Mi a fény polarizációja és gyakorlati alkalmazása

A polarizált fény terjedése különbözik a normál fénytől. Elég régen fedezték fel, és mind fizikai kísérletekhez, mind a mindennapi életben bizonyos mérések elvégzéséhez használják. A polarizáció jelenségének megértése nem nehéz, segít megérteni, hogyan működnek egyes eszközök, és miért nem úgy terjed a fény, ahogyan az bizonyos körülmények között normális esetben történik.

Hasonlítsa össze a fényképet polarizációs szűrővel és anélkül, az utóbbi esetben alig van tükröződés.

Mi a fény polarizációja

A fény polarizációja bizonyítja, hogy a fény transzverzális hullám. Vagyis az elektromágneses hullámok polarizációjáról beszélünk általában, és a fény egyike azon fajtáknak, amelyek tulajdonságai általános szabályoknak engedelmeskednek.

A polarizáció azon transzverzális hullámok tulajdonsága, amelyek rezgési vektora mindig merőleges a fény vagy valami más terjedési irányára. Vagyis ha azonos polarizációs vektorral rendelkező fénysugarakat különítünk el, akkor ez lenne a polarizáció jelensége.

Leggyakrabban nem polarizált fényt látunk magunk körül, mivel annak intenzitásvektora minden lehetséges irányba mozog. Ahhoz, hogy polarizált legyen, anizotróp közegen vezetik át, amely minden rezgést elvág, és csak egy rezgést hagy meg.

A közönséges és a polarizált fény összehasonlítása.

Ki fedezte fel a jelenséget és mit bizonyít

A szóban forgó fogalmat először a híres brit tudós használta. И. Newton 1706-ban.. De egy másik kutató volt az, aki megmagyarázta a természetét. James Maxwell.. Abban az időben a fényhullámok természetét még nem ismerték, de ahogy a különböző tények és a különböző kísérletek eredményei halmozódtak, egyre több bizonyíték merült fel az elektromágneses hullámok transzverzális természetére.

Az első, aki ezen a területen kísérletezett, a holland felfedező volt. Huygens, 1690-ben.. Fényt vezetett át egy izlandi gerendából készült lemezen, és ennek eredményeként felfedezte a fénysugár keresztirányú anizotrópiáját.

A fény polarizációjának első fizikai bizonyítékát a francia kutató szerezte meg. Э. Malus. Két turmalinlemezt használt, és végül levezette a róla elnevezett törvényt. Számos kísérletnek köszönhetően bebizonyosodott a fényhullámok transzverzális jellege, ami segített megmagyarázni természetüket és terjedési jellemzőiket.

Honnan származik a fény polarizációja, és hogyan szerezheted meg magadnak?

Az általunk látott fény nagy része nem polarizált. Nap, mesterséges fény - A különböző irányokban oszcilláló vektorral rendelkező fényáram minden irányban korlátlanul terjed.

A polarizált fény egy anizotróp közegen való áthaladás után jelenik meg, amely különböző tulajdonságokkal rendelkezhet. Ez a közeg eltávolítja a legtöbb rezgést, és csak egy marad, ami a kívánt hatást biztosítja.

A leggyakoribb polarizátor a kristályok. Míg régebben főként természetes anyagokat (pl. turmalin) használtak, ma már számos mesterséges anyag létezik.

Polarizált fényt bármilyen dielektrikumról történő visszaverődéssel is elő lehet állítani. Az ötlet az, hogy amikor a fény beesik fényáram a két közeg találkozásánál megtörik. Ez könnyen megállapítható, ha egy ceruzát vagy csövet egy pohár vízbe helyezünk.

Ezt az elvet használják a polarizációs mikroszkópokban.

A fénytörés jelenségében a sugarak egy része polarizálódik. Ennek a hatásnak a mértéke a helyzettől függ fényforrás és a fény beesési szöge a fénytörés helyéhez képest.

Ami a polarizált fény előállításának módszerét illeti, a körülményektől függetlenül három változat közül az egyiket alkalmazzák:

1. Nicolas prizma. Nevét Nicolas William skót felfedező után kapta, aki 1828-ban találta fel. Hosszú ideig kísérletezett, és 11 év után sikerült elkészítenie egy kész készüléket, amelyet a mai napig változatlan formában használnak.
2. Dielektrikumról való visszaverődés. Itt nagyon fontos megtalálni az optimális beesési szöget, és figyelembe venni a fénytörés (Minél nagyobb a különbség a két közeg áteresztőképessége között, annál jobban megtörik a sugárzás).
3. Anizotróp közeg használata. Leggyakrabban megfelelő tulajdonságokkal rendelkező kristályokat választanak ki erre a célra. Ha fényáramot irányítunk rájuk, a kimeneten párhuzamos elválás figyelhető meg.

A fény polarizációja visszaverődés és fénytörés révén két dielektrikum határfelületén

Ezt az optikai jelenséget a skót fizikus fedezte fel. David Brewster 1815-ben.. Az általa levezetett törvény két dielektrikum indexének korrelációját mutatta ki a fény bizonyos beesési szögénél. A feltételek megválasztása esetén a két közeg találkozásáról visszavert sugarak a beesési szögre merőleges síkban polarizálódnak.

A Brewster-törvény illusztrációja.

A kutató megállapította, hogy a visszavert sugár a beesési síkban is részben polarizált. Ez nem veri vissza az összes fényt, egy része a fénytörő sugárba kerül. A Brewster-szempont az a szög, amelynél visszavert fény teljesen polarizált. A visszavert és a megtört sugarak merőlegesek egymásra.

Ahhoz, hogy megértsük ennek a jelenségnek az okát, a következőket kell tudnunk:

1. Minden elektromágneses hullámban az elektromos mező rezgése mindig merőleges a mozgás irányára.
2. A folyamat két szakaszra oszlik. Az elsőben a beeső hullám a dielektromos molekulák zavarát okozza, a másodikban pedig törött és visszavert hullámok keletkeznek.

Ha a kísérletben egyetlen kvarc- vagy más alkalmas ásványi anyagot használunk, az intenzitás síkban polarizált fény kicsi lesz (a teljes intenzitás 4%-ának nagyságrendje). Ha azonban lemezkötegeket használ, jelentős teljesítménynövekedést érhet el.

Egyébként! A Brewster-törvény Fresnel-formulák segítségével is levezethető.

A fény polarizációja egy kristályon keresztül

A normál dielektrikumok anizotrópok, és a rájuk eső fény jellemzői elsősorban a beesési szögtől függenek. A kristályok különböző tulajdonságokkal rendelkeznek, amikor fény éri őket, kettőstörő hatás figyelhető meg. Ez a következőképpen nyilvánul meg: a szerkezeten áthaladva két fénytörő sugár keletkezik, amelyek különböző irányba haladnak, és sebességük is eltérő.

A kísérletek során leggyakrabban egytengelyű kristályokat használnak. Az egyik fénytörési sugár a szabványos törvényeknek engedelmeskedik, és közönségesnek nevezik. A második sugár másképp alakul, rendkívüli sugárnak nevezik, mert a fénytörés sajátosságai nem felelnek meg a szokásos kánonoknak.

Így néz ki a kettős fénytörés az ábrán.

Ha elforgatja a kristályt, a közönséges sugár változatlan marad, a rendkívüli sugár pedig a kerület körül mozog. Kísérletekben leggyakrabban kalcitot vagy izlandi földpátot használnak, mivel ezek jól alkalmazhatók a kutatásban.

Egyébként! Ha egy kristályon keresztül nézed a környezetedet, minden tárgy körvonalai elágazóvá válnak.

Kristályokkal végzett kísérletek alapján Etienne Louis Malus 1810-ben törvényt alkotott. 1810-ben, amelyet róla neveztek el. Levezette a lineárisan polarizált fény egyértelmű függését, miután az áthaladt egy kristályokból készült polarizátoron. A sugár intenzitása a kristályon való áthaladás után a bejövő sugár polarizációs síkja és a szűrő között bezárt szög koszinuszának négyzetével arányosan csökken.

Videólecke: A fény polarizációja, 11. osztályos fizika.

A fény polarizációjának gyakorlati alkalmazásai

A szóban forgó jelenséget sokkal gyakrabban használjuk a mindennapi életben, mint ahogyan az látszik. Az elektromágneses hullámterjedés törvényeinek ismerete segített a különböző berendezések létrehozásában. A főbb lehetőségek a következők:

1. A fényképezőgépekhez való speciális polarizációs szűrők lehetővé teszik, hogy megszabaduljon a tükröződéstől a fényképezés során.
2. Az ilyen hatású szemüvegeket gyakran használják a járművezetők, mivel eltávolítják a szembejövő fényszórók vakító fényét. Ennek eredményeképpen még a távolsági fény sem vakíthatja a vezetőt, ami növeli a biztonságot.
   A tükröződés hiánya a polarizációs hatásnak köszönhető.
3. A geofizikában használt berendezések lehetővé teszik a felhőtömegek tulajdonságainak vizsgálatát. A felhőkön áthaladó napfény polarizációs mintázatának tanulmányozására is használják.
4. A kozmikus ködök polarizált fényben történő felvételeit készítő speciális berendezések segítenek az ott keletkező mágneses mezők sajátosságainak tanulmányozásában.
5. A gépészetben az úgynevezett fotoelasztikus módszert alkalmazzák. Segítségével egyértelműen azonosíthatók az alkatrészekben és szerelvényekben fellépő feszültségek.
6. A berendezés használják színházi produkciókban, valamint koncertdíszletekben. Egy másik alkalmazási terület a vitrinek és a kiállítási standok.
7. Készülékek, amelyek meghatározzák egy személy vércukorszintjét. Működésük a polarizációs sík elfordulási szögének meghatározásával történik.
8. Az élelmiszeripar számos vállalkozása használ olyan berendezéseket, amelyek képesek meghatározni valamilyen oldat koncentrációját. Vannak olyan eszközök is, amelyek a polarizációs tulajdonságok alkalmazásával képesek a fehérjék, cukrok és szerves savak monitorozására.
9. A 3D filmművészet pontosan az ebben a cikkben tárgyalt jelenség felhasználásával működik.

Egyébként! Az ismert folyadékkristályos monitorok és televíziókészülékek is polarizált fényáram alapján működnek.

A polarizáció alapvető jellemzőinek ismerete segít megmagyarázni számos, a világon mindenütt tapasztalható hatást. A tudomány, a technológia, az orvostudomány, a fotózás, a filmművészet és számos más területen is széles körben használt jelenség.