Что такое поляризация света и ее практическое применение

Поляризованный свет отличается от стандартного своим распределением. Он был обнаружен очень давно и используется как для физических экспериментов, так и в повседневной жизни для проведения некоторых измерений. Разобраться в явлении поляризации несложно, это позволит понять принцип работы некоторых устройств и выяснить, почему при определенных условиях свет не распространяется как обычно.

Что такое поляризация света и ее практическое применение

Сравнивая фото без поляризационного фильтра и с ним, во втором случае бликов практически нет.

Что такое поляризация света

Поляризация света показывает, что свет — это поперечная волна. То есть речь идет о поляризации электромагнитных волн в целом, а свет — одна из разновидностей, свойства которой подчиняются общим правилам.

Поляризация — это свойство поперечных волн, вектор колебаний которых всегда перпендикулярен направлению распространения света или другому. То есть, если отделить лучи от света с одинаковой векторной поляризацией, то это будет явление поляризации.

Чаще всего мы видим вокруг себя неполяризованный свет, вектор напряжения которого движется во всех возможных направлениях. Чтобы сделать его поляризованным, он пропускается через анизотропную среду, отсекает все вибрации и оставляет только одно.

Что такое поляризация света и ее практическое применение

Сравнение нормального и поляризованного света.

Кто открыл явление и что оно доказывает

Рассматриваемое понятие было впервые использовано в истории известным британским ученым И. Ньютоном в 1706 году. Но другой исследователь, Джеймс Максвелл, объяснил его природу. Таким образом, природа световых волн не была известна, но по мере накопления различных фактов и результатов различных экспериментов появлялось все больше и больше свидетельств поперечности электромагнитных волн.

Голландский исследователь Гюйгенс был первым, кто провел эксперимент в этой области в 1690 году. Он пропустил свет через исландскую лонжеронную пластину, в результате чего обнаружил поперечную анизотропию луча.

Первое свидетельство поляризации света в физике было получено французским исследователем Э. Малюсом. Он использовал две пластины турмалина и в конце концов придумал закон, носящий его имя. Благодаря многочисленным экспериментам была продемонстрирована поперечная природа световых волн, что помогло объяснить их природу и характеристики распространения.

Откуда берется поляризация света и как ее получить самостоятельно

Большая часть видимого нами света не поляризована. Солнце, искусственное освещение — световой поток с вектором, колеблющимся в разные стороны, распространяется во все стороны без ограничений.

Поляризованный свет появляется после прохождения через анизотропную среду, которая может иметь разные свойства. Эта среда устраняет большую часть вибраций, оставляя единственное, что обеспечивает желаемый эффект.

Кристаллы чаще всего используются в качестве поляризаторов. Если раньше в основном использовали натуральные материалы (например, турмалин), то сейчас существует множество вариантов искусственного происхождения.

Кроме того, поляризованный свет можно получить путем отражения от любого диэлектрика. Суть в том, что когда световой поток попадает на стык двух сред, он преломляется. В этом легко убедиться, поместив карандаш или соломинку в стакан с водой.

Что такое поляризация света и ее практическое применение

Этот принцип используется в поляризационных микроскопах.

Благодаря явлению преломления света некоторые лучи поляризованы. Степень проявления этого эффекта зависит от положения источника света и угла его падения относительно точки преломления.

Что касается методов получения поляризованного света, независимо от условий, используется один из трех вариантов:

  1. Призма Никола. Он назван в честь шотландского исследователя Николаса Уильяма, который изобрел его в 1828 году. Он долгое время проводил эксперименты и через 11 лет смог получить законченное устройство, которое до сих пор используется без изменений.
  2. Отражение от диэлектрика. Очень важно выбрать оптимальный угол падения и учесть степень преломления (чем больше разница в пропускании света двумя средами, тем сильнее преломляются лучи).
  3. Использование анизотропной среды. Чаще всего для этого подбирают кристаллы с подходящими свойствами. Если направить на них световой поток, на выходе можно наблюдать их параллельное деление.

Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков

Это оптическое явление было открыто шотландским физиком Дэвидом Брюстером в 1815 году. Выведенный им закон показал взаимосвязь между показателями двух диэлектриков при определенном угле падения света. Если условия выбраны, лучи, отраженные от границы раздела двух сред, будут поляризованы в плоскости, перпендикулярной углу падения.

Что такое поляризация света и ее практическое применение

Иллюстрация закона Брюстера.

Исследователь отметил, что преломленный луч частично поляризован в плоскости падения. В этом случае не весь свет отражается, часть его уходит в преломленный луч. Угол Брюстера — это угол, под которым отраженный свет полностью поляризован. В этом случае отраженный и преломленный лучи перпендикулярны друг другу.

Чтобы понять причину этого явления, нужно знать следующее:

  1. В любой электромагнитной волне колебания электрического поля всегда перпендикулярны направлению ее движения.
  2. Процесс делится на два этапа. В первом случае падающая волна вызывает возбуждение молекул диэлектрика, во втором возникают преломленные и отраженные волны.

Если в эксперименте используется пластик из кварца или другого подходящего минерала, интенсивность плоскополяризованного света будет небольшой (около 4% от общей интенсивности). Но если использовать стопку посуды, можно получить значительный прирост производительности.

Говоря о которых! Закон Брюстера также можно вывести с помощью формул Френеля.

Поляризация света кристаллом

Обычные диэлектрики анизотропны, и характеристики света при попадании на них зависят в основном от угла падения. Свойства кристаллов разные, при попадании на них света можно наблюдать эффект двойного лучепреломления лучей. Проявляется это следующим образом: при прохождении через конструкцию образуются два преломленных луча, которые идут в разные стороны, их скорости также различаются.

В экспериментах чаще всего используются одноосные кристаллы. В них один из лучей преломления подчиняется стандартным законам и называется обыкновенным. Второй формируется иначе, его называют неординарным, так как характеристики его преломления не соответствуют обычным канонам.

Что такое поляризация света и ее практическое применение

Вот как выглядит двулучепреломление на схеме.

Если повернуть кристалл, обычный луч останется неизменным, а необычный будет двигаться по кругу. Кальцит или исландский лонжерон часто используются в экспериментах, так как они подходят для исследований.

Говоря о которых! Если вы посмотрите на окружающую среду через кристалл, очертания всех объектов разветвляются.

Основываясь на экспериментах с кристаллами, Этьен Луи Малюс сформулировал в 1810 году закон, получивший его имя. Он вывел четкую зависимость линейно поляризованного света после его прохождения через поляризатор, сделанный на основе кристаллов. Интенсивность луча после прохождения через кристалл уменьшается пропорционально квадрату косинуса угла, образованного между плоскостью поляризации падающего луча и фильтром.

Видеоурок: Поляризация света, физика 11 класс.

Практическое применение поляризации света

Рассматриваемое явление используется в повседневной жизни гораздо чаще, чем кажется. Знание законов распространения электромагнитных волн помогло в создании различной техники. Основные варианты:

  1. Специальные поляризационные фильтры для фотоаппаратов устраняют отражения при съемке.
  2. Очки с таким эффектом часто используют водители, так как они убирают блики от фар встречного движения. В результате даже дальний свет не может ослепить водителя, что повышает безопасность.

    Что такое поляризация света и ее практическое применение

    Отсутствие бликов связано с эффектом поляризации.

  3. Оборудование, используемое в геофизике, позволяет изучать свойства облачных масс. Он также используется для изучения поляризационных характеристик солнечного света, проходящего через облака.
  4. Специальные установки, фотографирующие космические туманности в поляризованном свете, помогают изучать характеристики формирующихся там магнитных полей.
  5. В металлообрабатывающей промышленности используется так называемый метод фотоупругости. С его помощью можно четко определить параметры напряжений, возникающих в узлах и деталях.
  6. Оборудование используется для создания театральных декораций и концертного оформления. Еще одна область применения — витрины и выставочные стенды.
  7. Приборы, определяющие уровень сахара в крови человека. Они работают, определяя угол поворота плоскости поляризации.
  8. Многие компании пищевой промышленности используют оборудование, которое может определять концентрацию того или иного раствора. Существуют также устройства, способные контролировать содержание белков, сахаров и органических кислот за счет использования свойств поляризации.
  9. 3D-кинематография работает как раз за счет использования рассматриваемого в статье явления.

Говоря о которых! Известные жидкокристаллические мониторы и телевизоры также работают на основе поляризованного потока.

Знание основных характеристик поляризации позволяет нам объяснить многочисленные эффекты, которые происходят вокруг нее. Кроме того, это явление широко используется в науке, технике, медицине, фотографии, кино и многих других отраслях.

Оцените статью
Добавить комментарий