Hvad er lyspolarisering og dens praktiske anvendelse

Polariseret lys adskiller sig fra almindeligt lys i sin udbredelse. Det blev opdaget for lang tid siden og bruges både til fysiske eksperimenter og i hverdagen til at foretage nogle målinger. Det er ikke svært at forstå polariseringsfænomenet, men det hjælper os til at forstå, hvordan nogle apparater fungerer, og hvorfor lys ikke breder sig som normalt under visse betingelser.

Sammenlign billedet med og uden polarisationsfilter, i sidstnævnte tilfælde er der næsten ingen blænding.

Hvad er lysets polarisering?

Lysets polarisering beviser, at lyset er en tværgående bølge. Det vil sige, at vi taler om polarisering af elektromagnetiske bølger generelt, og lys er en af de varianter, hvis egenskaber adlyder generelle regler.

Polarisation er en egenskab ved tværgående bølger, hvis svingningsvektor altid er vinkelret på lysets eller noget andet lysets udbredelsesretning. Det vil sige, at hvis man isolerer lysstråler med den samme polarisationsvektor, er det fænomenet polarisering.

Oftest ser vi ikke-polariseret lys omkring os, da det har en intensitetsvektor, der bevæger sig i alle mulige retninger. For at gøre den polariseret passerer den gennem et anisotropisk medium, som afskærer alle vibrationer og kun efterlader en enkelt.

En sammenligning af almindeligt og polariseret lys.

Hvem opdagede fænomenet, og hvad det beviser

Det pågældende begreb blev først brugt af den berømte britiske videnskabsmand И. Newton i 1706.. Men det var en anden forsker, der forklarede dens natur. James Maxwell.. På det tidspunkt kendte man ikke lysbølgernes natur, men efterhånden som forskellige fakta og resultaterne af forskellige eksperimenter blev akkumuleret, kom der flere og flere beviser for de elektromagnetiske bølgers tværgående natur frem.

Den første, der eksperimenterede på dette område, var den hollandske opdagelsesrejsende Huygens, i 1690.. Han lod lys passere gennem en plade af islandsk feldspat og opdagede derved strålens tværgående anisotropi.

Det første bevis for lysets polarisering i fysikken blev opnået af den franske forsker Э. Malus. Han brugte to plader af turmalin og udledte i sidste ende den lov, der er opkaldt efter ham. Takket være talrige eksperimenter blev lysbølgernes tværgående karakter bevist, hvilket bidrog til at forklare deres natur og udbredelseskarakteristika.

Hvor kommer lysets polarisering fra, og hvordan du selv kan få den

Det meste af det lys, vi ser, er ikke polariseret. søn, kunstigt lys - En lysstrøm med en vektor, der svinger i forskellige retninger, breder sig i alle retninger uden nogen begrænsning.

Polariseret lys fremkommer, når det har passeret gennem et anisotropisk medium, som kan have forskellige egenskaber. Dette medium fjerner de fleste vibrationer, så der kun er én tilbage, som giver den ønskede effekt.

Den mest almindelige polarisator er krystaller. Mens der tidligere hovedsagelig blev anvendt naturlige materialer (f.eks. turmalin), findes der nu mange menneskeskabte muligheder.

Polariseret lys kan også frembringes ved refleksion fra et hvilket som helst dielektrikum. Ideen er, at når lyset rammer lysstrøm ved krydset mellem de to medier, brydes den. Det kan let ses ved at lægge en blyant eller et rør i et glas vand.

Dette princip anvendes i polarisationsmikroskoper.

Ved lysbrydning er en del af strålerne polariseret. Omfanget af denne effekt afhænger af placeringen lyskilde og lysets indfaldsvinkel i forhold til brydningsstedet.

Hvad angår metoden til fremstilling af polariseret lys, anvendes en af tre varianter, uanset forholdene:

1. Nicolas prisme. Opkaldt efter den skotske opdagelsesrejsende Nicolas William, som opfandt den i 1828. Han eksperimenterede i lang tid og efter 11 år kunne han fremstille et færdigt apparat, som stadig bruges uændret i dag.
2. Refleksion fra et dielektrikum. Her er det meget vigtigt at finde den optimale indfaldsvinkel og at tage hensyn til graden af af brydning (Jo større forskellen i transmittans mellem de to medier er, jo mere brydes strålerne).
3. Brug af et anisotropisk medium. Krystaller med egnede egenskaber udvælges oftest til dette formål. Hvis lysstrømmen rettes mod dem, kan man se en parallel adskillelse ved udgangen.

Polarisation af lys ved refleksion og brydning ved grænsefladen mellem to dielektriske stoffer

Dette optiske fænomen blev opdaget af den skotske fysiker af David Brewster i 1815.. Den lov, han udledte, viste sammenhængen mellem indeksene for to dielektriske stoffer ved en bestemt indfaldsvinkel for lys. Hvis disse betingelser er opfyldt, vil de stråler, der reflekteres fra de to mediers krydsningspunkt, være polariseret i det plan, der er vinkelret på indfaldsvinklen.

En illustration af Brewsters lov.

Forskeren bemærkede, at den brækkede stråle også er delvist polariseret i det indfaldende plan. Dette reflekterer ikke alt lyset, noget af det slipper ud i den brækkede stråle. Brewster-vinklen er den vinkel, hvor reflekteret lys er fuldt polariseret. De reflekterede og brækkede stråler er vinkelrette på hinanden.

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

1. I enhver elektromagnetisk bølge er det elektriske felts vibrationer altid vinkelret på bevægelsesretningen.
2. Processen er opdelt i to faser. I det første tilfælde forårsager den indfaldende bølge en forstyrrelse af de dielektriske molekyler, og i det andet tilfælde er der refrakterede og reflekterede bølger.

Hvis vi i forsøget anvender en enkelt plade af kvarts eller et andet egnet mineral, intensiteten af plan polariseret lys vil være lille (i størrelsesordenen 4 % af den samlede intensitet). Men hvis du bruger en stak af plader, kan du opnå en betydelig forøgelse af ydeevnen.

Forresten! Brewsters lov kan også udledes ved hjælp af Fresnel-formler.

Polarisation af lys ved en krystal

Normale dielektriske stoffer er anisotrope, og de egenskaber, som lys, der rammer dem, afhænger hovedsagelig af indfaldsvinklen. Krystaller har forskellige egenskaber, og når lys rammer dem, kan man observere en dobbeltbåndseffekt. Dette viser sig på følgende måde: Der dannes to brydningsstråler, når de passerer gennem strukturen; de går i forskellige retninger og har også forskellige hastigheder.

Enkelt-akse krystaller anvendes oftest i eksperimenter. En af brydningsstrålerne adlyder standardlovene og kaldes almindelig. Den anden stråle dannes på en anden måde, den kaldes ekstraordinær, fordi dens særlige brydningsegenskaber ikke svarer til de sædvanlige kanoner.

Sådan ser dobbeltbrydning ud i diagrammet.

Hvis du roterer krystallen, forbliver den almindelige stråle uændret, mens den ekstraordinære stråle bevæger sig rundt i omkredsen. Calcit eller islandsk feldspat anvendes oftest i eksperimenter, da de er velegnede til forskning.

Forresten! Hvis du ser på dine omgivelser gennem en krystal, vil konturerne af alle objekter dele sig i to dele.

Baseret på eksperimenter med krystaller Etienne Louis Malus formulerede en lov i 1810 i 1810, som er opkaldt efter ham. Han udledte en klar afhængighed af lineært polariseret lys, efter at det har passeret gennem en polarisator fremstillet af krystaller. Strålens intensitet efter at have passeret krystallen falder i forhold til kvadratet på cosinus af vinklen mellem den indkommende stråles polarisationsplan og filteret.

Videolektion: Lysets polarisering, 11. klasse fysik.

Praktiske anvendelser af lysets polarisering

Det pågældende fænomen anvendes i hverdagen langt oftere, end det ser ud til. Viden om lovene for elektromagnetisk bølgeudbredelse har hjulpet til at skabe forskelligt udstyr. De vigtigste muligheder er som følger:

1. Med specielle polariseringsfiltre til kameraer kan du fjerne blænding, når du tager billeder.
2. Briller med denne effekt bruges ofte af bilister, da de fjerner blænding fra modkørende forlygter. Derfor kan selv fjernlyset ikke blænde føreren, hvilket øger sikkerheden.
   At der ikke er blænding skyldes polarisationseffekten.
3. Det udstyr, der anvendes inden for geofysik, gør det muligt at undersøge egenskaberne ved skymasser. Den bruges også til at undersøge sollysets polarisationsmønstre, når det passerer gennem skyer.
4. Særligt udstyr, der tager billeder af kosmiske tåger i polariseret lys, hjælper med at undersøge de særlige træk ved de magnetfelter, der opstår der.
5. Inden for maskinteknik anvendes den såkaldte fotoelastiske metode. Den kan bruges til at identificere de spændinger, der forekommer i komponenter og samlinger.
6. Udstyret anvendes i teaterproduktioner samt i koncertudsmykninger. En anden anvendelse er i vitrineskabe og udstillingsstande.
7. Apparater, der bestemmer sukkerniveauet i en persons blod. De fungerer ved at bestemme polarisationsfladens rotationsvinkel.
8. Mange virksomheder i fødevareindustrien bruger udstyr til at bestemme koncentrationen af en eller anden opløsning. Der findes også apparater, der kan overvåge proteiner, sukkerstoffer og organiske syrer ved hjælp af polariseringsegenskaber.
9. 3D-kinematografi fungerer netop ved hjælp af det fænomen, der er beskrevet i denne artikel.

I øvrigt! De velkendte flydende krystalskærme og tv-apparater fungerer også på grundlag af polariseret flux.

Kendskab til de grundlæggende egenskaber ved polarisering er med til at forklare mange af de effekter, der findes rundt om i verden. Det er også et fænomen, der er meget udbredt inden for videnskab, teknologi, medicin, fotografering, film og mange andre områder.