Što je polarizacija svjetlosti i njezina praktična primjena

Polarizirano svjetlo razlikuje se od standardnog svjetla po svojoj distribuciji. Otkriven je davno i koristi se kako za fizikalne eksperimente tako i u svakodnevnom životu za obavljanje nekih mjerenja. Razumijevanje fenomena polarizacije nije teško, to će vam omogućiti da shvatite princip rada nekih uređaja i saznate zašto se, pod određenim uvjetima, svjetlost ne širi kao i obično.

Usporedba fotografija bez polarizacijskog filtera i s njim, u drugom slučaju gotovo da nema odsjaja.

Što je polarizacija svjetlosti

Polarizacija svjetlosti dokazuje da je svjetlost poprečni val. Odnosno, govorimo o polarizaciji elektromagnetskih valova općenito, a svjetlost je jedna od sorti, čija svojstva podliježu općim pravilima.

Polarizacija je svojstvo poprečnih valova čiji je vektor titranja uvijek okomit na smjer širenja svjetlosti ili nečeg drugog.To jest, ako odaberete svjetlosne zrake s istom polarizacijom vektora, onda će to biti fenomen polarizacije.

Najčešće oko sebe vidimo nepolarizirano svjetlo, budući da se njegov vektor intenziteta kreće u svim mogućim smjerovima. Kako bi bio polariziran, propušta se kroz anizotropni medij, koji prekida sve oscilacije i ostavlja samo jednu.

Usporedba obične i polarizirane svjetlosti.

Tko je otkrio fenomen i što on dokazuje

Koncept koji se razmatra prvi je put u povijesti upotrijebio poznati britanski znanstvenik I. Newton 1706. godine. Ali drugi istraživač je objasnio njegovu prirodu - James Maxwell. Tada se nije znala priroda svjetlosnih valova, ali s gomilanjem raznih činjenica i rezultata raznih eksperimenata, sve više dokaza o transverzalnosti elektromagnetskih valova.

Prvi koji je provodio eksperimente na ovom području bio je nizozemski istraživač Huygens, to se dogodilo 1690. godine. Propustio je svjetlost kroz ploču islandskog šparta, uslijed čega je otkrio poprečnu anizotropiju snopa.

Prvi dokaz polarizacije svjetlosti u fizici dobio je francuski istraživač E. Malus. Koristio je dvije ploče turmalina i na kraju je smislio zakon nazvan po njemu. Zahvaljujući brojnim pokusima dokazana je poprečnost svjetlosnih valova, što je pomoglo objasniti njihovu prirodu i značajke širenja.

Odakle dolazi polarizacija svjetlosti i kako je sami dobiti

Većina svjetlosti koju vidimo nije polarizirana. Sunce, umjetna rasvjeta - svjetlosni tok s vektorom koji oscilira u različitim smjerovima, širi se u svim smjerovima bez ikakvih ograničenja.

Polarizirana svjetlost se pojavljuje nakon što prođe kroz anizotropni medij, koji može imati različita svojstva. Ovo okruženje uklanja većinu fluktuacija, ostavljajući jedino što daje željeni učinak.

Najčešće, kristali djeluju kao polarizator. Ako su se prije koristili uglavnom prirodni materijali (na primjer, turmalin), sada postoji mnogo opcija za umjetno podrijetlo.

Također, polarizirana svjetlost može se dobiti refleksijom od bilo kojeg dielektrika. Suština je da kada svjetlosni tok lomi se na spoju dva medija. To je lako vidjeti stavljanjem olovke ili tube u čašu vode.

Ovaj princip se koristi u polarizacijskim mikroskopima.

Tijekom fenomena loma svjetlosti dio zraka je polariziran. Stupanj manifestacije ovog učinka ovisi o mjestu izvor svjetlosti i kut njegovog upada u odnosu na točku loma.

Što se tiče metoda za dobivanje polarizirane svjetlosti, koristi se jedna od tri opcije bez obzira na uvjete:

1. Prizma Nicolas. Ime je dobio po škotskom istraživaču Nicolasu Williamu koji ga je izumio 1828. Dugo je provodio eksperimente i nakon 11 godina uspio je dobiti gotov uređaj, koji se i dalje koristi nepromijenjen.
2. Refleksija od dielektrika. Ovdje je vrlo važno odabrati optimalni kut upada i uzeti u obzir stupanj lom (što je veća razlika u prijenosu svjetlosti dvaju medija, to se zrake više lome).
3. Korištenje anizotropnog okruženja. Najčešće se za to odabiru kristali prikladnih svojstava. Ako na njih usmjerite svjetlosni tok, možete promatrati njegovo paralelno razdvajanje na izlazu.

Polarizacija svjetlosti pri refleksiji i lomu na granici dva dielektrika

Ovaj optički fenomen otkrio je fizičar iz Škotske David Brewster 1815. Zakon koji je izveo pokazao je odnos između indikatora dvaju dielektrika pod određenim kutom upada svjetlosti. Ako odaberemo uvjete, tada će zrake reflektirane od sučelja dvaju medija biti polarizirane u ravnini okomitoj na upadni kut.

Ilustracija Brewsterovog zakona.

Istraživač je primijetio da je lomljeni snop djelomično polariziran u ravnini upada. U ovom slučaju, ne reflektira se sva svjetlost, dio ide u refraktirani snop. Brewsterov kut je kut pod kojim reflektirano svjetlo potpuno polarizirana. U ovom slučaju reflektirane i lomljene zrake su okomite jedna na drugu.

Da biste razumjeli razlog ove pojave, morate znati sljedeće:

1. U svakom elektromagnetskom valu oscilacije električnog polja uvijek su okomite na smjer njegova kretanja.
2. Proces je podijeljen u dvije faze. U prvom, upadni val uzrokuje pobuđivanje molekula dielektrika, u drugom se pojavljuju lomljeni i reflektirani valovi.

Ako se u pokusu koristi jedna plastika od kvarca ili drugog prikladnog minerala, intenzitet ravninsko polarizirano svjetlo bit će mali (oko 4% ukupnog intenziteta). Ali ako koristite hrpu ploča, možete postići značajno povećanje performansi.

Usput! Brewsterov zakon se također može izvesti pomoću Fresnelovih formula.

Polarizacija svjetlosti kristalom

Obični dielektrici su anizotropni i karakteristike svjetlosti kada ih udari ovise uglavnom o kutu upada. Svojstva kristala su različita, kada svjetlost udari u njih, možete promatrati učinak dvostrukog loma zraka.To se očituje na sljedeći način: pri prolasku kroz strukturu nastaju dvije lomljene zrake, koje idu u različitim smjerovima, njihove se brzine također razlikuju.

Najčešće se u eksperimentima koriste jednoosni kristali. U njima se jedna od refrakcijskih zraka pokorava standardnim zakonima i naziva se običnim. Drugi se formira drugačije, naziva se izvanrednim, budući da značajke njegovog loma ne odgovaraju uobičajenim kanonima.

Ovako izgleda dvostruki lom na dijagramu.

Ako zakrenete kristal, tada će obična zraka ostati nepromijenjena, a izvanredna će se kretati po krugu. Najčešće se u pokusima koriste kalcit ili islandski špart, jer su vrlo prikladni za istraživanje.

Usput! Ako pogledate okolinu kroz kristal, tada će se obrisi svih objekata podijeliti na dva dijela.

Na temelju pokusa s kristalima Étienne Louis Malus formulirao je zakon 1810. godine godine u kojoj je dobio njegovo ime. Zaključio je jasnu ovisnost linearno polarizirane svjetlosti nakon njenog prolaska kroz polarizator napravljen na bazi kristala. Intenzitet snopa nakon prolaska kroz kristal opada proporcionalno kvadratu kosinusa kuta formiranog između ravnine polarizacije dolaznog snopa i filtra.

Video lekcija: Polarizacija svjetlosti, fizika 11. razred.

Praktična primjena polarizacije svjetlosti

Fenomen koji se razmatra koristi se u svakodnevnom životu mnogo češće nego što se čini. Poznavanje zakona širenja elektromagnetskih valova pomoglo je u stvaranju različite opreme. Glavne opcije su:

1. Posebni polarizacijski filteri za kamere omogućuju vam da se riješite odsjaja prilikom snimanja fotografija.
2. Naočale s ovim efektom često koriste vozači, jer uklanjaju odsjaj s farova nadolazećih vozila.Kao rezultat toga, čak ni duga svjetla ne mogu zaslijepiti vozača, što poboljšava sigurnost.
   Odsutnost odsjaja posljedica je učinka polarizacije.
3. Oprema koja se koristi u geofizici omogućuje proučavanje svojstava oblačnih masa. Također se koristi za proučavanje značajki polarizacije sunčeve svjetlosti pri prolasku kroz oblake.
4. Posebne instalacije koje fotografiraju kozmičke maglice u polariziranom svjetlu pomažu u proučavanju značajki magnetskih polja koja tamo nastaju.
5. U inženjerskoj industriji koristi se tzv. fotoelastična metoda. Pomoću njega možete jasno odrediti parametre naprezanja koji se javljaju u čvorovima i dijelovima.
6. Oprema korišteni pri stvaranju kazališne kulise, kao i u dizajnu koncerata. Drugo područje primjene su vitrine i izložbeni štandovi.
7. Uređaji koji mjere razinu šećera u krvi osobe. Djeluju tako da određuju kut rotacije ravnine polarizacije.
8. Mnoga poduzeća prehrambene industrije koriste opremu koja može odrediti koncentraciju određene otopine. Postoje i uređaji koji mogu kontrolirati sadržaj proteina, šećera i organskih kiselina korištenjem svojstava polarizacije.
9. 3D kinematografija djeluje upravo kroz korištenje fenomena koji se razmatra u članku.

Usput! Svima poznati monitori i televizori s tekućim kristalima također rade na bazi polariziranog toka.

Poznavanje osnovnih značajki polarizacije omogućuje vam da objasnite mnoge učinke koji se događaju uokolo. Također, ovaj fenomen ima široku primjenu u znanosti, tehnologiji, medicini, fotografiji, kinu i mnogim drugim poljima.