in lastnosti svetlobe, ki pada vanje, so odvisne predvsem od vpadnega kota. Kristali imajo različne lastnosti; ko svetloba pade nanje, lahko opazimo učinek dvojnega loma žarkov. To se kaže takole: pri prehodu skozi strukturo nastaneta dva lomljena žarka, ki gresta v različnih smereh, tudi njuni hitrosti sta različni.

Najpogosteje se v poskusih uporabljajo enoosni kristali. Eden od lomnih žarkov v njih upošteva standardne zakone in se imenuje navaden. Drugi žarek se oblikuje drugače, imenuje se izjemen, ker posebnosti njegovega loma ne ustrezajo običajnim kanonom.

Tako je dvolomnost videti na diagramu.

Če zavrtite kristal, bo navadni žarek ostal nespremenjen, medtem ko se bo izredni žarek premikal po obodu. Najpogosteje se v poskusih uporablja kalcit ali islandski glinenec, saj sta zelo primerna za raziskave.

Mimogrede! Če pogledate svojo okolico skozi kristal, se obrisi vseh predmetov razcepijo.

Na podlagi poskusov s kristali. Etienne Louis Malus je leta 1810 oblikoval zakon leta 1810, ki se po njem imenuje. Izpeljal je jasno razmerje med linearno polarizirano svetlobo, potem ko gre skozi polarizator iz kristalov. Intenzivnost žarka po prehodu skozi kristal se zmanjša sorazmerno s kvadratom kosinusa kota, ki nastane med polarizacijsko ravnino vhodnega žarka in filtrom.

Video lekcija: Polarizacija svetlobe, fizika za 11. razred.

Praktične aplikacije polarizacije svetlobe

Zadevni 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 naslednje:

1. Posebni polarizacijski filtri za fotoaparate vam omogočajo, da se znebite bleščanja pri fotografiranju.
2. Očala s tem učinkom pogosto uporabljajo vozniki, saj odstranijo bleščanje žarometov nasproti vozečega prometa. Posledično tudi dolge luči ne morejo zaslepiti voznika, kar poveča varnost.
   Odsotnost bleščanja je posledica polarizacijskega učinka.
3. Oprema, ki se uporablja v geofiziki, vam omogoča preučevanje lastnosti oblačnih mas. Uporablja se tudi za preučevanje posebnosti polarizacije sončne svetlobe, ko prehaja skozi oblake.
4. Posebne naprave, ki fotografirajo vesoljske meglice v polarizirani svetlobi, pomagajo preučevati posebnosti magnetnih polj, ki tam nastajajo.
5. V strojništvu se uporablja tako imenovana fotoelastična metoda. Z njegovo pomočjo lahko jasno določite parametre napetosti, ki se pojavljajo v vozliščih in delih.
6. Oprema se uporablja tako pri ustvarjanju gledališke kulise kot pri koncertni dekoraciji. Drugo področje uporabe so vitrine in razstavni prostori.
7. Naprave, ki določajo raven sladkorja v krvi osebe. Delujejo tako, da določajo kot zasuka polarizacijske ravnine.
8. Mnoga podjetja v prehrambeni industriji uporabljajo opremo, ki lahko določi koncentracijo določene raztopine.Obstajajo tudi naprave, ki lahko spremljajo beljakovine, sladkorje in organske kisline z uporabo polarizacijskih lastnosti.
9. 3D kinematografija deluje ravno z uporabo pojava, ki je obravnavan v tem članku.

Mimogrede! Znani monitorji s tekočimi kristali in televizorji prav tako delujejo na podlagi polariziranega toka.

Poznavanje osnovnih značilnosti polarizacije nam omogoča razlago številnih učinkov, ki se dogajajo okoli nas. Tudi ta pojav se pogosto uporablja v znanosti, tehnologiji, medicini, fotografiji, kinematografiji in mnogih drugih področjih.