Τι είναι η φωτεινή πόλωση και η πρακτική εφαρμογή της

Το πολωμένο φως διαφέρει από το τυπικό φως στην κατανομή του. Ανακαλύφθηκε πριν από πολύ καιρό και χρησιμοποιείται τόσο για φυσικά πειράματα όσο και στην καθημερινή ζωή για να πραγματοποιήσει κάποιες μετρήσεις. Η κατανόηση του φαινομένου της πόλωσης δεν είναι δύσκολη, αυτό θα σας επιτρέψει να κατανοήσετε την αρχή της λειτουργίας ορισμένων συσκευών και να μάθετε γιατί, υπό ορισμένες συνθήκες, το φως δεν διαδίδεται ως συνήθως.

Σύγκριση φωτογραφιών χωρίς πολωτικό φίλτρο και μαζί του, στη δεύτερη περίπτωση δεν υπάρχει σχεδόν καμία αντανάκλαση.

Τι είναι η πόλωση φωτός

Η πόλωση του φωτός αποδεικνύει ότι το φως είναι εγκάρσιο κύμα. Δηλαδή, μιλάμε για την πόλωση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων γενικά, και το φως είναι μια από τις ποικιλίες, οι ιδιότητες των οποίων υπόκεινται σε γενικούς κανόνες.

Η πόλωση είναι μια ιδιότητα των εγκάρσιων κυμάτων, το διάνυσμα ταλάντωσης των οποίων είναι πάντα κάθετο προς την κατεύθυνση διάδοσης του φωτός ή κάτι άλλο.Δηλαδή, εάν επιλέξετε από τις φωτεινές ακτίνες με την ίδια πόλωση του διανύσματος, τότε αυτό θα είναι το φαινόμενο της πόλωσης.

Τις περισσότερες φορές, βλέπουμε μη πολωμένο φως γύρω μας, αφού το διάνυσμα της έντασής του κινείται προς όλες τις πιθανές κατευθύνσεις. Για να γίνει πολωμένο, διέρχεται από ένα ανισότροπο μέσο, ​​το οποίο κόβει όλες τις ταλαντώσεις και αφήνει μόνο μία.

Σύγκριση συνηθισμένου και πολωμένου φωτός.

Ποιος ανακάλυψε το φαινόμενο και τι αποδεικνύει

Η έννοια που εξετάζεται χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στην ιστορία από διάσημο Βρετανό επιστήμονα I. Newton το 1706. Αλλά ένας άλλος ερευνητής εξήγησε τη φύση του - Τζέιμς Μάξγουελ. Τότε η φύση των κυμάτων φωτός δεν ήταν γνωστή, αλλά με τη συσσώρευση διαφόρων γεγονότων και τα αποτελέσματα διαφόρων πειραμάτων, εμφανίστηκαν ολοένα και περισσότερα στοιχεία για την εγκάρσιοτητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Ο πρώτος που πραγματοποίησε πειράματα σε αυτόν τον τομέα ήταν ένας Ολλανδός ερευνητής Huygens, αυτό συνέβη το 1690. Πέρασε φως μέσα από μια πλάκα ισλανδικής ράβδου, με αποτέλεσμα να ανακαλύψει την εγκάρσια ανισοτροπία της δέσμης.

Τα πρώτα στοιχεία της πόλωσης του φωτός στη φυσική αποκτήθηκαν από έναν Γάλλο ερευνητή E. Malus. Χρησιμοποίησε δύο πιάτα τουρμαλίνης και τελικά κατέληξε σε έναν νόμο που πήρε το όνομά του. Χάρη σε πολυάριθμα πειράματα, αποδείχθηκε η εγκάρσια εγκάρσια κύματα φωτός, γεγονός που βοήθησε να εξηγηθούν η φύση και τα χαρακτηριστικά διάδοσής τους.

Από πού προέρχεται η πόλωση του φωτός και πώς να την αποκτήσετε μόνοι σας

Το μεγαλύτερο μέρος του φωτός που βλέπουμε δεν είναι πολωμένο. Ήλιος, τεχνητός φωτισμός - μια φωτεινή ροή με ένα διάνυσμα που ταλαντώνεται σε διαφορετικές κατευθύνσεις, εξαπλώνεται προς όλες τις κατευθύνσεις χωρίς κανέναν περιορισμό.

Το πολωμένο φως εμφανίζεται αφού περάσει από ένα ανισότροπο μέσο, ​​το οποίο μπορεί να έχει διαφορετικές ιδιότητες. Αυτό το περιβάλλον αφαιρεί τις περισσότερες από τις διακυμάνσεις, αφήνοντας το μόνο πράγμα που παρέχει το επιθυμητό αποτέλεσμα.

Τις περισσότερες φορές, οι κρύσταλλοι λειτουργούν ως πολωτές. Εάν προηγουμένως χρησιμοποιούνταν κυρίως φυσικά υλικά (για παράδειγμα, τουρμαλίνη), τώρα υπάρχουν πολλές επιλογές για τεχνητή προέλευση.

Επίσης, το πολωμένο φως μπορεί να ληφθεί με ανάκλαση από οποιοδήποτε διηλεκτρικό. Η ουσία είναι ότι όταν φωτεινή ροή διαθλάται στη διασταύρωση δύο μέσων. Αυτό γίνεται εύκολα αντιληπτό τοποθετώντας ένα μολύβι ή ένα σωλήνα σε ένα ποτήρι νερό.

Αυτή η αρχή χρησιμοποιείται στα πολωτικά μικροσκόπια.

Κατά το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός, μέρος των ακτίνων πολώνεται. Ο βαθμός εκδήλωσης αυτής της επίδρασης εξαρτάται από την τοποθεσία πηγή φωτός και τη γωνία πρόσπτωσης του σε σχέση με το σημείο διάθλασης.

Όσον αφορά τις μεθόδους λήψης πολωμένου φωτός, χρησιμοποιείται μία από τις τρεις επιλογές ανεξάρτητα από τις συνθήκες:

1. Πρίσμα Νικόλα. Πήρε το όνομά του από τον Σκωτσέζο εξερευνητή Nicolas William που το εφηύρε το 1828. Διεξήγαγε πειράματα για μεγάλο χρονικό διάστημα και μετά από 11 χρόνια κατάφερε να αποκτήσει μια ολοκληρωμένη συσκευή, η οποία εξακολουθεί να χρησιμοποιείται αμετάβλητη.
2. Αντανάκλαση από διηλεκτρικό. Εδώ είναι πολύ σημαντικό να επιλέξετε τη βέλτιστη γωνία πρόσπτωσης και να λάβετε υπόψη τον βαθμό διάθλαση (όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στη μετάδοση του φωτός των δύο μέσων, τόσο περισσότερο διαθλώνται οι ακτίνες).
3. Χρήση ανισότροπου περιβάλλοντος. Τις περισσότερες φορές, επιλέγονται κρύσταλλοι με κατάλληλες ιδιότητες για αυτό. Εάν κατευθύνετε μια φωτεινή ροή σε αυτά, μπορείτε να παρατηρήσετε τον παράλληλο διαχωρισμό του στην έξοδο.

Πόλωση φωτός κατά την ανάκλαση και τη διάθλαση στη διεπαφή δύο διηλεκτρικών

Αυτό το οπτικό φαινόμενο ανακαλύφθηκε από έναν φυσικό από τη Σκωτία Ο Ντέιβιντ Μπρούστερ το 1815. Ο νόμος που εξήγαγε έδειξε τη σχέση μεταξύ των δεικτών δύο διηλεκτρικών σε μια ορισμένη γωνία πρόσπτωσης του φωτός. Εάν επιλέξουμε τις συνθήκες, τότε οι ακτίνες που ανακλώνται από τη διεπαφή δύο μέσων θα πολωθούν σε επίπεδο κάθετο στη γωνία πρόσπτωσης.

Μια απεικόνιση του νόμου του Μπρούστερ.

Ο ερευνητής σημείωσε ότι η διαθλασμένη δέσμη είναι μερικώς πολωμένη στο επίπεδο πρόσπτωσης. Σε αυτή την περίπτωση, δεν ανακλάται όλο το φως, μέρος του πηγαίνει στη διαθλασμένη δέσμη. Γωνία Brewster είναι η γωνία στην οποία ανακλώμενο φως εντελώς πολωμένο. Σε αυτή την περίπτωση, οι ανακλώμενες και διαθλούμενες ακτίνες είναι κάθετες μεταξύ τους.

Για να κατανοήσετε την αιτία αυτού του φαινομένου, πρέπει να γνωρίζετε τα ακόλουθα:

1. Σε κάθε ηλεκτρομαγνητικό κύμα, οι ταλαντώσεις του ηλεκτρικού πεδίου είναι πάντα κάθετες στην κατεύθυνση της κίνησής του.
2. Η διαδικασία χωρίζεται σε δύο στάδια. Στο πρώτο, το προσπίπτον κύμα προκαλεί τα μόρια του διηλεκτρικού να διεγείρουν, στο δεύτερο εμφανίζονται διαθλαστικά και ανακλώμενα κύματα.

Εάν ένα πλαστικό από χαλαζία ή άλλο κατάλληλο ορυκτό χρησιμοποιείται στο πείραμα, ένταση αεροπλάνο πολωμένο φως θα είναι μικρή (περίπου 4% της συνολικής έντασης). Αλλά αν χρησιμοποιείτε μια στοίβα πιάτων, μπορείτε να επιτύχετε σημαντική αύξηση στην απόδοση.

Παρεμπιπτόντως! Ο νόμος του Brewster μπορεί επίσης να εξαχθεί χρησιμοποιώντας τύπους Fresnel.

Πόλωση φωτός από κρύσταλλο

Τα συνηθισμένα διηλεκτρικά είναι ανισότροπα και τα χαρακτηριστικά του φωτός όταν τα χτυπά εξαρτώνται κυρίως από τη γωνία πρόσπτωσης. Οι ιδιότητες των κρυστάλλων είναι διαφορετικές, όταν το φως τους χτυπά, μπορείτε να παρατηρήσετε την επίδραση της διπλής διάθλασης των ακτίνων.Αυτό εκδηλώνεται ως εξής: όταν διέρχεται από τη δομή, σχηματίζονται δύο διαθλασμένες δέσμες, οι οποίες πηγαίνουν σε διαφορετικές κατευθύνσεις, οι ταχύτητες τους επίσης διαφέρουν.

Τις περισσότερες φορές, μονοαξονικοί κρύσταλλοι χρησιμοποιούνται σε πειράματα. Σε αυτές, μία από τις δέσμες διάθλασης υπακούει στους τυπικούς νόμους και ονομάζεται συνηθισμένη. Το δεύτερο σχηματίζεται διαφορετικά, ονομάζεται εξαιρετικό, καθώς τα χαρακτηριστικά της διάθλασής του δεν αντιστοιχούν στους συνήθεις κανόνες.

Έτσι φαίνεται η διπλή διάθλαση στο διάγραμμα.

Εάν περιστρέψετε τον κρύσταλλο, τότε η συνηθισμένη δέσμη θα παραμείνει αμετάβλητη και η εξαιρετική θα κινηθεί γύρω από τον κύκλο. Τις περισσότερες φορές, ο ασβεστίτης ή ο ισλανδικός σπάρος χρησιμοποιούνται σε πειράματα, καθώς είναι κατάλληλοι για έρευνα.

Παρεμπιπτόντως! Εάν κοιτάξετε το περιβάλλον μέσα από τον κρύσταλλο, τότε τα περιγράμματα όλων των αντικειμένων θα χωριστούν στα δύο.

Βασισμένο σε πειράματα με κρυστάλλους Ο Étienne Louis Malus διατύπωσε το νόμο το 1810 τη χρονιά που έλαβε το όνομά του. Συνήγαγε μια σαφή εξάρτηση του γραμμικά πολωμένου φωτός μετά το πέρασμά του από έναν πολωτή κατασκευασμένο με βάση κρυστάλλους. Η ένταση της δέσμης μετά τη διέλευση από τον κρύσταλλο μειώνεται αναλογικά με το τετράγωνο του συνημιτόνου της γωνίας που σχηματίζεται μεταξύ του επιπέδου πόλωσης της εισερχόμενης δέσμης και του φίλτρου.

Μάθημα βίντεο: Πόλωση φωτός, φυσική τάξη 11.

Πρακτική εφαρμογή πόλωσης φωτός

Το υπό εξέταση φαινόμενο χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή πολύ πιο συχνά από όσο φαίνεται. Η γνώση των νόμων διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων βοήθησε στη δημιουργία διάφορου εξοπλισμού. Οι κύριες επιλογές είναι:

1. Τα ειδικά φίλτρα πόλωσης για κάμερες σάς επιτρέπουν να απαλλαγείτε από τη λάμψη κατά τη λήψη φωτογραφιών.
2. Γυαλιά με αυτό το εφέ χρησιμοποιούνται συχνά από τους οδηγούς, καθώς αφαιρούν την αντανάκλαση από τους προβολείς των οχημάτων που πλησιάζουν.Ως αποτέλεσμα, ακόμη και τα μεγάλα φώτα δεν μπορούν να θαμπώσουν τον οδηγό, γεγονός που βελτιώνει την ασφάλεια.
   Η απουσία λάμψης οφείλεται στην επίδραση της πόλωσης.
3. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται στη γεωφυσική καθιστά δυνατή τη μελέτη των ιδιοτήτων των μαζών νεφών. Χρησιμοποιείται επίσης για τη μελέτη των χαρακτηριστικών της πόλωσης του ηλιακού φωτός κατά τη διέλευση από σύννεφα.
4. Ειδικές εγκαταστάσεις που φωτογραφίζουν κοσμικά νεφελώματα σε πολωμένο φως βοηθούν στη μελέτη των χαρακτηριστικών των μαγνητικών πεδίων που προκύπτουν εκεί.
5. Στη βιομηχανία μηχανικής χρησιμοποιείται η λεγόμενη φωτοελαστική μέθοδος. Με αυτό, μπορείτε να προσδιορίσετε με σαφήνεια τις παραμέτρους πίεσης που εμφανίζονται στους κόμβους και τα μέρη.
6. Εξοπλισμός μεταχειρισμένος κατά τη δημιουργία θεατρικών σκηνικών, καθώς και στο σχεδιασμό συναυλιών. Ένας άλλος τομέας εφαρμογής είναι οι προθήκες και τα περίπτερα.
7. Συσκευές που μετρούν το επίπεδο σακχάρου στο αίμα ενός ατόμου. Λειτουργούν με τον προσδιορισμό της γωνίας περιστροφής του επιπέδου πόλωσης.
8. Πολλές επιχειρήσεις βιομηχανίας τροφίμων χρησιμοποιούν εξοπλισμό ικανό να προσδιορίσει τη συγκέντρωση μιας συγκεκριμένης λύσης. Υπάρχουν επίσης συσκευές που μπορούν να ελέγξουν την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες, σάκχαρα και οργανικά οξέα μέσω της χρήσης ιδιοτήτων πόλωσης.
9. Η τρισδιάστατη κινηματογράφηση λειτουργεί ακριβώς μέσω της χρήσης του φαινομένου που εξετάζεται στο άρθρο.

Παρεμπιπτόντως! Γνωστό σε όλες τις οθόνες υγρών κρυστάλλων και οι τηλεοράσεις λειτουργούν επίσης με βάση μια πολωμένη ροή.

Η γνώση των βασικών χαρακτηριστικών της πόλωσης σάς επιτρέπει να εξηγήσετε τα πολλά αποτελέσματα που εμφανίζονται γύρω. Επίσης, το φαινόμενο αυτό χρησιμοποιείται ευρέως στην επιστήμη, την τεχνολογία, την ιατρική, τη φωτογραφία, τον κινηματογράφο και πολλούς άλλους τομείς.