Mis on valguse polarisatsioon ja selle praktiline rakendamine

Polariseeritud valgus erineb tavavalgusest oma levimise poolest. See avastati üsna kaua aega tagasi ja seda kasutatakse nii füüsilisteks katseteks kui ka igapäevaelus mõningate mõõtmiste tegemiseks. Polarisatsiooni nähtuse mõistmine pole keeruline, see võimaldab mõista mõne seadme tööpõhimõtet ja välja selgitada, miks valgus teatud tingimustel ei levi nagu tavaliselt.

Polariseeriva filtrita ja ilma polarisatsioonifiltriga foto võrdlus, teisel juhul pimestamist peaaegu pole.

Mis on valguse polarisatsioon

Valguse polarisatsioon tõestab, et valgus on põiklaine. See tähendab, et me räägime elektromagnetlainete polarisatsioonist üldiselt ja valgus on üks sortidest, mille omadused alluvad üldreeglitele.

Polarisatsioon on ristlainete omadus, mille võnkevektor on alati risti valguse või millegi muu levimissuunaga. See tähendab, et kui eraldate sama polarisatsioonivektoriga valguskiired, on see polarisatsiooni nähtus.

Kõige sagedamini näeme enda ümber polariseerimata valgust, kuna selle intensiivsuse vektor liigub kõigis võimalikes suundades. Selle polariseerimiseks laseme selle läbi anisotroopse keskkonna, mis lõikab ära kõik vibratsioonid ja jätab ainult ühe.

Tavalise ja polariseeritud valguse võrdlus.

Kes nähtuse avastas ja mida see tõestab

Kõnealust mõistet kasutas esmakordselt kuulus Briti teadlane И. Newton 1706. aastal.. Kuid selle olemust selgitas teine ​​uurija. James Maxwell.. Sel ajal valguslainete olemust ei teatud, kuid erinevate faktide ja erinevate eksperimentide tulemuste kuhjudes ilmnes üha rohkem tõendeid elektromagnetlainete põiksuunalise olemuse kohta.

Esimesena katsetas sellel alal Hollandi maadeavastaja Huygens, 1690. aastal.. Ta lasi valguse läbi Islandi päevakiviplaadi, mille tulemusena avastas tala põiki anisotroopia.

Esimese tõestuse valguse polariseerumisest füüsikas sai prantsuse teadlane Э. Malus. Ta kasutas kahte turmaliini taldrikut ja tuletas lõpuks temanimelise seaduse. Arvukate katsetega tõestati valguslainete põiki olemust, mis aitas selgitada nende olemust ja levimise iseärasusi.

Kust tuleb valguse polarisatsioon ja kuidas seda ise saada

Enamik valgust, mida me näeme, ei ole polariseeritud. päike, kunstlik valgus - erinevates suundades võnkuva vektoriga valgus levib piiranguteta igas suunas.

Polariseeritud valgus ilmub pärast seda, kui see on läbinud anisotroopse keskkonna, millel võivad olla erinevad omadused. See meedium eemaldab enamiku vibratsioonist, jättes alles vaid ühe, mis annab soovitud efekti.

Enamasti toimivad kristallid polarisaatorina. Kui varem kasutati valdavalt looduslikke materjale (nt turmaliin), siis nüüd on palju kunstliku päritoluga variante.

Samuti võib polariseeritud valgust saada mis tahes dielektriku peegeldumise teel. Idee on selles, et kui a valgusvoog kahe meediumi ristumiskohas on see murdunud. Seda on lihtne näha, kui asetate pliiatsi või toru veeklaasi.

Seda põhimõtet kasutatakse polariseerivates mikroskoopides.

Valguse murdumise nähtuse korral on osa kiirtest polariseeritud. Selle mõju ulatus sõltub asukohast valgusallikas ja valguse langemisnurk murdumiskoha suhtes.

Polariseeritud valguse saamise viiside osas kasutatakse olenemata tingimustest ühte kolmest võimalusest:

1. Nicolas prisma.. Nimetatud Šoti maadeavastaja Nicolas Williami järgi, kes leiutas selle aastal 1828. Ta katsetas kaua ja suutis 11 aasta pärast saada valmis seadme, mis on muutumatul kujul kasutusel tänaseni.
2. Peegeldus dielektrikult. Siin on väga oluline leida optimaalne langemisnurk ja arvestada selle astmega murdumisest (Mida suurem on kahe kandja läbilaskvuse erinevus, seda rohkem kiired murduvad).
3. Anisotroopse keskkonna kasutamine. Enamasti valitakse selleks sobivate omadustega kristallid. Kui valgusvoog on suunatud neile, võib väljundis täheldada paralleelset eraldumist.

Valguse polarisatsioon peegelduse ja murdumise teel kahe dielektriku liidesel

Selle optilise nähtuse avastas Šoti füüsik David Brewster 1815. aastal.... Tema tuletatud seadus näitas kahe dielektriku indeksite vahelist seost valguse teatud langemisnurga all. Kui tingimused on valitud, polariseeritakse kahe keskkonna liideselt peegelduvad kiired langemisnurgaga risti olevas tasapinnas.

Brewsteri seaduse illustratsioon.

Teadlane märkis, et murdunud kiir on osaliselt polariseeritud ka langemistasandil. Kogu valgus ei peegeldu, osa sellest läheb murdunud kiirtesse. Brewsteri nurk on nurk, mille all peegeldunud valgus on täielikult polariseeritud.Peegeldunud ja murdunud kiired on üksteisega risti.

Selle nähtuse põhjuse mõistmiseks peame teadma järgmist:

1. Igas elektromagnetlaines on elektrivälja võnked alati selle liikumissuunaga risti.
2. Protsess on jagatud kaheks etapiks. Esimeses põhjustab langev laine dielektriliste molekulide segamist; teises on murdunud ja peegeldunud lained.

Kui kasutate katses ühte kvartsi või muud sobivat mineraaliplaati, intensiivsus tasapinnaliselt polariseeritud valgusest on väike (suurusjärgus 4% koguintensiivsusest). Kuid kui kasutate plaatide virna, saate jõudlust oluliselt suurendada.

Muideks! Brewsteri seadust saab tuletada ka Fresneli valemite abil.

Valguse polarisatsioon kristalli poolt

Tavalised dielektrikud on anisotroopsed ja neile langeva valguse omadused sõltuvad peamiselt langemisnurgast. Kristallidel on erinevad omadused; kui neile langeb valgus, võib täheldada kiirte kahekordse murdumise mõju. See väljendub järgmiselt: konstruktsiooni läbimisel tekib kaks murdunud kiirt, mis lähevad eri suundades, erinevad on ka nende kiirused.

Kõige sagedamini kasutatakse katsetes üheteljelisi kristalle. Üks nendes olevatest murdumiskiirtest järgib standardseid seadusi ja seda nimetatakse tavaliseks. Teine kiir moodustub erinevalt, seda nimetatakse erakorraliseks, kuna selle murdumise iseärasused ei vasta tavalistele kaanonitele.

Nii näeb kahekordne murdumine diagrammil välja.

Kui pöörate kristalli, jääb tavaline kiir muutumatuks, samas kui erakordne kiir liigub ümber ümbermõõdu. Kõige sagedamini kasutatakse katsetes kaltsiiti või Islandi päevakivi, sest need sobivad hästi uurimistööks.

Muideks! Kui vaatate ümbritsevat läbi kristalli, siis kõikide objektide piirjooned hargnevad.

Kristallidega tehtud katsete põhjal. Etienne Louis Malus sõnastas seaduse 1810. aastal aastal 1810, mis on tema järgi nime saanud. Ta tuletas lineaarselt polariseeritud valguse selge seose pärast seda, kui see läbib kristallidest valmistatud polarisaatori. Kiire intensiivsus pärast kristalli läbimist väheneb võrdeliselt sissetuleva kiire polarisatsioonitasandi ja filtri vahel moodustunud nurga koosinuse ruuduga.

Videotund: Valguse polarisatsioon, 11. klass füüsika.

Valguse polarisatsiooni praktilised rakendused

Kõnealust nähtust kasutatakse igapäevaelus palju sagedamini, kui tundub. Elektromagnetlainete levimise seaduste tundmine on aidanud luua erinevaid seadmeid. Peamised valikud on järgmised:

1. Kaameratele mõeldud spetsiaalsed polariseerivad filtrid võimaldavad pildistamisel vabaneda pimestusest.
2. Sellise efektiga prille kasutavad sageli autojuhid, kuna need eemaldavad vastutuleva liikluse esituledest pimestava valguse. Seetõttu ei suuda isegi kaugtuled juhti pimestada, mis suurendab ohutust.
   Pimestuse puudumine on tingitud polarisatsiooniefektist.
3. Geofüüsikas kasutatavad seadmed võimaldavad uurida pilvemasside omadusi. Seda kasutatakse ka päikesevalguse polarisatsiooni iseärasuste uurimiseks pilvede läbimisel.
4. Seal tekkivate magnetväljade iseärasusi aitavad uurida spetsiaalsed installatsioonid, mis pildistavad kosmoseudusid polariseeritud valguses.
5. Masinaehituses kasutatakse nn fotoelastset meetodit. Selle abiga saate selgelt määrata sõlmedes ja osades tekkivate pingete parameetrid.
6. Varustus kasutatakse nii teatridekoratsioonide loomisel kui ka kontserdidekoratsioonidel. Teine kasutusvaldkond on vitriinid ja näitusestendid.
7. Seadmed, mis määravad inimese veresuhkru taset. Need töötavad polarisatsioonitasandi pöördenurga määramisega.
8. Paljud toiduainetööstuse ettevõtted kasutavad seadmeid, mis võimaldavad määrata konkreetse lahuse kontsentratsiooni.Samuti on olemas seadmed, mis suudavad polarisatsiooniomaduste abil jälgida valke, suhkruid ja orgaanilisi happeid.
9. 3D-kinematograafia töötab just nimelt selles artiklis käsitletud nähtuse kasutamise kaudu.

Muideks! Polariseeritud voo alusel töötavad ka tuttavad vedelkristallkuvarid ja telerid.

Polarisatsiooni põhitunnuste tundmine võimaldab meil selgitada paljusid meie ümber esinevaid mõjusid. Seda nähtust kasutatakse laialdaselt ka teaduses, tehnoloogias, meditsiinis, fotograafias, kinematograafias ja paljudes teistes valdkondades.