Τι είναι η πόλωση του φωτός και η πρακτική εφαρμογή της

Το πολωμένο φως διαφέρει από το κανονικό φως ως προς τη διάδοσή του. Ανακαλύφθηκε πριν από αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα και χρησιμοποιείται τόσο για φυσικά πειράματα όσο και στην καθημερινή ζωή για την εκτέλεση ορισμένων μετρήσεων. Η κατανόηση του φαινομένου της πόλωσης δεν είναι δύσκολη, βοηθά στην κατανόηση του τρόπου λειτουργίας ορισμένων συσκευών και του λόγου που το φως δεν διαδίδεται όπως συνήθως υπό ορισμένες συνθήκες.

Συγκρίνετε μια φωτογραφία με και χωρίς πολωτικό φίλτρο, στη δεύτερη περίπτωση δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου θάμβωση.

Τι είναι η πόλωση του 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 των οποίων οι ιδιότητες υπακούουν σε γενικούς κανόνες.

Η πόλωση είναι η ιδιότητα των εγκάρσιων κυμάτων των οποίων το διάνυσμα ταλάντωσης είναι πάντα κάθετο προς τη διεύθυνση διάδοσης του φωτός ή κάτι άλλο. Δηλαδή, αν απομονώσετε ακτίνες φωτός με το ίδιο διάνυσμα πόλωσης, αυτό θα ήταν το φαινόμενο της πόλωσης.

Τις περισσότερες φορές, βλέπουμε γύρω μας μη πολωμένο φως, καθώς έχει ένα διάνυσμα έντασης που κινείται προς όλες τις πιθανές κατευθύνσεις. Για να πολωθεί, περνάει μέσα από ένα ανισότροπο μέσο, το οποίο αποκόπτει όλες τις δονήσεις και αφήνει μόνο μία.

Σύγκριση του κοινού και του πολωμένου φωτός.

Ποιος ανακάλυψε το φαινόμενο και τι αποδεικνύει

Η εν λόγω έννοια χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον διάσημο Βρετανό επιστήμονα И. Newton το 1706.. Αλλά ήταν ένας άλλος ερευνητής που εξήγησε τη φύση του. James Maxwell.. Εκείνη την εποχή, η φύση των φωτεινών κυμάτων δεν ήταν γνωστή, αλλά καθώς συσσωρεύονταν διάφορα γεγονότα και τα αποτελέσματα διαφόρων πειραμάτων, προέκυπταν όλο και περισσότερες αποδείξεις για την εγκάρσια φύση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Ο πρώτος που πειραματίστηκε στην περιοχή αυτή ήταν ο Ολλανδός εξερευνητής Huygens, το 1690.. Πέρασε το φως μέσα από μια πλάκα από ισλανδικό ατσάλι και ανακάλυψε την εγκάρσια ανισοτροπία της δέσμης.

Η πρώτη απόδειξη της πόλωσης του φωτός στη φυσική έγινε από τον Γάλλο ερευνητή Э. Malus. Χρησιμοποίησε δύο πλάκες τουρμαλίνης και τελικά κατέληξε στον νόμο που πήρε το όνομά του. Χάρη σε πολυάριθμα πειράματα, αποδείχθηκε η εγκάρσια φύση των φωτεινών κυμάτων, η οποία βοήθησε στην εξήγηση της φύσης και των χαρακτηριστικών διάδοσής τους.

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

Το μεγαλύτερο μέρος του φωτός που βλέπουμε δεν είναι πολωμένο. Κυρ, τεχνητό φως - Μια ροή φωτός με διάνυσμα που ταλαντώνεται προς διάφορες κατευθύνσεις, εξαπλώνεται προς όλες τις κατευθύνσεις χωρίς κανένα περιορισμό.

Το πολωμένο φως εμφανίζεται αφού περάσει μέσα από ένα ανισότροπο μέσο, το οποίο μπορεί να έχει διαφορετικές ιδιότητες. Αυτό το μέσο αφαιρεί τις περισσότερες δονήσεις, αφήνοντας μόνο μία, η οποία παρέχει το επιθυμητό αποτέλεσμα.

Ο πιο συνηθισμένος πολωτής είναι οι κρύσταλλοι. Ενώ στο παρελθόν χρησιμοποιούνταν κυρίως φυσικά υλικά (π.χ. τουρμαλίνη), σήμερα υπάρχουν πολλές τεχνητές επιλογές.

Πολωμένο φως μπορεί επίσης να παραχθεί από ανάκλαση από οποιοδήποτε διηλεκτρικό. Η ιδέα είναι ότι όταν το φως χτυπάει ροή φωτός στη συμβολή των δύο μέσων, διαθλάται. Αυτό μπορεί εύκολα να διαπιστωθεί με την τοποθέτηση ενός μολυβιού ή ενός σωλήνα σε ένα ποτήρι νερό.

Η αρχή αυτή χρησιμοποιείται στα μικροσκόπια πόλωσης.

Στο φαινόμενο της διάθλασης του φωτός, ένα μέρος των ακτίνων είναι πολωμένο. Η έκταση αυτού του αποτελέσματος εξαρτάται από τη θέση πηγή φωτός και τη γωνία πρόσπτωσης του φωτός σε σχέση με τον τόπο διάθλασης.

Όσον αφορά τη μέθοδο παραγωγής πολωμένου φωτός, χρησιμοποιείται μία από τις τρεις παραλλαγές, ανεξάρτητα από τις συνθήκες:

1. Πρίσμα Nicolas. Πήρε το όνομά του από τον Σκωτσέζο εξερευνητή Nicolas William, ο οποίος το εφηύρε το 1828. Πειραματίστηκε για μεγάλο χρονικό διάστημα και μετά από 11 χρόνια μπόρεσε να κατασκευάσει μια ολοκληρωμένη συσκευή, η οποία χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα, αναλλοίωτη.
2. Ανάκλαση από διηλεκτρικό. Εδώ είναι πολύ σημαντικό να βρεθεί η βέλτιστη γωνία πρόσπτωσης και να ληφθεί υπόψη ο βαθμός της διάθλασης (Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στη διαπερατότητα μεταξύ των δύο μέσων, τόσο περισσότερο διαθλώνται οι ακτίνες).
3. Χρήση ανισοτροπικού μέσου. Για το σκοπό αυτό επιλέγονται συνήθως κρύσταλλοι με κατάλληλες ιδιότητες. Εάν η φωτεινή ροή κατευθύνεται σε αυτά, μπορεί να παρατηρηθεί παράλληλος διαχωρισμός στην έξοδο.

Πόλωση του φωτός με ανάκλαση και διάθλαση στη διεπιφάνεια δύο διηλεκτρικών

Αυτό το οπτικό φαινόμενο ανακαλύφθηκε από τον Σκωτσέζο φυσικό από τον David Brewster το 1815.. Ο νόμος που εξήγαγε έδειξε τη συσχέτιση των δεικτών δύο διηλεκτρικών σε μια ορισμένη γωνία πρόσπτωσης του φωτός. Εάν επιλεγούν οι συνθήκες, οι ακτίνες που ανακλώνται από τη συμβολή των δύο μέσων θα είναι πολωμένες στο επίπεδο που είναι κάθετο στη γωνία πρόσπτωσης.

Μια απεικόνιση του νόμου του Brewster.

Ο ερευνητής παρατήρησε ότι η διαθλώμενη δέσμη είναι επίσης μερικώς πολωμένη στο επίπεδο πρόσπτωσης. Αυτό δεν αντανακλά όλο το φως, ένα μέρος του διαφεύγει στη διαθλώμενη δέσμη. Η οπτική γωνία του Brewster είναι η γωνία στην οποία ανακλώμενο φως είναι πλήρως πολωμένο. Οι ανακλώμενες και οι διαθλώμενες ακτίνες είναι κάθετες μεταξύ τους.

Για να κατανοήσει κανείς τον λόγο αυτού του φαινομένου, πρέπει να γνωρίζει τα εξής:

1. Σε κάθε ηλεκτρομαγνητικό κύμα, η ταλάντωση του ηλεκτρικού πεδίου είναι πάντα κάθετη στη διεύθυνση της κίνησής του.
2. Η διαδικασία χωρίζεται σε δύο στάδια. Στο πρώτο, το προσπίπτον κύμα προκαλεί διαταραχή των διηλεκτρικών μορίων και στο δεύτερο, υπάρχουν διαθλώμενα και ανακλώμενα κύματα.

Αν χρησιμοποιήσουμε στο πείραμα μια απλή πλάκα χαλαζία ή άλλου κατάλληλου ορυκτού, η ένταση του επίπεδου πολωμένου φωτός θα είναι μικρή (της τάξης του 4% της συνολικής έντασης). Αλλά αν χρησιμοποιήσετε μια στοίβα από πλάκες, μπορείτε να επιτύχετε σημαντική αύξηση της απόδοσης.

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

Πόλωση του φωτός από έναν κρύσταλλο

Τα κανονικά διηλεκτρικά είναι ανισοτροπικά και τα χαρακτηριστικά του φωτός που προσπίπτει σε αυτά εξαρτώνται κυρίως από τη γωνία πρόσπτωσης. Οι κρύσταλλοι έχουν διαφορετικές ιδιότητες, όταν το φως τους προσπίπτει, μπορεί να παρατηρηθεί ένα φαινόμενο διπλής διάθλασης. Αυτό εκδηλώνεται με τον ακόλουθο τρόπο: σχηματίζονται δύο διαθλώμενες δέσμες όταν διέρχονται από τη δομή- κινούνται προς διαφορετικές κατευθύνσεις και οι ταχύτητές τους είναι επίσης διαφορετικές.

Οι κρύσταλλοι ενός άξονα χρησιμοποιούνται συχνότερα σε πειράματα. Μία από τις ακτίνες διάθλασης υπακούει στους τυπικούς νόμους και ονομάζεται συνήθης. Η δεύτερη δέσμη διαμορφώνεται διαφορετικά, ονομάζεται έκτακτη, επειδή οι ιδιαιτερότητες της διάθλασής της δεν ανταποκρίνονται στους συνήθεις κανόνες.

Έτσι φαίνεται η διπλή διάθλαση στο διάγραμμα.

Αν περιστρέψετε τον κρύσταλλο, η συνηθισμένη δέσμη θα παραμείνει αμετάβλητη, ενώ η εξαιρετική δέσμη θα κινηθεί περιμετρικά. Ο ασβεστίτης ή ο ισλανδικός άστριος χρησιμοποιούνται συχνότερα σε πειράματα, καθώς είναι κατάλληλα για έρευνα.

Παρεμπιπτόντως! Αν κοιτάξετε το περιβάλλον σας μέσα από έναν κρύσταλλο, τα περιγράμματα όλων των αντικειμένων θα διχαστούν.

Με βάση πειράματα με κρυστάλλους Ο Etienne Louis Malus διατύπωσε έναν νόμο το 1810 το 1810, η οποία πήρε το όνομά του. Κατέληξε σε μια σαφή εξάρτηση του γραμμικά πολωμένου φωτός μετά τη διέλευσή του από έναν πολωτή κατασκευασμένο από κρυστάλλους. Η ένταση της δέσμης μετά τη διέλευσή της από τον κρύσταλλο μειώνεται ανάλογα με το τετράγωνο του συνημιτόνου της γωνίας που σχηματίζεται μεταξύ του επιπέδου πόλωσης της εισερχόμενης δέσμης και του φίλτρου.

Μάθημα βίντεο: Πόλωση του φωτός, φυσική 11ης τάξης.

Πρακτικές εφαρμογές της πόλωσης του φωτός

Το εν λόγω φαινόμενο χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή πολύ πιο συχνά από ό,τι φαίνεται. Η γνώση των νόμων της διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων βοήθησε στη δημιουργία διαφόρων συσκευών. Οι κύριες επιλογές είναι οι εξής:

1. Τα ειδικά πολωτικά φίλτρα για φωτογραφικές μηχανές σας επιτρέπουν να απαλλαγείτε από την αντανάκλαση κατά τη λήψη φωτογραφιών.
2. Τα γυαλιά με αυτό το αποτέλεσμα χρησιμοποιούνται συχνά από τους οδηγούς, καθώς απομακρύνουν την αντανάκλαση από τους προβολείς των αντίθετων οχημάτων. Ως αποτέλεσμα, ακόμη και η μεγάλη σκάλα δεν μπορεί να θαμπώσει τον οδηγό, ενισχύοντας την ασφάλεια.
   Η απουσία θάμβωσης οφείλεται στο φαινόμενο της πόλωσης.
3. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται στη γεωφυσική καθιστά δυνατή τη μελέτη των ιδιοτήτων των νεφικών μαζών. Χρησιμοποιείται επίσης για τη μελέτη των μοτίβων πόλωσης του ηλιακού φωτός καθώς περνά μέσα από τα σύννεφα.
4. Ο ειδικός εξοπλισμός που φωτογραφίζει τα κοσμικά νεφελώματα σε πολωμένο φως βοηθά στη μελέτη των ιδιαιτεροτήτων των μαγνητικών πεδίων που δημιουργούνται εκεί.
5. Στη μηχανολογία χρησιμοποιείται η λεγόμενη φωτοελαστική μέθοδος. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον σαφή προσδιορισμό των τάσεων που εμφανίζονται σε εξαρτήματα και συγκροτήματα.
6. Ο εξοπλισμός χρησιμοποιείται σε θεατρικές παραγωγές καθώς και σε διακοσμήσεις συναυλιών. Μια άλλη εφαρμογή είναι οι βιτρίνες και τα εκθεσιακά περίπτερα.
7. Συσκευές που προσδιορίζουν το επίπεδο σακχάρου στο αίμα ενός ατόμου. Λειτουργούν με τον προσδιορισμό της γωνίας περιστροφής του επιπέδου πόλωσης.
8. Πολλές επιχειρήσεις της βιομηχανίας τροφίμων χρησιμοποιούν εξοπλισμό ικανό να προσδιορίζει τη συγκέντρωση κάποιου διαλύματος. Υπάρχουν επίσης συσκευές ικανές να παρακολουθούν πρωτεΐνες, σάκχαρα και οργανικά οξέα μέσω της εφαρμογής ιδιοτήτων πόλωσης.
9. Η τρισδιάστατη κινηματογραφία λειτουργεί ακριβώς μέσω της χρήσης του φαινομένου που συζητείται σε αυτό το άρθρο.

Παρεμπιπτόντως! Οι γνωστές οθόνες υγρών κρυστάλλων και οι τηλεοράσεις λειτουργούν επίσης με βάση την πολωμένη ροή.

Η γνώση των βασικών χαρακτηριστικών της πόλωσης βοηθά στην εξήγηση πολλών από τα φαινόμενα που παρατηρούνται σε όλο τον κόσμο. Είναι επίσης ένα φαινόμενο που χρησιμοποιείται ευρέως στην επιστήμη, την τεχνολογία, την ιατρική, τη φωτογραφία, τον κινηματογράφο και πολλούς άλλους τομείς.