Wat is lichtpolarisatie en de praktische toepassing ervan?

Gepolariseerd licht verschilt van standaard licht in zijn distributie. Het werd lang geleden ontdekt en wordt zowel voor fysieke experimenten als in het dagelijks leven gebruikt om enkele metingen uit te voeren. Het fenomeen polarisatie begrijpen is niet moeilijk, hierdoor kunt u het werkingsprincipe van sommige apparaten begrijpen en ontdekken waarom licht zich onder bepaalde omstandigheden niet zoals gewoonlijk voortplant.

Vergelijking van foto's zonder polarisatiefilter en daarmee is er in het tweede geval bijna geen verblinding.

Wat is lichtpolarisatie?

De polarisatie van licht bewijst dat licht een transversale golf is. Dat wil zeggen, we hebben het over de polarisatie van elektromagnetische golven in het algemeen, en licht is een van de varianten waarvan de eigenschappen onderhevig zijn aan algemene regels.

Polarisatie is een eigenschap van transversale golven, waarvan de oscillatievector altijd loodrecht staat op de voortplantingsrichting van licht of iets anders.Dat wil zeggen, als je selecteert uit de lichtstralen met dezelfde polarisatie van de vector, dan zal dit het fenomeen polarisatie zijn.

Meestal zien we ongepolariseerd licht om ons heen, omdat de intensiteitsvector in alle mogelijke richtingen beweegt. Om het gepolariseerd te maken, wordt het door een anisotroop medium geleid, dat alle oscillaties afsnijdt en er slechts één overlaat.

Vergelijking van gewoon en gepolariseerd licht.

Wie heeft het fenomeen ontdekt en wat bewijst het?

Het concept in kwestie werd voor het eerst in de geschiedenis gebruikt door een beroemde Britse wetenschapper I. Newton in 1706. Maar een andere onderzoeker legde de aard uit - James Maxwell. Toen was de aard van lichtgolven niet bekend, maar met de opeenstapeling van verschillende feiten en de resultaten van verschillende experimenten, verschenen er steeds meer bewijzen van de dwarsheid van elektromagnetische golven.

De eerste die experimenten op dit gebied uitvoerde, was een Nederlandse onderzoeker Huygens, dit gebeurde in 1690. Hij liet licht door een plaat van IJslands rondhout vallen, waardoor hij de transversale anisotropie van de bundel ontdekte.

Het eerste bewijs van de polarisatie van licht in de natuurkunde werd verkregen door een Franse onderzoeker E. Malus. Hij gebruikte twee platen toermalijn en bedacht uiteindelijk een wet naar hem vernoemd. Dankzij talrijke experimenten werd de transversiteit van lichtgolven bewezen, wat hielp om hun aard en voortplantingskenmerken te verklaren.

Waar komt de polarisatie van licht vandaan en hoe kom je er zelf aan

Het meeste licht dat we zien is niet gepolariseerd. Zon, kunstmatige verlichting - een lichtstroom met een vector die in verschillende richtingen oscilleert, verspreidt zich in alle richtingen zonder enige beperking.

Gepolariseerd licht verschijnt nadat het door een anisotroop medium is gegaan, dat verschillende eigenschappen kan hebben. Deze omgeving verwijdert de meeste fluctuaties en laat het enige over dat voor het gewenste effect zorgt.

Meestal werken kristallen als een polarisator. Als er voorheen voornamelijk natuurlijke materialen werden gebruikt (bijvoorbeeld toermalijn), zijn er nu veel opties voor kunstmatige oorsprong.

Ook kan gepolariseerd licht worden verkregen door reflectie van elk diëlektricum. Het komt erop neer dat wanneer lichtstroom het wordt gebroken op de kruising van twee media. Dit is gemakkelijk te zien door een potlood of een tube in een glas water te plaatsen.

Dit principe wordt gebruikt in polariserende microscopen.

Tijdens het fenomeen van lichtbreking wordt een deel van de stralen gepolariseerd. De mate van manifestatie van dit effect hangt af van de locatie lichtbron en de hoek van inval ten opzichte van het brekingspunt.

Wat betreft de methoden voor het verkrijgen van gepolariseerd licht, wordt een van de drie opties gebruikt, ongeacht de omstandigheden:

1. Prisma Nicolas. Het is vernoemd naar de Schotse ontdekkingsreiziger Nicolas William die het in 1828 uitvond. Hij voerde lange tijd experimenten uit en kon na 11 jaar een voltooid apparaat krijgen, dat nog steeds ongewijzigd wordt gebruikt.
2. Reflectie van een diëlektricum. Hier is het erg belangrijk om de optimale invalshoek te kiezen en rekening te houden met de graad breking (hoe groter het verschil in lichttransmissie van de twee media, hoe meer de stralen worden gebroken).
3. Een anisotrope omgeving gebruiken. Meestal worden hiervoor kristallen met geschikte eigenschappen geselecteerd. Als je er een lichtstroom op richt, kun je de parallelle scheiding aan de uitgang waarnemen.

Polarisatie van licht bij reflectie en breking op het grensvlak van twee diëlektrica

Dit optische fenomeen werd ontdekt door een natuurkundige uit Schotland David Brewster in 1815. De wet die hij afleidde toonde de relatie tussen de indicatoren van twee diëlektrica bij een bepaalde lichtinval. Als we de omstandigheden kiezen, zullen de stralen die worden gereflecteerd door het grensvlak van twee media worden gepolariseerd in een vlak loodrecht op de invalshoek.

Een illustratie van de wet van Brewster.

De onderzoeker merkte op dat de gebroken bundel gedeeltelijk gepolariseerd is in het invalsvlak. In dit geval wordt niet al het licht gereflecteerd, een deel gaat in de gebroken bundel. Brewster hoek is de hoek waaronder gereflecteerd licht volledig gepolariseerd. In dit geval staan ​​de gereflecteerde en gebroken stralen loodrecht op elkaar.

Om de reden voor dit fenomeen te begrijpen, moet u het volgende weten:

1. In elke elektromagnetische golf staan ​​de oscillaties van het elektrische veld altijd loodrecht op de richting van zijn beweging.
2. Het proces is verdeeld in twee fasen. In de eerste zorgt de invallende golf ervoor dat de moleculen van het diëlektricum exciteren, in de tweede verschijnen gebroken en gereflecteerde golven.

Als een plastic van kwarts of een ander geschikt mineraal wordt gebruikt in het experiment, intensiteit vlak gepolariseerd licht klein zal zijn (ongeveer 4% van de totale intensiteit). Maar als u een stapel platen gebruikt, kunt u een aanzienlijke prestatieverbetering behalen.

Trouwens! De wet van Brewster kan ook worden afgeleid met behulp van de formules van Fresnel.

Polarisatie van licht door een kristal

Gewone diëlektrica zijn anisotroop en de eigenschappen van licht wanneer het erop valt, hangen voornamelijk af van de invalshoek. De eigenschappen van de kristallen zijn anders, als er licht op valt, kun je het effect van dubbele breking van de stralen waarnemen.Dit manifesteert zich als volgt: bij het passeren van de structuur worden twee gebroken bundels gevormd, die in verschillende richtingen gaan, ook hun snelheden verschillen.

Meestal worden uniaxiale kristallen gebruikt in experimenten. In hen gehoorzaamt een van de brekingsstralen aan standaardwetten en wordt het gewoon genoemd. De tweede is anders gevormd, het wordt buitengewoon genoemd, omdat de kenmerken van zijn breking niet overeenkomen met de gebruikelijke canons.

Zo ziet dubbele breking eruit in het diagram.

Als je het kristal draait, blijft de gewone straal ongewijzigd en beweegt de buitengewone rond de cirkel. Meestal worden calciet of IJslandse spar gebruikt in experimenten, omdat ze zeer geschikt zijn voor onderzoek.

Trouwens! Als je door het kristal naar de omgeving kijkt, splitsen de contouren van alle objecten zich in tweeën.

Gebaseerd op experimenten met kristallen Étienne Louis Malus formuleerde de wet in 1810 het jaar dat zijn naam kreeg. Hij concludeerde een duidelijke afhankelijkheid van lineair gepolariseerd licht na zijn passage door een polarisator gemaakt op basis van kristallen. De intensiteit van de bundel na doorgang door het kristal neemt af in verhouding tot het kwadraat van de cosinus van de hoek gevormd tussen het polarisatievlak van de inkomende bundel en het filter.

Videoles: Polarisatie van licht, natuurkunde graad 11.

Praktische toepassing van lichtpolarisatie

Het fenomeen in kwestie wordt in het dagelijks leven veel vaker gebruikt dan het lijkt. Kennis van de voortplantingswetten van elektromagnetische golven hielp bij het maken van verschillende apparatuur. De belangrijkste opties zijn:

1. Speciale polarisatiefilters voor camera's zorgen ervoor dat u verblinding bij het maken van foto's kunt voorkomen.
2. Brillen met dit effect worden vaak gebruikt door automobilisten, omdat ze de verblinding van de koplampen van tegenliggers wegnemen.Hierdoor kan zelfs grootlicht de bestuurder niet verblinden, wat de veiligheid ten goede komt.
   De afwezigheid van verblinding is te wijten aan het effect van polarisatie.
3. De apparatuur die in de geofysica wordt gebruikt, maakt het mogelijk om de eigenschappen van wolkenmassa's te bestuderen. Het wordt ook gebruikt om de kenmerken van de polarisatie van zonlicht te bestuderen wanneer het door wolken gaat.
4. Speciale installaties die kosmische nevels in gepolariseerd licht fotograferen, helpen bij het bestuderen van de kenmerken van de magnetische velden die daar ontstaan.
5. In de technische industrie wordt de zogenaamde foto-elastische methode gebruikt. Hiermee kunt u duidelijk de spanningsparameters bepalen die in de knopen en onderdelen voorkomen.
6. Apparatuur gebruikt bij het creëren van theaterdecors, maar ook bij het ontwerpen van concerten. Een ander toepassingsgebied zijn vitrines en beursstands.
7. Apparaten die het suikergehalte in iemands bloed meten. Ze werken door de rotatiehoek van het polarisatievlak te bepalen.
8. Veel bedrijven in de voedingsindustrie gebruiken apparatuur die de concentratie van een bepaalde oplossing kan bepalen. Er zijn ook apparaten die het gehalte aan eiwitten, suikers en organische zuren kunnen regelen door het gebruik van polarisatie-eigenschappen.
9. 3D-cinematografie werkt precies door het gebruik van het fenomeen dat in het artikel wordt besproken.

Trouwens! Bekend bij alle liquid crystal monitoren en tv's werken ook op basis van een gepolariseerde stream.

Als u de basiskenmerken van polarisatie kent, kunt u de vele effecten die zich voordoen verklaren. Dit fenomeen wordt ook veel gebruikt in wetenschap, technologie, geneeskunde, fotografie, film en vele andere gebieden.