Apakah polarisasi cahaya dan aplikasi praktikalnya

Cahaya terkutub berbeza daripada cahaya standard dalam pengedarannya. Ia ditemui lama dahulu dan digunakan untuk eksperimen fizikal dan dalam kehidupan seharian untuk melakukan beberapa ukuran. Memahami fenomena polarisasi tidak sukar, ini akan membolehkan anda memahami prinsip operasi beberapa peranti dan mengetahui mengapa, dalam keadaan tertentu, cahaya tidak merambat seperti biasa.

Perbandingan foto tanpa penapis polarisasi dan dengan itu, dalam kes kedua hampir tiada silau.

Apakah polarisasi cahaya

Polarisasi cahaya membuktikan bahawa cahaya adalah gelombang melintang. Iaitu, kita bercakap tentang polarisasi gelombang elektromagnet secara umum, dan cahaya adalah salah satu jenis, sifatnya tertakluk kepada peraturan am.

Polarisasi ialah sifat gelombang melintang, vektor ayunan yang sentiasa berserenjang dengan arah perambatan cahaya atau sesuatu yang lain.Iaitu, jika anda memilih daripada sinaran cahaya dengan polarisasi vektor yang sama, maka ini akan menjadi fenomena polarisasi.

Selalunya, kita melihat cahaya tidak terkutub di sekeliling kita, kerana vektor keamatannya bergerak ke semua arah yang mungkin. Untuk menjadikannya terpolarisasi, ia disalurkan melalui medium anisotropik, yang memotong semua ayunan dan meninggalkan hanya satu.

Perbandingan cahaya biasa dan terkutub.

Siapa yang menemui fenomena itu dan apakah yang dibuktikan

Konsep yang sedang dipertimbangkan itu digunakan buat pertama kali dalam sejarah oleh seorang saintis terkenal British I. Newton pada tahun 1706. Tetapi penyelidik lain menjelaskan sifatnya - James Maxwell. Kemudian sifat gelombang cahaya tidak diketahui, tetapi dengan pengumpulan pelbagai fakta dan hasil pelbagai eksperimen, semakin banyak bukti transverseness gelombang elektromagnet muncul.

Yang pertama menjalankan eksperimen di kawasan ini ialah seorang penyelidik Belanda Huygens, ini berlaku pada tahun 1690. Dia menghantar cahaya melalui plat spar Iceland, akibatnya dia menemui anisotropi melintang rasuk.

Bukti pertama polarisasi cahaya dalam fizik diperoleh oleh penyelidik Perancis E. Malus. Dia menggunakan dua pinggan turmalin dan akhirnya menghasilkan undang-undang yang dinamakan sempena namanya. Terima kasih kepada banyak eksperimen, keterbalikan gelombang cahaya telah terbukti, yang membantu menjelaskan sifat dan ciri penyebarannya.

Dari mana datangnya polarisasi cahaya dan cara mendapatkannya sendiri

Kebanyakan cahaya yang kita lihat tidak terkutub. Matahari, pencahayaan buatan - fluks bercahaya dengan vektor berayun dalam arah yang berbeza, merebak ke semua arah tanpa sebarang sekatan.

Cahaya terkutub muncul selepas ia melalui medium anisotropik, yang boleh mempunyai sifat yang berbeza. Persekitaran ini menghilangkan kebanyakan turun naik, meninggalkan satu-satunya perkara yang memberikan kesan yang diingini.

Selalunya, kristal bertindak sebagai polarizer. Jika sebelum ini kebanyakannya bahan semula jadi digunakan (contohnya, turmalin), kini terdapat banyak pilihan untuk asal tiruan.

Juga, cahaya terkutub boleh diperolehi melalui pantulan daripada mana-mana dielektrik. Kesimpulannya ialah apabila fluks bercahaya ia dibiaskan pada persimpangan dua media. Ini mudah dilihat dengan meletakkan pensel atau tiub dalam segelas air.

Prinsip ini digunakan dalam mikroskop polarisasi.

Semasa fenomena pembiasan cahaya, sebahagian daripada sinaran terkutub. Tahap manifestasi kesan ini bergantung pada lokasi sumber cahaya dan sudut tujunya berbanding dengan titik biasan.

Bagi kaedah untuk mendapatkan cahaya terpolarisasi, salah satu daripada tiga pilihan digunakan tanpa mengira keadaan:

1. Prisma Nicolas. Ia dinamakan sempena penjelajah Scotland Nicolas William yang menciptanya pada tahun 1828. Dia menjalankan eksperimen untuk masa yang lama dan selepas 11 tahun dapat mendapatkan peranti siap, yang masih digunakan tidak berubah.
2. Pantulan daripada dielektrik. Di sini adalah sangat penting untuk memilih sudut kejadian yang optimum dan mengambil kira tahap pembiasan (lebih besar perbezaan dalam penghantaran cahaya kedua-dua media, lebih banyak sinar dibiaskan).
3. Menggunakan persekitaran anisotropik. Selalunya, kristal dengan sifat yang sesuai dipilih untuk ini. Jika anda mengarahkan fluks cahaya kepada mereka, anda boleh melihat pemisahan selarinya pada output.

Polarisasi cahaya apabila pantulan dan pembiasan pada antara muka dua dielektrik

Fenomena optik ini ditemui oleh seorang ahli fizik dari Scotland David Brewster pada tahun 1815. Hukum yang diperolehnya menunjukkan hubungan antara penunjuk dua dielektrik pada sudut tuju cahaya tertentu. Jika kita memilih keadaan, maka sinar yang dipantulkan daripada antara muka dua media akan terkutub dalam satah berserenjang dengan sudut tuju.

Ilustrasi undang-undang Brewster.

Penyelidik menyatakan bahawa rasuk terbias sebahagiannya terkutub dalam satah kejadian. Dalam kes ini, tidak semua cahaya dipantulkan, sebahagian daripadanya masuk ke dalam pancaran terbias. Sudut Brewster ialah sudut di mana cahaya yang dipantulkan terpolarisasi sepenuhnya. Dalam kes ini, sinar yang dipantulkan dan dibiaskan adalah berserenjang antara satu sama lain.

Untuk memahami sebab fenomena ini, anda perlu mengetahui perkara berikut:

1. Dalam mana-mana gelombang elektromagnet, ayunan medan elektrik sentiasa berserenjang dengan arah pergerakannya.
2. Proses ini terbahagi kepada dua peringkat. Pada yang pertama, gelombang kejadian menyebabkan molekul dielektrik menguja, pada gelombang kedua, gelombang terbias dan terpantul muncul.

Jika satu plastik kuarza atau mineral lain yang sesuai digunakan dalam eksperimen, keamatan cahaya terkutub satah akan menjadi kecil (kira-kira 4% daripada jumlah keamatan). Tetapi jika anda menggunakan timbunan plat, anda boleh mencapai peningkatan yang ketara dalam prestasi.

By the way! Undang-undang Brewster juga boleh diperoleh menggunakan formula Fresnel.

Polarisasi cahaya oleh kristal

Dielektrik biasa adalah anisotropik dan ciri-ciri cahaya apabila terkenanya bergantung terutamanya pada sudut tuju. Sifat-sifat kristal adalah berbeza, apabila cahaya mengenainya, anda boleh melihat kesan pembiasan berganda sinar.Ini menunjukkan dirinya seperti berikut: apabila melalui struktur, dua rasuk terbias terbentuk, yang pergi ke arah yang berbeza, kelajuannya juga berbeza.

Selalunya, kristal uniaksial digunakan dalam eksperimen. Di dalamnya, salah satu rasuk pembiasan mematuhi undang-undang piawai dan dipanggil biasa. Yang kedua dibentuk secara berbeza, ia dipanggil luar biasa, kerana ciri-ciri pembiasannya tidak sesuai dengan kanon biasa.

Inilah rupa pembiasan berganda dalam rajah.

Jika anda memutarkan kristal, maka rasuk biasa akan kekal tidak berubah, dan yang luar biasa akan bergerak di sekeliling bulatan. Selalunya, calcite atau Icelandic spar digunakan dalam eksperimen, kerana ia sangat sesuai untuk penyelidikan.

By the way! Jika anda melihat persekitaran melalui kristal, maka garis besar semua objek akan terbelah dua.

Berdasarkan eksperimen dengan kristal Étienne Louis Malus merumuskan undang-undang pada tahun 1810 tahun yang menerima namanya. Dia menyimpulkan pergantungan jelas cahaya terkutub linear selepas laluannya melalui polarizer yang dibuat berdasarkan kristal. Keamatan rasuk selepas melalui hablur berkurangan secara berkadaran dengan segi empat sama kosinus sudut yang terbentuk antara satah polarisasi rasuk masuk dan penapis.

Pelajaran video: Polarisasi cahaya, fizik Gred 11.

Aplikasi praktikal polarisasi cahaya

Fenomena yang sedang dipertimbangkan digunakan dalam kehidupan seharian lebih kerap daripada yang kelihatan. Pengetahuan tentang undang-undang perambatan gelombang elektromagnet membantu dalam penciptaan pelbagai peralatan. Pilihan utama ialah:

1. Penapis polarisasi khas untuk kamera membolehkan anda menghilangkan silau apabila mengambil gambar.
2. Cermin mata dengan kesan ini sering digunakan oleh pemandu, kerana ia menghilangkan silau dari lampu depan kenderaan yang akan datang.Akibatnya, walaupun rasuk tinggi tidak dapat mempesonakan pemandu, yang meningkatkan keselamatan.
   Ketiadaan silau adalah disebabkan oleh kesan polarisasi.
3. Peralatan yang digunakan dalam geofizik memungkinkan untuk mengkaji sifat jisim awan. Ia juga digunakan untuk mengkaji ciri-ciri polarisasi cahaya matahari apabila melalui awan.
4. Pemasangan khas yang memotret nebula kosmik dalam cahaya terpolarisasi membantu mengkaji ciri-ciri medan magnet yang timbul di sana.
5. Dalam industri kejuruteraan, kaedah fotoelastik yang dipanggil digunakan. Dengan itu, anda boleh menentukan dengan jelas parameter tegasan yang berlaku dalam nod dan bahagian.
6. peralatan digunakan apabila mencipta pemandangan teater, serta dalam reka bentuk konsert. Satu lagi bidang permohonan ialah pameran dan gerai pameran.
7. Peranti yang mengukur paras gula dalam darah seseorang. Mereka bekerja dengan menentukan sudut putaran satah polarisasi.
8. Banyak perusahaan industri makanan menggunakan peralatan yang mampu menentukan kepekatan penyelesaian tertentu. Terdapat juga peranti yang boleh mengawal kandungan protein, gula dan asid organik melalui penggunaan sifat polarisasi.
9. Sinematografi 3D berfungsi dengan tepat melalui penggunaan fenomena yang dipertimbangkan dalam artikel.

By the way! Biasa kepada semua monitor kristal cecair dan TV juga berfungsi berdasarkan aliran terpolarisasi.

Mengetahui ciri asas polarisasi membolehkan anda menerangkan banyak kesan yang berlaku di sekeliling. Juga, fenomena ini digunakan secara meluas dalam sains, teknologi, perubatan, fotografi, pawagam dan banyak bidang lain.