Işık polarizasyonu nedir ve pratik uygulaması

Polarize ışık, dağılımında standart ışıktan farklıdır. Uzun zaman önce keşfedildi ve hem fiziksel deneyler için hem de günlük yaşamda bazı ölçümler yapmak için kullanılıyor. Polarizasyon fenomenini anlamak zor değildir, bu, bazı cihazların çalışma prensibini anlamanıza ve belirli koşullar altında ışığın neden her zamanki gibi yayılmadığını anlamanıza olanak tanır.

Polarize filtresi olmayan fotoğrafların ve onunla karşılaştırılması, ikinci durumda neredeyse hiç parlama yok.

ışık polarizasyonu nedir

Işığın polarizasyonu, ışığın enine bir dalga olduğunu kanıtlar. Yani, genel olarak elektromanyetik dalgaların polarizasyonundan bahsediyoruz ve ışık, özellikleri genel kurallara tabi olan çeşitlerden biridir.

Polarizasyon, salınım vektörü her zaman ışığın yayılma yönüne veya başka bir şeye dik olan enine dalgaların bir özelliğidir.Yani, vektörün aynı polarizasyonuna sahip ışık ışınlarından birini seçerseniz, bu polarizasyon olgusu olacaktır.

Çoğu zaman, yoğunluk vektörü tüm olası yönlerde hareket ettiğinden, etrafımızda polarize olmayan ışık görürüz. Polarize hale getirmek için, tüm salınımları kesen ve yalnızca bir salınım bırakan anizotropik bir ortamdan geçirilir.

Sıradan ve polarize ışığın karşılaştırılması.

Fenomeni kim keşfetti ve neyi kanıtlıyor?

Söz konusu kavram tarihte ilk kez ünlü bir İngiliz bilim adamı tarafından kullanılmıştır. 1706 yılında Newton. Ancak başka bir araştırmacı doğasını açıkladı - James Maxwell. Daha sonra ışık dalgalarının doğası bilinmiyordu, ancak çeşitli gerçeklerin birikmesi ve çeşitli deneylerin sonuçları ile elektromanyetik dalgaların enine olduğuna dair daha fazla kanıt ortaya çıktı.

Bu alanda deney yapan ilk kişi Hollandalı bir araştırmacıydı. Huygens, bu 1690'da oldu. Işığı bir İzlanda direği plakasından geçirdi ve bunun sonucunda ışının enine anizotropisini keşfetti.

Fizikte ışığın kutuplaşmasının ilk kanıtı bir Fransız araştırmacı tarafından elde edildi. E. Malus. İki tabak turmalin kullandı ve sonunda kendi adını taşıyan bir yasa çıkardı. Çok sayıda deney sayesinde, doğalarını ve yayılma özelliklerini açıklamaya yardımcı olan ışık dalgalarının enineliği kanıtlandı.

Işığın polarizasyonu nereden geliyor ve kendiniz nasıl elde edersiniz?

Gördüğümüz ışığın çoğu polarize değildir. Güneş, yapay aydınlatma - farklı yönlerde salınan bir vektöre sahip bir ışık akısı, herhangi bir kısıtlama olmaksızın her yöne yayılır.

Polarize ışık, farklı özelliklere sahip olabilen anizotropik bir ortamdan geçtikten sonra ortaya çıkar. Bu ortam, istenen etkiyi sağlayan tek şeyi bırakarak dalgalanmaların çoğunu ortadan kaldırır.

Çoğu zaman, kristaller bir polarizör görevi görür. Daha önce esas olarak doğal malzemeler kullanılmışsa (örneğin turmalin), şimdi yapay kökenli birçok seçenek var.

Ayrıca, herhangi bir dielektrikten yansıma yoluyla polarize ışık elde edilebilir. Sonuç olarak, ne zaman ışık akısı iki ortamın birleştiği yerde kırılır. Bunu bir bardak suya bir kalem veya tüp koyarak görmek kolaydır.

Bu prensip polarize mikroskoplarda kullanılır.

Işığın kırılma fenomeni sırasında, ışınların bir kısmı polarize olur. Bu etkinin tezahür derecesi yere bağlıdır. ışık kaynağı ve kırılma noktasına göre geliş açısı.

Polarize ışık elde etme yöntemlerine gelince, koşullardan bağımsız olarak üç seçenekten biri kullanılır:

1. prizma Nicolas. Adını 1828'de icat eden İskoç kaşif Nicolas William'dan almıştır. Uzun süre deneyler yaptı ve 11 yıl sonra hala değişmeden kullanılan bitmiş bir cihaz elde edebildi.
2. Bir dielektrikten yansıma. Burada optimal geliş açısını seçmek ve dereceyi hesaba katmak çok önemlidir. refraksiyon (iki ortamın ışık iletimindeki fark ne kadar büyük olursa, ışınlar o kadar fazla kırılır).
3. Anizotropik bir ortam kullanma. Çoğu zaman, bunun için uygun özelliklere sahip kristaller seçilir. Onlara bir ışık akısı yönlendirirseniz, çıkışta paralel ayrılmasını gözlemleyebilirsiniz.

İki dielektrik ara yüzeyinde yansıma ve kırılma üzerine ışığın polarizasyonu

Bu optik fenomen, İskoçya'dan bir fizikçi tarafından keşfedildi. 1815 yılında David Brewster. Çıkardığı yasa, belirli bir ışık açısındaki iki dielektrikin göstergeleri arasındaki ilişkiyi gösterdi. Koşulları seçersek, iki ortamın arayüzünden yansıyan ışınlar, geliş açısına dik bir düzlemde polarize olacaktır.

Brewster yasasının bir örneği.

Araştırmacı, kırılan ışının geliş düzleminde kısmen polarize olduğunu kaydetti. Bu durumda, ışığın tamamı yansıtılmaz, bir kısmı kırılan ışına gider. Brewster açısı hangi açı yansıyan ışık tamamen polarize. Bu durumda yansıyan ve kırılan ışınlar birbirine diktir.

Bu fenomenin nedenini anlamak için aşağıdakileri bilmeniz gerekir:

1. Herhangi bir elektromanyetik dalgada, elektrik alanının salınımları her zaman hareketinin yönüne diktir.
2. Süreç iki aşamaya ayrılmıştır. İlkinde, gelen dalga dielektrik moleküllerinin uyarılmasına neden olur, ikincisinde kırılan ve yansıyan dalgalar ortaya çıkar.

Deneyde bir plastik kuvars veya uygun başka bir mineral kullanılıyorsa, yoğunluk düzlem polarize ışık küçük olacaktır (toplam yoğunluğun yaklaşık %4'ü). Ancak bir plaka yığını kullanırsanız, performansta önemli bir artış elde edebilirsiniz.

Bu arada! Brewster yasası, Fresnel formülleri kullanılarak da türetilebilir.

Işığın bir kristal tarafından polarizasyonu

Sıradan dielektrikler anizotropiktir ve onlara çarptığında ışığın özellikleri esas olarak gelme açısına bağlıdır. Kristallerin özellikleri farklıdır, ışık onlara çarptığında, ışınların çift kırılmasının etkisini gözlemleyebilirsiniz.Bu kendini şu şekilde gösterir: yapıdan geçerken, farklı yönlere giden iki kırılmış ışın oluşur, hızları da farklıdır.

Çoğu zaman, deneylerde tek eksenli kristaller kullanılır. İçlerinde, kırılma ışınlarından biri standart yasalara uyar ve sıradan olarak adlandırılır. İkincisi farklı şekilde oluşturulur, buna olağanüstü denir, çünkü kırılmasının özellikleri olağan kanonlara karşılık gelmez.

Diyagramda çift kırılma böyle görünüyor.

Kristali döndürürseniz, sıradan ışın değişmeden kalır ve olağanüstü olan daire etrafında hareket eder. Çoğu zaman, kalsit veya İzlanda spar, araştırma için çok uygun oldukları için deneylerde kullanılır.

Bu arada! Çevreye kristalden bakarsanız, tüm nesnelerin ana hatları ikiye bölünecektir.

Kristallerle yapılan deneylere dayanarak Étienne Louis Malus kanunu 1810'da formüle etti adını aldığı yıl. Kristaller bazında yapılmış bir polarizörden geçtikten sonra lineer polarize ışığın açık bir bağımlılığını çıkardı. Işının kristalden geçtikten sonra şiddeti, gelen ışının polarizasyon düzlemi ile filtre arasında oluşan açının kosinüsünün karesi ile orantılı olarak azalır.

Video dersi: Işığın polarizasyonu, fizik 11. Sınıf.

Işık polarizasyonunun pratik uygulaması

Söz konusu fenomen, günlük yaşamda göründüğünden çok daha sık kullanılmaktadır. Elektromanyetik dalgaların yayılma yasaları bilgisi, çeşitli ekipmanların yaratılmasına yardımcı oldu. Ana seçenekler şunlardır:

1. Kameralar için özel polarize filtreler, fotoğraf çekerken parlamadan kurtulmanızı sağlar.
2. Bu etkiye sahip gözlükler, karşıdan gelen araçların farlarındaki parlamayı ortadan kaldırdıkları için sürücüler tarafından sıklıkla kullanılır.Sonuç olarak, uzun farlar bile sürücünün gözünü kamaştırmaz ve bu da güvenliği artırır.
   Parlama olmaması polarizasyonun etkisinden kaynaklanmaktadır.
3. Jeofizikte kullanılan ekipman, bulut kütlelerinin özelliklerini incelemeyi mümkün kılar. Ayrıca bulutlardan geçerken güneş ışığının polarizasyon özelliklerini incelemek için kullanılır.
4. Kozmik bulutsuları polarize ışıkta fotoğraflayan özel yerleştirmeler, orada ortaya çıkan manyetik alanların özelliklerini incelemeye yardımcı olur.
5. Mühendislik endüstrisinde, sözde fotoelastik yöntem kullanılır. Bununla birlikte, düğümlerde ve parçalarda meydana gelen stres parametrelerini net bir şekilde belirleyebilirsiniz.
6. Teçhizat Kullanılmış tiyatro sahnesi yaratırken ve konser tasarımında. Bir diğer uygulama alanı ise vitrinler ve sergi stantlarıdır.
7. Bir kişinin kanındaki şeker seviyesini ölçen cihazlar. Polarizasyon düzleminin dönme açısını belirleyerek çalışırlar.
8. Birçok gıda endüstrisi işletmesi, belirli bir çözeltinin konsantrasyonunu belirleyebilen ekipman kullanır. Polarizasyon özelliklerini kullanarak proteinlerin, şekerlerin ve organik asitlerin içeriğini kontrol edebilen cihazlar da vardır.
9. 3D sinematografi, makalede ele alınan fenomenin kullanımıyla tam olarak çalışır.

Bu arada! Tüm likit kristal monitörlere ve TV'lere aşina olan, aynı zamanda polarize bir akış temelinde çalışır.

Polarizasyonun temel özelliklerini bilmek, etrafta meydana gelen birçok etkiyi açıklamanıza olanak tanır. Ayrıca bu fenomen bilim, teknoloji, tıp, fotoğrafçılık, sinema ve daha birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır.