Kas yra šviesos poliarizacija ir jos praktinis pritaikymas

Poliarizuota šviesa skiriasi nuo standartinės šviesos savo pasiskirstymu. Jis buvo atrastas seniai ir naudojamas tiek fiziniams eksperimentams, tiek kasdieniame gyvenime atliekant kai kuriuos matavimus. Suprasti poliarizacijos reiškinį nėra sunku, tai leis suprasti kai kurių prietaisų veikimo principą ir išsiaiškinti, kodėl tam tikromis sąlygomis šviesa nesklinda kaip įprasta.

Palyginus nuotraukas be poliarizacinio filtro ir su juo, antruoju atveju akinimo beveik nėra.

Kas yra šviesos poliarizacija

Šviesos poliarizacija įrodo, kad šviesa yra skersinė banga. Tai yra, mes kalbame apie elektromagnetinių bangų poliarizaciją apskritai, o šviesa yra viena iš atmainų, kurios savybėms taikomos bendrosios taisyklės.

Poliarizacija yra skersinių bangų savybė, kurių virpesių vektorius visada yra statmenas šviesos sklidimo krypčiai ar dar kam nors.Tai yra, jei pasirinksite iš šviesos spindulių su ta pačia vektoriaus poliarizacija, tai bus poliarizacijos reiškinys.

Dažniausiai aplink save matome nepoliarizuotą šviesą, nes jos intensyvumo vektorius juda visomis įmanomomis kryptimis. Kad jis būtų poliarizuotas, jis praleidžiamas per anizotropinę terpę, kuri nutraukia visus svyravimus ir palieka tik vieną.

Įprastos ir poliarizuotos šviesos palyginimas.

Kas atrado reiškinį ir ką tai įrodo

Nagrinėjamą sąvoką pirmą kartą istorijoje panaudojo garsus britų mokslininkas I. Niutonas 1706 m. Tačiau kitas tyrėjas paaiškino jo prigimtį - Jamesas Maxwellas. Tada šviesos bangų prigimtis nebuvo žinoma, tačiau kaupiant įvairius faktus ir įvairių eksperimentų rezultatus atsirado vis daugiau elektromagnetinių bangų skersiškumo įrodymų.

Pirmasis eksperimentus šioje srityje atliko olandų mokslininkas Huygenso, tai atsitiko 1690 m. Jis perleido šviesą per Islandijos špato plokštę, todėl atrado skersinę spindulio anizotropiją.

Pirmuosius šviesos poliarizacijos įrodymus fizikoje gavo prancūzų tyrinėtojas E. Malusas. Jis panaudojo dvi turmalino lėkštes ir galiausiai sugalvojo jo vardu pavadintą įstatymą. Daugybės eksperimentų dėka buvo įrodytas šviesos bangų skersiškumas, o tai padėjo paaiškinti jų prigimtį ir sklidimo ypatybes.

Iš kur atsiranda šviesos poliarizacija ir kaip ją gauti patiems

Didžioji dalis šviesos, kurią matome, nėra poliarizuota. saulė, dirbtinis apšvietimas - šviesos srautas, kurio vektorius svyruoja skirtingomis kryptimis, sklinda į visas puses be jokių apribojimų.

Poliarizuota šviesa atsiranda po to, kai ji praeina per anizotropinę terpę, kuri gali turėti skirtingas savybes. Ši aplinka pašalina didžiąją dalį svyravimų, palieka vienintelį dalyką, kuris suteikia norimą efektą.

Dažniausiai kristalai veikia kaip poliarizatorius. Jei anksčiau daugiausia buvo naudojamos natūralios medžiagos (pavyzdžiui, turmalinas), dabar yra daug dirbtinės kilmės variantų.

Be to, poliarizuotą šviesą galima gauti atspindint nuo bet kurio dielektriko. Esmė ta, kad kada šviesos srautas jis lūžta dviejų terpių sandūroje. Tai nesunku pastebėti įdėjus pieštuką ar vamzdelį į stiklinę vandens.

Šis principas naudojamas poliarizuojančiuose mikroskopuose.

Šviesos lūžio reiškinio metu dalis spindulių poliarizuojasi. Šio poveikio pasireiškimo laipsnis priklauso nuo vietos šviesos šaltinis ir jo kritimo kampas lūžio taško atžvilgiu.

Kalbant apie poliarizuotos šviesos gavimo būdus, neatsižvelgiant į sąlygas, naudojamas vienas iš trijų variantų:

1. Prizmė Nikolajus. Jis pavadintas škotų tyrinėtojo Nicolaso ​​Williamo vardu, kuris jį išrado 1828 m. Jis ilgą laiką atliko eksperimentus ir po 11 metų sugebėjo gauti gatavą įrenginį, kuris vis dar naudojamas nepakitęs.
2. Atspindys nuo dielektriko. Čia labai svarbu pasirinkti optimalų kritimo kampą ir atsižvelgti į laipsnį refrakcija (kuo didesnis dviejų terpių šviesos pralaidumo skirtumas, tuo labiau spinduliai lūžta).
3. Naudojant anizotropinę aplinką. Dažniausiai tam parenkami tinkamų savybių kristalai. Jei nukreipiate į juos šviesos srautą, galite stebėti jo lygiagretų atskyrimą išėjime.

Šviesos poliarizacija atspindint ir lūžis dviejų dielektrikų sąsajoje

Šį optinį reiškinį atrado fizikas iš Škotijos Davidas Brewsteris 1815 m. Jo išvestas dėsnis parodė ryšį tarp dviejų dielektrikų rodiklių tam tikru šviesos kritimo kampu. Jeigu pasirinksime sąlygas, tai nuo dviejų terpių sąsajos atsispindėję spinduliai bus poliarizuoti plokštumoje, statmenoje kritimo kampui.

Brewsterio dėsnio iliustracija.

Tyrėjas pastebėjo, kad lūžęs spindulys yra iš dalies poliarizuotas kritimo plokštumoje. Tokiu atveju ne visa šviesa atsispindi, dalis jos patenka į lūžusį spindulį. Brewster kampas yra kampas, kuriuo atspindėta šviesa visiškai poliarizuotas. Šiuo atveju atsispindėję ir lūžę spinduliai yra statmeni vienas kitam.

Norėdami suprasti šio reiškinio priežastį, turite žinoti:

1. Bet kurioje elektromagnetinėje bangoje elektrinio lauko svyravimai visada yra statmeni jo judėjimo krypčiai.
2. Procesas yra padalintas į du etapus. Pirmajame krintanti banga sužadina dielektriko molekules, antroje atsiranda lūžusios ir atsispindėjusios bangos.

Jei eksperimente naudojamas vienas plastikas iš kvarco ar kito tinkamo mineralo, intensyvumo plokštumos poliarizuota šviesa bus nedidelis (apie 4% viso intensyvumo). Bet jei naudosite krūvą plokščių, galite žymiai padidinti našumą.

Beje! Brewsterio dėsnį taip pat galima išvesti naudojant Fresnelio formules.

Šviesos poliarizacija kristalu

Įprasti dielektrikai yra anizotropiniai ir šviesos charakteristikos, kai ji patenka į juos, daugiausia priklauso nuo kritimo kampo. Kristalų savybės skirtingos, į juos patekus šviesai galima stebėti dvigubos spindulių lūžio efektą.Tai pasireiškia taip: einant pro konstrukciją susidaro du lūžę pluoštai, kurie eina skirtingomis kryptimis, skiriasi ir jų greičiai.

Dažniausiai eksperimentams naudojami vienaašiai kristalai. Juose vienas iš refrakcijos pluoštų paklūsta standartiniams dėsniams ir vadinamas įprastu. Antrasis formuojamas skirtingai, jis vadinamas nepaprastuoju, nes jo lūžio ypatybės neatitinka įprastų kanonų.

Taip diagramoje atrodo dviguba refrakcija.

Jei pasuksite kristalą, įprastas spindulys išliks nepakitęs, o nepaprastasis judės aplink apskritimą. Dažniausiai eksperimentams naudojamas kalcitas arba islandinis špatas, nes jie puikiai tinka tyrimams.

Beje! Jei į aplinką žiūrėsite per kristalą, tada visų objektų kontūrai suskils į dvi dalis.

Remiantis eksperimentais su kristalais Etienne'as Louisas Malusas įstatymą suformulavo 1810 m metai, kai gavo jo vardą. Jis nustatė aiškią tiesiškai poliarizuotos šviesos priklausomybę po to, kai ji praeina per poliarizatorių, pagamintą kristalų pagrindu. Spindulio intensyvumas, praėjęs pro kristalą, mažėja proporcingai kampo, susidariusio tarp įeinančio pluošto poliarizacijos plokštumos ir filtro, kosinuso kvadratui.

Video pamoka: Šviesos poliarizacija, fizika 11 klasė.

Praktinis šviesos poliarizacijos pritaikymas

Nagrinėjamas reiškinys kasdieniame gyvenime naudojamas daug dažniau, nei atrodo. Elektromagnetinių bangų sklidimo dėsnių išmanymas padėjo sukurti įvairią įrangą. Pagrindinės parinktys yra šios:

1. Specialūs fotoaparatams skirti poliarizuojantys filtrai leidžia atsikratyti akinimo fotografuojant.
2. Šio efekto akinius dažnai naudoja vairuotojai, nes jie pašalina atvažiuojančių transporto priemonių priekinių žibintų blizgesį.Dėl to net tolimosios šviesos negali apakinti vairuotojo, o tai pagerina saugumą.
   Akinimo nebuvimas atsiranda dėl poliarizacijos poveikio.
3. Geofizikoje naudojama įranga leidžia tirti debesų masių savybes. Jis taip pat naudojamas tiriant saulės šviesos poliarizacijos ypatybes einant pro debesis.
4. Specialios instaliacijos, fotografuojančios kosminius ūkus poliarizuotoje šviesoje, padeda ištirti ten kylančių magnetinių laukų ypatybes.
5. Inžinerinėje pramonėje naudojamas vadinamasis fotoelastinis metodas. Su juo galite aiškiai nustatyti įtempių parametrus, atsirandančius mazguose ir dalyse.
6. Įranga naudojamas kuriant teatro dekoracijas, taip pat kuriant koncertų dizainą. Kita taikymo sritis – vitrinos ir parodų stendai.
7. Prietaisai, matuojantys cukraus kiekį žmogaus kraujyje. Jie veikia nustatydami poliarizacijos plokštumos sukimosi kampą.
8. Daugelis maisto pramonės įmonių naudoja įrangą, galinčią nustatyti konkretaus tirpalo koncentraciją. Taip pat yra prietaisų, kurie gali kontroliuoti baltymų, cukrų ir organinių rūgščių kiekį naudojant poliarizacijos savybes.
9. 3D kinematografija veikia būtent naudojant straipsnyje aptartą reiškinį.

Beje! Visiems žinomi skystųjų kristalų monitoriai ir televizoriai taip pat veikia poliarizuoto srauto pagrindu.

Žinodami pagrindines poliarizacijos ypatybes, galite paaiškinti daugybę aplinkinių padarinių. Taip pat šis reiškinys plačiai naudojamas mokslo, technologijų, medicinos, fotografijos, kine ir daugelyje kitų sričių.