Hva er lyspolarisering og dens praktiske anvendelse

Polarisert lys skiller seg fra standard lys i sin distribusjon. Den ble oppdaget for lenge siden og brukes både til fysiske eksperimenter og i hverdagen for å utføre noen målinger. Å forstå fenomenet polarisering er ikke vanskelig, dette vil tillate deg å forstå prinsippet om drift av noen enheter og finne ut hvorfor lyset under visse forhold ikke forplanter seg som vanlig.

Sammenligning av bilder uten et polariserende filter og med det, i det andre tilfellet er det nesten ingen gjenskinn.

Hva er lyspolarisering

Polariseringen av lys beviser at lys er en tverrbølge. Det vil si at vi snakker om polarisering av elektromagnetiske bølger generelt, og lys er en av variantene, hvis egenskaper er underlagt generelle regler.

Polarisering er en egenskap ved tverrgående bølger, hvis oscillasjonsvektor alltid er vinkelrett på forplantningsretningen til lys eller noe annet.Det vil si at hvis du velger fra lysstrålene med samme polarisering av vektoren, vil dette være fenomenet polarisering.

Oftest ser vi upolarisert lys rundt oss, siden intensitetsvektoren beveger seg i alle mulige retninger. For å gjøre den polarisert, føres den gjennom et anisotropisk medium, som avskjærer alle oscillasjoner og etterlater bare en.

Sammenligning av vanlig og polarisert lys.

Hvem oppdaget fenomenet og hva beviser det

Konseptet under vurdering ble brukt for første gang i historien av en berømt britisk vitenskapsmann I. Newton i 1706. Men en annen forsker forklarte dens natur - James Maxwell. Da var ikke lysbølgenes natur kjent, men med akkumuleringen av forskjellige fakta og resultatene av forskjellige eksperimenter dukket det opp flere og flere bevis på transversiteten til elektromagnetiske bølger.

Den første som utførte eksperimenter på dette området var en nederlandsk forsker Huygens, dette skjedde i 1690. Han passerte lys gjennom en plate med islandsk spar, som et resultat av at han oppdaget den tverrgående anisotropien til strålen.

Det første beviset på polarisering av lys i fysikk ble oppnådd av en fransk forsker E. Malus. Han brukte to plater med turmalin og kom til slutt opp med en lov oppkalt etter ham. Takket være en rekke eksperimenter ble tverrretningen til lysbølger bevist, noe som bidro til å forklare deres natur og forplantningstrekk.

Hvor kommer polariseringen av lys fra og hvordan får du det selv

Det meste av lyset vi ser er ikke polarisert. Sol, kunstig belysning - en lysstrøm med en vektor som oscillerer i forskjellige retninger, sprer seg i alle retninger uten noen begrensninger.

Polarisert lys oppstår etter at det har gått gjennom et anisotropt medium, som kan ha forskjellige egenskaper. Dette miljøet fjerner de fleste svingningene, og etterlater det eneste som gir ønsket effekt.

Oftest fungerer krystaller som en polarisator. Hvis tidligere hovedsakelig naturlige materialer ble brukt (for eksempel turmalin), er det nå mange alternativer for kunstig opprinnelse.

Polarisert lys kan også oppnås ved refleksjon fra ethvert dielektrikum. Poenget er at når lysstrøm det brytes i krysset mellom to medier. Dette er lett å se ved å legge en blyant eller et rør i et glass vann.

Dette prinsippet brukes i polariserende mikroskoper.

Under fenomenet lysbrytning er en del av strålene polarisert. Graden av manifestasjon av denne effekten avhenger av plasseringen lyskilde og innfallsvinkelen i forhold til brytningspunktet.

Når det gjelder metodene for å oppnå polarisert lys, brukes ett av tre alternativer uavhengig av forholdene:

1. Prisme Nicolas. Den er oppkalt etter den skotske oppdageren Nicolas William som oppfant den i 1828. Han gjennomførte eksperimenter i lang tid og var etter 11 år i stand til å få en ferdig enhet, som fortsatt brukes uendret.
2. Refleksjon fra et dielektrikum. Her er det svært viktig å velge den optimale innfallsvinkelen og ta hensyn til graden brytning (jo større forskjellen er i lysoverføringen til de to mediene, jo mer brytes strålene).
3. Bruke et anisotropt miljø. Oftest velges krystaller med passende egenskaper for dette. Hvis du retter en lysstrøm mot dem, kan du observere dens parallelle separasjon ved utgangen.

Polarisering av lys ved refleksjon og brytning ved grensesnittet mellom to dielektrika

Dette optiske fenomenet ble oppdaget av en fysiker fra Skottland David Brewster i 1815. Loven han utledet viste forholdet mellom indikatorene til to dielektriske stoffer ved en viss innfallsvinkel for lys. Hvis vi velger forholdene, vil strålene som reflekteres fra grensesnittet mellom to medier, polariseres i et plan vinkelrett på innfallsvinkelen.

En illustrasjon av Brewsters lov.

Forskeren bemerket at den brutte strålen er delvis polarisert i innfallsplanet. I dette tilfellet reflekteres ikke alt lyset, en del av det går inn i den brutte strålen. Brewster vinkel er vinkelen som reflektert lys fullstendig polarisert. I dette tilfellet er de reflekterte og brutte strålene vinkelrett på hverandre.

For å forstå årsaken til dette fenomenet, må du vite følgende:

1. I enhver elektromagnetisk bølge er oscillasjonene til det elektriske feltet alltid vinkelrett på bevegelsesretningen.
2. Prosessen er delt inn i to stadier. I den første får den innfallende bølgen molekylene til dielektrikumet til å eksitere, i den andre oppstår refrakterte og reflekterte bølger.

Hvis en plast av kvarts eller annet passende mineral brukes i forsøket, intensitet planpolarisert lys vil være liten (ca. 4 % av den totale intensiteten). Men hvis du bruker en stabel med plater, kan du oppnå en betydelig økning i ytelsen.

Forresten! Brewsters lov kan også utledes ved hjelp av Fresnels formler.

Polarisering av lys med en krystall

Vanlige dielektriske stoffer er anisotrope og egenskapene til lys når det treffer dem avhenger hovedsakelig av innfallsvinkelen. Egenskapene til krystallene er forskjellige, når lys treffer dem, kan du observere effekten av dobbel brytning av strålene.Dette manifesterer seg som følger: når de passerer gjennom strukturen, dannes to refrakterte stråler, som går i forskjellige retninger, hastighetene deres er også forskjellige.

Oftest brukes enaksede krystaller i eksperimenter. I dem følger en av brytningsstrålene standardlover og kalles vanlig. Den andre er dannet annerledes, den kalles ekstraordinær, siden egenskapene til brytningen ikke samsvarer med de vanlige kanonene.

Slik ser dobbel brytning ut i diagrammet.

Hvis du roterer krystallen, vil den vanlige strålen forbli uendret, og den ekstraordinære vil bevege seg rundt sirkelen. Oftest brukes kalsitt eller islandsspar i forsøk, da de egner seg godt til forskning.

Forresten! Hvis du ser på miljøet gjennom krystallen, vil konturene til alle objekter dele seg i to.

Basert på eksperimenter med krystaller Étienne Louis Malus formulerte loven i 1810 året som fikk navnet hans. Han utledet en klar avhengighet av lineært polarisert lys etter dets passasje gjennom en polarisator laget på grunnlag av krystaller. Intensiteten til strålen etter å ha passert gjennom krystallen avtar proporsjonalt med kvadratet på cosinus av vinkelen dannet mellom polariseringsplanet til den innkommende strålen og filteret.

Videoleksjon: Polarisering av lys, fysikk 11. klasse.

Praktisk anvendelse av lyspolarisering

Fenomenet som vurderes brukes i hverdagen mye oftere enn det ser ut til. Kunnskap om lovene for forplantning av elektromagnetiske bølger hjalp til med å lage forskjellig utstyr. Hovedalternativene er:

1. Spesielle polarisasjonsfiltre for kameraer lar deg bli kvitt gjenskinn når du tar bilder.
2. Briller med denne effekten brukes ofte av sjåfører, da de fjerner gjenskinn fra frontlysene på møtende kjøretøy.Som et resultat kan selv fjernlys ikke blende føreren, noe som forbedrer sikkerheten.
   Fraværet av gjenskinn skyldes effekten av polarisering.
3. Utstyret som brukes i geofysikk gjør det mulig å studere egenskapene til skymasser. Det brukes også til å studere egenskapene til polariseringen av sollys når de passerer gjennom skyer.
4. Spesielle installasjoner som fotograferer kosmiske tåker i polarisert lys bidrar til å studere egenskapene til magnetfeltene som oppstår der.
5. I verkstedindustrien brukes den såkalte fotoelastiske metoden. Med den kan du tydelig bestemme spenningsparametrene som oppstår i nodene og delene.
6. Utstyr brukt når man lager teaterkulisser, samt i konsertdesign. Et annet bruksområde er utstillingsvinduer og utstillingsstander.
7. Enheter som måler nivået av sukker i en persons blod. De fungerer ved å bestemme rotasjonsvinkelen til polariseringsplanet.
8. Mange næringsmiddelindustribedrifter bruker utstyr som er i stand til å bestemme konsentrasjonen av en bestemt løsning. Det finnes også enheter som kan kontrollere innholdet av proteiner, sukker og organiske syrer ved bruk av polarisasjonsegenskaper.
9. 3D-kinematografi fungerer nettopp gjennom bruken av fenomenet som vurderes i artikkelen.

Forresten! Kjent til alle flytende krystallmonitorer og TV-er fungerer også på basis av en polarisert strøm.

Å kjenne de grunnleggende egenskapene til polarisering lar deg forklare de mange effektene som oppstår rundt. Dessuten er dette fenomenet mye brukt innen vitenskap, teknologi, medisin, fotografi, kino og mange andre felt.