Hvad er lyspolarisering og dens praktiske anvendelse

Polariseret lys adskiller sig fra standardlys i sin fordeling. Det blev opdaget for længe siden og bruges både til fysiske eksperimenter og i hverdagen til at udføre nogle målinger. At forstå fænomenet polarisering er ikke svært, dette vil give dig mulighed for at forstå princippet om drift af nogle enheder og finde ud af, hvorfor lyset under visse forhold ikke forplanter sig som normalt.

Sammenligning af fotos uden et polariserende filter og med det, i det andet tilfælde er der næsten ingen blænding.

Hvad er lyspolarisering

Polariseringen af ​​lys beviser, at lys er en tværgående bølge. Det vil sige, vi taler om polarisering af elektromagnetiske bølger generelt, og lys er en af ​​de sorter, hvis egenskaber er underlagt generelle regler.

Polarisering er en egenskab ved tværgående bølger, hvis oscillationsvektor altid er vinkelret på lysets udbredelsesretning eller noget andet.Det vil sige, at hvis du vælger fra lysstrålerne med samme polarisering af vektoren, så vil dette være fænomenet polarisering.

Oftest ser vi upolariseret lys omkring os, da dets intensitetsvektor bevæger sig i alle mulige retninger. For at gøre det polariseret føres det gennem et anisotropt medium, som afskærer alle svingninger og efterlader kun én.

Sammenligning af almindeligt og polariseret lys.

Hvem opdagede fænomenet og hvad beviser det

Konceptet under overvejelse blev brugt for første gang i historien af ​​en berømt britisk videnskabsmand I. Newton i 1706. Men en anden forsker forklarede dens natur - James Maxwell. Så var lysbølgernes natur ikke kendt, men med ophobningen af ​​forskellige fakta og resultaterne af forskellige eksperimenter dukkede flere og flere beviser på tværgående elektromagnetiske bølger op.

Den første til at udføre eksperimenter på dette område var en hollandsk forsker Huygens, dette skete i 1690. Han ledte lys gennem en plade af islandsk spar, som et resultat af hvilket han opdagede strålens tværgående anisotropi.

Det første bevis på lysets polarisering i fysik blev opnået af en fransk forsker E. Malus. Han brugte to plader turmalin og kom til sidst med en lov opkaldt efter ham. Takket være adskillige eksperimenter blev lysbølgernes transversitet bevist, hvilket hjalp med at forklare deres natur og udbredelsestræk.

Hvor kommer lysets polarisering fra, og hvordan får du det selv

Det meste af det lys, vi ser, er ikke polariseret. Sol, kunstig belysning - en lysstrøm med en vektor, der oscillerer i forskellige retninger, spredes i alle retninger uden nogen begrænsninger.

Polariseret lys opstår, efter at det har passeret gennem et anisotropt medium, som kan have forskellige egenskaber. Dette miljø fjerner de fleste af udsvingene og efterlader det eneste, der giver den ønskede effekt.

Oftest fungerer krystaller som en polarisator. Hvis tidligere hovedsagelig naturlige materialer blev brugt (for eksempel turmalin), er der nu mange muligheder for kunstig oprindelse.

Polariseret lys kan også opnås ved refleksion fra ethvert dielektrikum. Den nederste linje er, at hvornår lysstrøm det brydes ved krydset mellem to medier. Dette er let at se ved at placere en blyant eller et rør i et glas vand.

Dette princip bruges i polariserende mikroskoper.

Under fænomenet lysbrydning er en del af strålerne polariseret. Graden af ​​manifestation af denne effekt afhænger af placeringen lyskilde og vinklen af ​​dets indfald i forhold til brydningspunktet.

Hvad angår metoderne til at opnå polariseret lys, bruges en af ​​tre muligheder uanset forholdene:

1. Prisme Nicolas. Det er opkaldt efter den skotske opdagelsesrejsende Nicolas William, som opfandt det i 1828. Han udførte eksperimenter i lang tid og var efter 11 år i stand til at få et færdigt apparat, som stadig bruges uændret.
2. Refleksion fra et dielektrikum. Her er det meget vigtigt at vælge den optimale indfaldsvinkel og tage højde for graden brydning (jo større forskel er i lystransmissionen af ​​de to medier, jo mere brydes strålerne).
3. Brug af et anisotropt miljø. Oftest vælges krystaller med passende egenskaber til dette. Hvis du retter en lysflux mod dem, kan du observere dens parallelle adskillelse ved udgangen.

Polarisering af lys ved refleksion og brydning ved grænsefladen mellem to dielektrika

Dette optiske fænomen blev opdaget af en fysiker fra Skotland David Brewster i 1815. Den lov, han udledte, viste forholdet mellem indikatorerne for to dielektrika ved en bestemt lysindfaldsvinkel. Hvis vi vælger betingelserne, vil de stråler, der reflekteres fra grænsefladen mellem to medier, blive polariseret i et plan vinkelret på indfaldsvinklen.

En illustration af Brewsters lov.

Forskeren bemærkede, at den brudte stråle er delvist polariseret i indfaldsplanet. I dette tilfælde reflekteres ikke alt lys, en del af det går ind i den brudte stråle. Brewster vinkel er den vinkel, som reflekteret lys fuldstændig polariseret. I dette tilfælde er de reflekterede og brudte stråler vinkelrette på hinanden.

For at forstå årsagen til dette fænomen skal du vide følgende:

1. I enhver elektromagnetisk bølge er svingningerne af det elektriske felt altid vinkelret på retningen af ​​dets bevægelse.
2. Processen er opdelt i to faser. I den første får den indfaldende bølge dielektrikets molekyler til at excitere, i den anden opstår brydte og reflekterede bølger.

Hvis der anvendes én plastik af kvarts eller et andet passende mineral i forsøget, intensitet plan polariseret lys vil være lille (ca. 4% af den samlede intensitet). Men hvis du bruger en stak plader, kan du opnå en markant stigning i ydeevnen.

I øvrigt! Brewsters lov kan også udledes ved hjælp af Fresnels formler.

Polarisering af lys med en krystal

Almindelige dielektrika er anisotrope, og lysets karakteristika, når det rammer dem, afhænger hovedsageligt af indfaldsvinklen. Krystallernes egenskaber er forskellige, når lys rammer dem, kan du observere effekten af ​​dobbeltbrydning af strålerne.Dette manifesterer sig som følger: når de passerer gennem strukturen, dannes to brudte bjælker, som går i forskellige retninger, deres hastigheder er også forskellige.

Oftest bruges enaksede krystaller i eksperimenter. I dem adlyder en af ​​brydningsstrålerne standardlove og kaldes almindelig. Den anden er dannet anderledes, den kaldes ekstraordinær, da træk ved dens brydning ikke svarer til de sædvanlige kanoner.

Sådan ser dobbelt brydning ud i diagrammet.

Hvis du roterer krystallen, forbliver den almindelige stråle uændret, og den ekstraordinære vil bevæge sig rundt i cirklen. Oftest bruges calcit eller islandsk spar i forsøg, da de er velegnede til forskning.

I øvrigt! Hvis du ser på miljøet gennem krystallen, vil omridserne af alle objekter dele sig i to.

Baseret på eksperimenter med krystaller Étienne Louis Malus formulerede loven i 1810 året, der fik hans navn. Han udledte en klar afhængighed af lineært polariseret lys efter dets passage gennem en polarisator lavet på basis af krystaller. Strålens intensitet efter at have passeret gennem krystallen falder i forhold til kvadratet af cosinus af vinklen dannet mellem polariseringsplanet for den indkommende stråle og filteret.

Videolektion: Polarisering af lys, fysik, klasse 11.

Praktisk anvendelse af lyspolarisering

Fænomenet under overvejelse bruges i hverdagen meget oftere, end det ser ud til. Viden om lovene for udbredelse af elektromagnetiske bølger hjalp med at skabe forskelligt udstyr. De vigtigste muligheder er:

1. Særlige polariserende filtre til kameraer giver dig mulighed for at slippe af med blænding, når du tager billeder.
2. Briller med denne effekt bruges ofte af bilister, da de fjerner genskin fra forlygterne på modkørende køretøjer.Som et resultat kan selv fjernlys ikke blænde føreren, hvilket forbedrer sikkerheden.
   Fraværet af blænding skyldes effekten af ​​polarisering.
3. Det udstyr, der bruges i geofysikken, gør det muligt at studere skymassernes egenskaber. Det bruges også til at studere funktionerne ved polarisering af sollys, når det passerer gennem skyer.
4. Særlige installationer, der fotograferer kosmiske tåger i polariseret lys, hjælper med at studere træk ved de magnetiske felter, der opstår der.
5. I ingeniørindustrien anvendes den såkaldte fotoelastiske metode. Med det kan du tydeligt bestemme de stressparametre, der opstår i knuderne og delene.
6. Udstyr Brugt ved skabelse af teatralske kulisser, samt i koncertdesign. Et andet anvendelsesområde er montrer og udstillingsstande.
7. Enheder, der måler niveauet af sukker i en persons blod. De virker ved at bestemme rotationsvinklen for polarisationsplanet.
8. Mange fødevareindustrivirksomheder bruger udstyr, der er i stand til at bestemme koncentrationen af ​​en bestemt løsning. Der findes også apparater, der kan kontrollere indholdet af proteiner, sukkerarter og organiske syrer ved brug af polarisationsegenskaber.
9. 3D-kinematografi virker netop gennem brugen af ​​det fænomen, der behandles i artiklen.

I øvrigt! Velkendt for alle flydende krystal skærme og tv'er fungerer også på basis af en polariseret strøm.

At kende de grundlæggende funktioner ved polarisering giver dig mulighed for at forklare de mange effekter, der opstår rundt omkring. Også dette fænomen er meget udbredt inden for videnskab, teknologi, medicin, fotografi, biograf og mange andre områder.