Mikä on valopolarisaatio ja sen käytännön sovellus

Polarisoitu valo eroaa tavallisesta valosta jakautumisellaan. Se löydettiin kauan sitten ja sitä käytetään sekä fyysisiin kokeisiin että jokapäiväisessä elämässä joidenkin mittausten suorittamiseen. Polarisaatioilmiön ymmärtäminen ei ole vaikeaa, tämän avulla voit ymmärtää joidenkin laitteiden toimintaperiaatteen ja selvittää, miksi valo ei tietyissä olosuhteissa leviä normaalisti.

Valokuvien vertailu ilman polarisoivaa suodatinta ja sen kanssa, toisessa tapauksessa häikäisyä ei juuri ole.

Mikä on valon polarisaatio

Valon polarisaatio osoittaa, että valo on poikittaisaalto. Eli puhumme sähkömagneettisten aaltojen polarisaatiosta yleensä, ja valo on yksi niistä lajikkeista, joiden ominaisuudet ovat yleisten sääntöjen alaisia.

Polarisaatio on poikittaisten aaltojen ominaisuus, joiden värähtelyvektori on aina kohtisuorassa valon tai jonkin muun etenemissuuntaan nähden.Eli jos valitset valonsäteistä, joilla on sama vektorin polarisaatio, tämä on polarisaation ilmiö.

Useimmiten näemme ympärillämme polaroimatonta valoa, koska sen intensiteettivektori liikkuu kaikkiin mahdollisiin suuntiin. Polarisoimiseksi se johdetaan anisotrooppisen väliaineen läpi, joka katkaisee kaikki värähtelyt ja jättää vain yhden.

Tavallisen ja polarisoidun valon vertailu.

Kuka havaitsi ilmiön ja mitä se todistaa

Kuuluisa brittitieteilijä käytti tarkasteltavana olevaa käsitettä ensimmäistä kertaa historiassa I. Newton vuonna 1706. Mutta toinen tutkija selitti sen luonteen - James Maxwell. Sitten valoaaltojen luonnetta ei tiedetty, mutta erilaisten tosiseikkojen ja erilaisten kokeiden tulosten kertymisen myötä ilmestyi yhä enemmän todisteita sähkömagneettisten aaltojen poikittaisuudesta.

Ensimmäinen, joka teki tällä alalla kokeita, oli hollantilainen tutkija Huygens, tämä tapahtui vuonna 1690. Hän kuljetti valoa islannin kielen levyn läpi, minkä seurauksena hän havaitsi säteen poikittaisen anisotropian.

Ranskalainen tutkija sai ensimmäisen todisteen valon polarisaatiosta fysiikassa E. Malus. Hän käytti kahta turmaliinilevyä ja lopulta keksi hänen mukaansa nimetyn lain. Lukuisten kokeiden ansiosta valoaaltojen poikittaissuuntaisuus todistettiin, mikä auttoi selittämään niiden luonnetta ja etenemisominaisuuksia.

Mistä valon polarisaatio tulee ja miten saada se itse

Suurin osa näkemästämme valosta ei ole polarisoitunutta. Aurinko, keinotekoinen valaistus - valovirta, jonka vektori värähtelee eri suuntiin, leviää kaikkiin suuntiin ilman rajoituksia.

Polarisoitunut valo ilmestyy sen jälkeen, kun se on kulkenut anisotrooppisen väliaineen läpi, jolla voi olla erilaisia ​​ominaisuuksia. Tämä ympäristö poistaa suurimman osan vaihteluista jättäen ainoan asian, joka tuottaa halutun vaikutuksen.

Useimmiten kiteet toimivat polarisaattorina. Jos aiemmin käytettiin pääasiassa luonnollisia materiaaleja (esimerkiksi turmaliinia), nyt keinotekoiselle alkuperälle on monia vaihtoehtoja.

Polarisoitua valoa voidaan myös saada heijastamalla mistä tahansa dielektristä. Tärkeintä on, että milloin valovirta se taittuu kahden väliaineen risteyksessä. Tämä on helppo nähdä asettamalla kynä tai putki vesilasiin.

Tätä periaatetta käytetään polarisaatiomikroskoopeissa.

Valon taittumisilmiön aikana osa säteistä polarisoituu. Tämän vaikutuksen ilmenemisaste riippuu sijainnista valonlähde ja sen tulokulma suhteessa taitepisteeseen.

Mitä tulee menetelmiin polarisoidun valon saamiseksi, yhtä kolmesta vaihtoehdosta käytetään olosuhteista riippumatta:

1. Prisma Nicolas. Se on nimetty skotlantilaisen tutkimusmatkailijan Nicolas Williamin mukaan, joka keksi sen vuonna 1828. Hän suoritti kokeita pitkään ja 11 vuoden kuluttua pystyi saamaan valmiin laitteen, jota käytetään edelleen muuttumattomana.
2. Heijastus dielektristä. Tässä on erittäin tärkeää valita optimaalinen tulokulma ja ottaa huomioon aste taittuminen (mitä suurempi ero näiden kahden väliaineen valonläpäisyssä on, sitä enemmän säteet taittuvat).
3. Käyttämällä anisotrooppista ympäristöä. Useimmiten tähän valitaan kiteitä, joilla on sopivat ominaisuudet. Jos suuntaat valovirran niihin, voit havaita sen yhdensuuntaisen erotuksen lähdössä.

Valon polarisaatio heijastuessaan ja taittuminen kahden eristeen rajapinnassa

Tämän optisen ilmiön löysi skotlantilainen fyysikko David Brewster vuonna 1815. Hänen johtamansa laki osoitti kahden eristeen indikaattorien välisen suhteen tietyssä valon tulokulmassa. Jos valitsemme ehdot, kahden väliaineen rajapinnalta heijastuneet säteet polarisoituvat tasossa, joka on kohtisuorassa tulokulmaan nähden.

Esimerkki Brewsterin laista.

Tutkija totesi, että taittunut säde on osittain polarisoitunut tulotasossa. Tässä tapauksessa kaikki valo ei heijastu, osa siitä menee taittuneeseen säteeseen. Brewster-kulma on kulma, jossa heijastunut valo täysin polarisoitunut. Tässä tapauksessa heijastuneet ja taittuneet säteet ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden.

Ymmärtääksesi tämän ilmiön syyn sinun on tiedettävä seuraavat asiat:

1. Missä tahansa sähkömagneettisessa aallossa sähkökentän värähtelyt ovat aina kohtisuorassa sen liikesuuntaan nähden.
2. Prosessi on jaettu kahteen vaiheeseen. Ensimmäisessä tapauksessa tuleva aalto saa eristeen molekyylit virittymään, toisessa ilmaantuvat taittuneet ja heijastuneet aallot.

Jos kokeessa käytetään yhtä kvartsimuovia tai muuta sopivaa mineraalia, intensiteetti tasopolarisoitu valo on pieni (noin 4 % kokonaisintensiteetistä). Mutta jos käytät levypinoa, voit parantaa suorituskykyä merkittävästi.

Muuten! Brewsterin laki voidaan johtaa myös Fresnelin kaavoilla.

Valon polarisaatio kristallin vaikutuksesta

Tavalliset eristeet ovat anisotrooppisia ja valon ominaisuudet niihin osuessaan riippuvat pääasiassa tulokulmasta. Kiteiden ominaisuudet ovat erilaiset, kun valo osuu niihin, voit havaita säteiden kaksinkertaisen taittumisen.Tämä ilmenee seuraavasti: rakenteen läpi kulkiessaan muodostuu kaksi taittunutta sädettä, jotka kulkevat eri suuntiin, myös niiden nopeudet vaihtelevat.

Useimmiten kokeissa käytetään yksiaksiaalisia kiteitä. Niissä yksi taittosäteistä noudattaa vakiolakeja ja sitä kutsutaan tavalliseksi. Toinen on muodostettu eri tavalla, sitä kutsutaan poikkeukselliseksi, koska sen taittumisen ominaisuudet eivät vastaa tavallisia kaanoneja.

Tältä kaksoistaittuminen näyttää kaaviossa.

Jos käännät kristallia, tavallinen säde pysyy muuttumattomana ja poikkeuksellinen säde liikkuu ympyrän ympäri. Useimmiten kokeissa käytetään kalsiittia tai islantilaista sparraa, koska ne sopivat hyvin tutkimukseen.

Muuten! Jos katsot ympäristöä kristallin läpi, kaikkien esineiden ääriviivat jakautuvat kahtia.

Perustuu kiteillä tehtyihin kokeisiin Étienne Louis Malus muotoili lain vuonna 1810 vuosi, jolloin hänen nimensä on saanut. Hän päätteli lineaarisesti polarisoidun valon selkeän riippuvuuden sen kulkiessa kiteiden pohjalta tehdyn polarisaattorin läpi. Säteen intensiteetti kiteen läpi kulkemisen jälkeen pienenee suhteessa tulevan säteen polarisaatiotason ja suodattimen välille muodostuneen kulman kosinin neliöön.

Videotunti: Valon polarisaatio, fysiikka luokka 11.

Valon polarisaation käytännön sovellus

Tarkasteltavaa ilmiötä käytetään jokapäiväisessä elämässä paljon useammin kuin miltä näyttää. Sähkömagneettisten aaltojen leviämislakien tuntemus auttoi erilaisten laitteiden luomisessa. Päävaihtoehdot ovat:

1. Kameroiden erityisillä polarisoivilla suodattimilla voit päästä eroon häikäisystä kuvia otettaessa.
2. Kuljettajat käyttävät usein tällä vaikutuksella varustettuja laseja, koska ne poistavat häikäisyä vastaantulevien ajoneuvojen ajovaloista.Tämän seurauksena edes kaukovalot eivät voi häikäistä kuljettajaa, mikä parantaa turvallisuutta.
   Häikäisyn puuttuminen johtuu polarisaation vaikutuksesta.
3. Geofysiikassa käytetyt laitteet mahdollistavat pilvimassojen ominaisuuksien tutkimisen. Sitä käytetään myös auringonvalon polarisaation piirteiden tutkimiseen pilvien läpi kulkiessa.
4. Erikoisinstallaatiot, jotka kuvaavat kosmisia sumuja polarisoidussa valossa, auttavat tutkimaan siellä syntyvien magneettikenttien ominaisuuksia.
5. Konepajateollisuudessa käytetään ns. fotoelastista menetelmää. Sen avulla voit määrittää selkeästi solmuissa ja osissa esiintyvät jännitysparametrit.
6. Laitteet käytetty teatterimaisemia luotaessa sekä konserttisuunnittelussa. Toinen käyttöalue on vitriinit ja messuosastot.
7. Laitteet, jotka mittaavat ihmisen veren sokeritason. Ne toimivat määrittämällä polarisaatiotason pyörimiskulman.
8. Monet elintarvikealan yritykset käyttävät laitteita, joilla voidaan määrittää tietyn liuoksen pitoisuus. On myös laitteita, jotka voivat ohjata proteiinien, sokereiden ja orgaanisten happojen pitoisuutta polarisaatioominaisuuksien avulla.
9. 3D-elokuvaus toimii juuri artikkelissa käsiteltyä ilmiötä hyödyntäen.

Muuten! Kaikille tuttu nestekidemonitorit ja -televisiot toimivat myös polarisoidun virran perusteella.

Polarisoinnin perusominaisuuksien tunteminen antaa sinun selittää monia ympärillä esiintyviä vaikutuksia. Tätä ilmiötä käytetään myös laajasti tieteessä, tekniikassa, lääketieteessä, valokuvauksessa, elokuvassa ja monilla muilla aloilla.