Fænomenet polarisering af lys. Anvendelse af lyspolarisering Hvad er fænomenet polarisering

Mange mennesker anser lyspolarisering for at være et fænomenalt fænomen, der er meget brugt og brugt i teknologi og næsten aldrig forekommer i hverdagen. Faktisk er et sådant udsagn ikke helt korrekt, hvilket blev bevist i en artikel af den hollandske fysiker G. Kennen.

Generelt koncept

Fra et videnskabeligt synspunkt er polarisering af lys orienteringen i rummet af lysvibrationer, der er vinkelrette på bølgens bevægelsesretning. En lysstråle består af mange simple elementer kaldet kvanter. Retningen af deres svingninger kan være meget forskellig. I det tilfælde, hvor kvanterne adskiller sig i identisk orientering, kaldes lysfluxen polariseret. Afhængigt af andelen af sådanne partikler i en bestemt stråling ændres graden af polarisering.

Filtre

Der er en række filtre, der kun er i stand til at transmittere stråler med en bestemt orientering. Hvis du ser gennem dem på den polariserede lysflux og samtidig drejer dem, vil lysstyrken ændre sig. I det tilfælde, hvor lysets polarisering falder sammen med transmissionsretningen, bliver den maksimal, og når der er fuldstændig divergens, vil den være minimum. Du kan købe sådanne filtre i almindelige butikker, der er specialiseret i salg af fotografisk udstyr. Når man ser gennem dem på en klar himmel, forudsat at Solen er på siden, vil en stribe af sort farve blive synlig på et bestemt tidspunkt under rotation. Det er et bevis på, at lysbølgerne, der kommer fra denne del af himlen, er polariserede.

Haidinger figur

På et tidspunkt udførte den berømte fysiker fra USSR S.I. Vavilov forskning, baseret på resultaterne, som han fremlagde en interessant teori. Ifølge den er polariseringen af lys synlig uden nogen hjælpeanordninger for cirka hver fjerde person på planeten. Men de fleste af disse mennesker er ikke engang opmærksomme på tilstedeværelsen af en sådan funktion i deres egen vision. Når man ser på den samme blå himmel, vises en knap mærkbar gul stribe med let afrundede ender i midten af deres synsfelt. Der er også blege blålige pletter i midten og på kanterne. Når polarisationsplanet roteres, roterer striben også, fordi den altid er vinkelret på lysets vibrationer. I videnskaben er dette fænomen kendt som Haidinger-figuren. Den er opkaldt efter den tyske fysiker, der opdagede den i 1845. Hvis du bemærker det mindst én gang, kan evnen til at se denne plet udvikles. Det skal bemærkes, at når du bruger et blåt eller grønt filter, er Haidinger-figuren ret tydeligt synlig.

Eksempler på lyspolarisering og hvordan man fjerner den

Polariseringen af lys fra en klar himmel er kun det enkleste og mest udbredte eksempel på dette fænomen. Andre ret almindelige sager omfatter blænding, der ligger på glasmontre og vandoverfladen. Om nødvendigt kan de elimineres ved hjælp af specielle polaroidfiltre, som oftest bruges af fotografer. De bliver uundværlige, hvis du skal fange malerier eller museumsudstillinger beskyttet af glas på et foto. Princippet for deres drift er baseret på det faktum, at ethvert reflekteret lys, afhængigt af vinklen for dets indfald, har en eller anden grad af polarisering. Når du ser på en blænding, kan du således nemt vælge den vinkel på filteret, som den skal undertrykkes, indtil den forsvinder helt. Producenter af solbriller af høj kvalitet overholder et lignende princip. Takket være brugen af polaroidfiltre i deres glas er det muligt at fjerne forstyrrende blænding, der kommer fra overfladen af en våd motorvej eller havoverflade.

Umovs lov

Ethvert spredt lys fra himlen repræsenterer solens stråler, som har gennemgået adskillige refleksioner fra luftmolekyler, og som også er gået i stykker mere end én gang i iskrystaller eller vanddråber. Samtidig er polariseringsprocessen karakteristisk ikke kun for retningsbestemt refleksion (for eksempel fra vand), men også for diffus refleksion. I 1905 blev det bevist, at jo mørkere overfladen, hvorfra en lysbølge reflekteres, jo større er graden af polarisering. Dette gik over i historien som Umovs lov, opkaldt efter fysikeren, der formåede at bevise denne afhængighed. Hvis vi betragter det ved at bruge det elementære eksempel på en asfaltmotorvej, viser det sig, at den i våd tilstand er mere polariseret end i tør tilstand.

Ansøgning i historie

På trods af det faktum, at fænomenet polarisering først blev opdaget i 1871, var videnskabsmænd i stand til at forklare det i detaljer først i midten af forrige århundrede. Hvorom alting er, er der historisk bevis for, at den blev brugt af vikinge-sejlere til sejlads for mere end tusind år siden. I de fleste tilfælde var det vigtigste referencepunkt for dem solen. Men i overskyet vejr brugte de den såkaldte solsten. Der er al mulig grund til at tro, at det var en slags gennemsigtigt mineral, der havde polariserende egenskaber. Referencepunktet for dette var en mørkere stribe, der dukkede op på himlen. For at bevise historikernes antagelse og effektiviteten af denne form for navigation fløj en norsk pilot for nogen tid siden med et lille fly fra sit hjemland til Grønland, idet han kun brugte en krystal af cordierit, et mineral med egenskaber svarende til solsten, som en guide.

Polarisering og insekter

Polariseringen af lys er synlig for mange insekter. Dette gælder især for bier og myrer, som i overskyet vejr, takket være denne funktion, kan navigere i området og nemt vende tilbage til deres levesteder. Denne evne opnås på grund af strukturen af det visuelle system. Mens de lysfølsomme molekyler i det menneskelige øje og ethvert andet pattedyr er arrangeret tilfældigt, er de hos insekter orienteret i én retning og ligger i pæne rækker.

Polarisering af nogle optiske fænomener og himmellegemer

Polarisationseffekter er også karakteristiske for sådanne interessante naturfænomener som glorier (lysbuer, der opstår fra tid til anden omkring solen eller månen), regnbuer og visse typer nordlys. Dette skyldes det faktum, at i alle disse tilfælde forekommer lysreflektion og brydning samtidigt. Med andre ord, hvis du drejer filteret og ser gennem det på regnbuen, vil det på et vist tidspunkt blive næsten usynligt. Hvad angår polariseringen af nogle astronomiske legemer, var det mest slående eksempel på det Krabbetågen, som observeres i stjernebilledet Tyren. Faktum er, at lysstrålingen, der udsendes af den, opstår under bremsning af hurtigt flyvende elektroner af et magnetfelt.

Cirkulær polarisering

Nogle af sorterne af biller, hvis ryg har en metallisk glans, er i stand til at reflektere stråler og lede dem i en cirkel. Dette fænomen kaldes cirkulær polarisering af lys. Hvis du ser gennem et filter på den metalliske refleksion fra ryggen på disse insekter, vil du se, at den altid er snoet til venstre. Indtil vores tid har videnskabsmænd ikke været i stand til at forklare den biologiske betydning af dette fænomen.

Bølgeudbredelsesretningen;

Cirkulær polarisering - højre eller venstre, afhængigt af induktionsvektorens rotationsretning;

Elliptisk polarisering er et tilfælde mellem cirkulære og lineære polariseringer.

Inkohærent stråling må ikke være polariseret eller være helt eller delvist polariseret på nogen af de ovennævnte måder. I dette tilfælde forstås begrebet polarisering statistisk.

Når man betragter polarisering teoretisk, antages bølgen at udbrede sig horisontalt. Så kan vi tale om lodrette og vandrette lineære polariseringer af bølgen.

Lineær Cirkulær Elliptisk

Teori om fænomenet

En elektromagnetisk bølge kan dekomponeres (både teoretisk og praktisk) i to polariserede komponenter, for eksempel lodret og vandret polariseret. Andre nedbrydninger er mulige, for eksempel langs et andet par af indbyrdes vinkelrette retninger, eller i to komponenter med venstre og højre cirkulær polarisering. Når man forsøger at nedbryde en lineært polariseret bølge til cirkulære polarisationer (eller omvendt), vil der opstå to halvintensitetskomponenter.

Fra både et kvante- og et klassisk synspunkt kan polarisering beskrives med en todimensionel kompleks vektor ( Jones vektor). Fotonpolarisering er en implementering af q-bit.

Antennestråling har normalt lineær polarisering.

Ved at ændre polariseringen af lys, når det reflekteres fra en overflade, kan man bedømme overfladens struktur, optiske konstanter og prøvens tykkelse.

Hvis det spredte lys er polariseret, kan passagen af lys begrænses ved at bruge et polariserende filter med en anden polarisering. Intensiteten af lys, der passerer gennem polarisatorer, adlyder Malus' lov. Flydende krystal skærme fungerer efter dette princip.

Nogle levende væsner, såsom bier, er i stand til at skelne mellem lysets lineære polarisering, hvilket giver dem yderligere muligheder for orientering i rummet. Det er blevet opdaget, at nogle dyr, såsom påfuglmantis-rejen, er i stand til at skelne cirkulært polariseret lys, det vil sige lys med cirkulær polarisering.

Opdagelseshistorie

Opdagelsen af polariserede lysbølger blev forudgået af mange videnskabsmænds arbejde. I 1669 rapporterede den danske videnskabsmand E. Bartholin om sine forsøg med kalkspatkrystaller (CaCO3), oftest i form af et regulært rhombohedron, som blev bragt af søfolk, der vendte tilbage fra Island. Han var overrasket over at opdage, at en lysstråle, når den passerer gennem en krystal, deler sig i to stråler (nu kaldet almindelig og ekstraordinær). Bartolin foretog en grundig undersøgelse af fænomenet dobbelt brydning, som han opdagede, men kunne ikke give en forklaring på det. Tyve år efter E. Bartholins eksperimenter tiltrak hans opdagelse den hollandske videnskabsmand H. Huygens opmærksomhed. Han begyndte selv at studere egenskaberne af islandske spar-krystaller og forklarede fænomenet dobbelt brydning ud fra sin bølgeteori om lys. Samtidig introducerede han det vigtige koncept for en krystals optiske akse, når den roteres omkring hvilken der ikke er nogen anisotropi af krystallens egenskaber, dvs. deres afhængighed af retning (selvfølgelig har ikke alle krystaller en sådan akse ). I sine eksperimenter gik Huygens længere end Bartholin og sendte begge stråler, der dukkede op fra en islandsk spar-krystal, gennem en anden lignende krystal. Det viste sig, at hvis de optiske akser af begge krystaller er parallelle, så sker der ikke længere yderligere nedbrydning af disse stråler. Hvis den anden rhombohedron roteres 180 grader rundt om udbredelsesretningen af den almindelige stråle, vil den ekstraordinære stråle, når den passerer gennem den anden krystal, undergå et skift i den modsatte retning af skiftet i den første krystal, og begge stråler vil komme ud fra sådanne. et system forbundet i én stråle. Det viste sig også, at afhængigt af vinklen mellem krystallernes optiske akser ændres intensiteten af de almindelige og ekstraordinære stråler. Disse undersøgelser bragte Huygens tæt på opdagelsen af fænomenet polarisering af lys, men han var ikke i stand til at tage det afgørende skridt, da lysbølger i hans teori blev antaget at være langsgående. For at forklare H. Huygens' eksperimenter fremsatte I. Newton, der holdt sig til den korpuskulære teori om lys, ideen om fraværet af aksial symmetri af en lysstråle og tog derved et vigtigt skridt i retning af at forstå lysets polarisering . I 1808 bemærkede den franske fysiker E. Malus, som kiggede gennem et stykke islandsk sparre på vinduerne i Luxembourg-paladset i Paris, der funklede i strålerne fra den nedgående sol, til sin overraskelse, at der i en bestemt position af krystallen kun var ét billede. var synlig. Baseret på dette og andre eksperimenter og baseret på Newtons korpuskulære teori om lys, foreslog han, at blodlegemer i sollys er tilfældigt orienterede, men efter refleksion fra enhver overflade eller passerer gennem en anisotrop krystal, opnår de en bestemt orientering. Han kaldte sådan et "ordnet" lys polariseret.

Stokes parametre

Repræsentation af polarisering i form af Stokes-parametre på Poincaré-sfæren

Generelt har en plan monokromatisk bølge højrehåndet eller venstrehåndet elliptisk polarisering. De fuldstændige karakteristika for ellipsen er givet af tre parametre, for eksempel halvlængderne af siderne af rektangelet, hvori polarisationsellipsen er indskrevet EN 1 , EN 2 og faseforskellen φ, eller ellipsens halvakser -en , b og vinkel ψ mellem aksen x og ellipsens hovedakse. Det er praktisk at beskrive en elliptisk polariseret bølge baseret på Stokes-parametrene:

, ,

Kun tre af dem er uafhængige, fordi identiteten er sand:

Hvis vi introducerer hjælpevinklen χ, defineret af udtrykket (tegnet svarer til højre og venstre polarisation), så kan vi få følgende udtryk for Stokes-parametrene:

Baseret på disse formler er det muligt at karakterisere polariseringen af en lysbølge på en visuel geometrisk måde. I dette tilfælde fortolkes Stokes-parametrene, , som de kartesiske koordinater for et punkt, der ligger på overfladen af en kugle med radius. Vinklerne og har betydningen af de sfæriske vinkelkoordinater for dette punkt. Denne geometriske repræsentation blev foreslået af Poincaré, hvorfor denne sfære kaldes Poincaré-sfæren.

Sammen med , , bruges også de normaliserede Stokes-parametre , . Til polariseret lys .

se også

Litteratur

Akhmanov S.A., Nikitin S.Yu. - Fysisk optik, 2. udgave, M. - 2004.
Born M., Wolf E. - Fundamentals of Optics, 2. udgave, revideret, overs. fra engelsk, M. - 1973

Noter

Wikimedia Foundation. 2010.

Se, hvad "Polarisation of light" er i andre ordbøger:

Phys. optiske egenskaber stråling, der beskriver den tværgående anisotropi af lysbølger, dvs. ikke-ækvivalens af nedbrydning. retninger i et plan vinkelret på lysstrålen. De første indikationer på tværgående anisotropi af en lysstråle blev opnået... Fysisk encyklopædi

Moderne encyklopædi

Polarisering af lys- POLARISERING AF LYS, orden i orienteringen af intensitetsvektoren af de elektriske E- og magnetiske H-felter i en lysbølge i et plan vinkelret på lysets udbredelse. Skelne mellem lineær polarisering af lys, når E forbliver konstant... ... Illustreret encyklopædisk ordbog

polarisering af lys- polarisation En egenskab ved lys karakteriseret ved den spatio-temporale ordning af orienteringen af de magnetiske og elektriske vektorer. Bemærkninger 1. Afhængigt af bestillingstyperne skelner de mellem: lineær polarisering, elliptisk... ...

- (lat. fra polus). Egenskaben ved lysstråler, der, når de reflekteres eller brydes, mister evnen til at blive reflekteret eller brydes igen i kendte retninger. Ordbog over fremmede ord inkluderet i det russiske sprog. Chudinov A.N.,... ... Ordbog over fremmede ord i det russiske sprog

Ordenhed i orienteringen af intensitetsvektorerne for de elektriske E- og magnetiske H-felter i en lysbølge i et plan vinkelret på lysstrålen. Der skelnes mellem lineær polarisering af lys, når E opretholder en konstant retning (flad... ... Stor encyklopædisk ordbog

polarisering [af lys]- Ordningen af orienteringen af vektoren af lysbølgens elektromagnetiske felt i et plan vinkelret på lysstrålens udbredelsesretning; P. princippet bruges i designet af et polariserende mikroskop [Arefyev V.A., Lisovenko L.A.... ... Teknisk oversættervejledning

Polarisering polarisering [af lys]. Ordningen af orienteringen af den elektromagnetiske feltvektor af en lysbølge i et plan vinkelret på lysstrålens udbredelsesretning; P. princippet bruges i designet af et polariserende mikroskop... Molekylærbiologi og genetik. Ordbog.

polarisering af lys- šviesos poliarizacija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. polarisering af lys vok. Lichtpolarisering, f rus. polarisering af lys, f pranc. polarisation de la lumière, f … Fizikos terminų žodynas

Nu er det tid til at tale om, hvad essensen er polarisering af lys .

I den mest generelle forstand er det mere korrekt at tale om bølgepolarisering. Lyspolarisering, som et fænomen, er et særligt tilfælde af bølgepolarisering. Lys er trods alt elektromagnetisk stråling i det område, som opfattes af menneskelige øjne.

Hvad er polarisering af lys

Polarisering er et kendetegn ved tværgående bølger. Den beskriver positionen af vektoren for den oscillerende størrelse i et plan vinkelret på bølgens udbredelsesretning.

Hvis dette emne ikke blev diskuteret i universitetsforelæsninger, så vil du sandsynligvis spørge: hvad er denne oscillerende mængde, og hvilken retning er den vinkelret på?

Hvordan ser udbredelsen af lys ud, hvis vi ser på dette problem fra et fysisk synspunkt? Hvordan, hvor og hvad svinger, og hvor flyver det?

Lys er en elektromagnetisk bølge, som er karakteriseret ved elektriske feltstyrkevektorer E og magnetfeltstyrkevektoren N . Forresten kan interessante fakta om lysets natur læres fra vores artikel.

Ifølge teorien Maxwell , lysbølger er tværgående. Det betyder, at vektorerne E Og H indbyrdes vinkelret og oscillere vinkelret på bølgehastighedsvektoren.

Polarisering observeres kun ved tværgående bølger.

For at beskrive lysets polarisering er det nok kun at kende positionen af en af vektorerne. Normalt overvejes en vektor til dette E .

Hvis lysvektorens vibrationsretninger på en eller anden måde er ordnet, kaldes lyset polariseret.

Lad os tage lyset på billedet ovenfor. Det er bestemt polariseret, da vektoren E svinger i ét plan.

Hvis vektoren E svinger i forskellige planer med lige stor sandsynlighed, så kaldes et sådant lys naturligt lys.

Polarisering af lys er per definition adskillelse af stråler fra naturligt lys med en bestemt orientering af den elektriske vektor.

I øvrigt! Til vores læsere er der nu 10% rabat på enhver form for arbejde

Hvor kommer polariseret lys fra?

Det lys, vi ser omkring os, er oftest upolariseret. Lys fra pærer, sollys er lys, hvor spændingsvektoren svinger i alle mulige retninger. Men hvis din branche kræver, at du ser på en LCD-skærm hele dagen, skal du vide, at du ser polariseret lys.

For at observere fænomenet med polarisering af lys, skal du passere naturligt lys gennem et anisotropisk medium, som kaldes en polarisator og "afskærer" unødvendige vibrationsretninger og efterlader en.

Anisotropisk medium er et medium, der har forskellige egenskaber afhængigt af retningen i dette medium.

Krystaller bruges som polarisatorer. En af de naturlige krystaller, der længe har været brugt i eksperimenter til at studere lysets polarisering - turmalin.

En anden måde at producere polariseret lys på er ved refleksion fra et dielektrikum. Når lys falder på grænsefladen mellem to medier, opdeles strålen i reflekteret og brudt. I dette tilfælde er strålerne delvist polariserede, og graden af deres polarisering afhænger af indfaldsvinklen.

Forholdet mellem indfaldsvinklen og graden af polarisering af lys udtrykkes Brewsters lov .

Når lys rammer en grænseflade i en vinkel, hvis tangent er lig med det relative brydningsindeks for de to medier, er den reflekterede stråle lineært polariseret, og den brydte stråle er delvist polariseret med en overvægt af vibrationer, der ligger i strålens indfaldsplan. .

Lineært polariseret lys er lys, der er polariseret således, at vektoren E svinger kun i et bestemt plan.

Praktisk anvendelse af fænomenet polarisering af lys

Polarisering af lys er ikke kun et fænomen, der er interessant at studere. Det er meget brugt i praksis.

Et eksempel, som næsten alle kender, er 3D-film. Et andet eksempel er polariserede briller, hvor solens blænding på vandet ikke er synlig, og forlygterne på modkørende biler ikke blænder føreren. Polariserende filtre bruges i fotografisk teknologi, og bølgepolarisering bruges til at transmittere signaler mellem rumfartøjsantenner.

Polarisering er ikke det sværeste naturfænomen at forstå. Selvom du graver dybt og begynder at forstå de fysiske love, som den adlyder, kan der opstå vanskeligheder.

For ikke at spilde tid og overvinde vanskeligheder så hurtigt som muligt, søg råd og hjælp fra vores forfattere. Vi hjælper dig med at fuldføre dit essay, laboratoriearbejde og løse tests om emnet "polarisering af lys."

V. MURAKHVERI

Fænomenet lyspolarisering, studeret i både skole- og universitetsfysikkurser, forbliver i mange af os erindringer som et nysgerrigt optisk fænomen, der finder anvendelse i teknologi, men som ikke stødes på i hverdagen. Den hollandske fysiker G. Kennen viser i sin artikel publiceret i tidsskriftet Natuur en Techniek, at dette langt fra er sandt - polariseret lys omgiver os bogstaveligt talt.

Det menneskelige øje er meget følsomt over for lysets farve (det vil sige bølgelængde) og lysstyrke, men lysets tredje karakteristika, polarisering, er praktisk talt utilgængelig for det. Vi lider af "polarisationsblindhed".

I denne henseende er nogle repræsentanter for dyreverdenen meget mere avancerede end os. For eksempel skelner bier mellem lysets polarisering næsten lige så godt som farve eller lysstyrke. Og da polariseret lys ofte findes i naturen, får de mulighed for at se noget i verden omkring dem, som er fuldstændig utilgængeligt for det menneskelige øje.

Det er muligt at forklare en person, hvad polarisering er ved hjælp af specielle lysfiltre, han kan se, hvordan lyset ændrer sig, hvis vi "trækker" polariseringen fra det, men vi kan tilsyneladende ikke forestille os billedet af verden "gennem; øjne af en bi” (især fordi synet af insekter er forskelligt fra menneskets og i mange andre henseender).

Ris. 1. Diagram over strukturen af visuelle receptorer hos mennesker (venstre) og leddyr (højre). Hos mennesker er rhodopsin-molekyler placeret tilfældigt i folderne i den intracellulære membran, i leddyr - på celleudvækster, i pæne rækker

Polarisering er orienteringen af lysbølgesvingninger i rummet. Disse vibrationer er vinkelrette på lysstrålens bevægelsesretning. En elementær lyspartikel (lyskvante) er en bølge, der for klarhedens skyld kan sammenlignes med en bølge, der vil løbe langs et reb, hvis du efter at have sikret den ene ende ryster den anden med hånden. Rebets vibrationsretning kan være forskellig afhængig af i hvilken retning rebet rystes. På samme måde kan en kvantebølges vibrationsretning være forskellig. En lysstråle består af mange kvanter. Hvis deres vibrationer er forskellige, er sådant lys ikke polariseret, men hvis alle kvanter har absolut samme orientering, kaldes lyset fuldstændigt polariseret. Graden af polarisering kan være forskellig afhængig af, hvilken brøkdel af kvantaet i den, der har samme vibrationsorientering.

Der er filtre, der kun transmitterer den del af lyset, hvis bølger er orienteret på en bestemt måde. Hvis man ser på polariseret lys gennem et sådant filter og samtidig drejer filteret, vil lysstyrken af det transmitterede lys ændre sig. Den vil være maksimal, når transmissionsretningen af filteret falder sammen med lysets polarisering og minimum, når disse retninger er fuldstændig (90°) divergerende. Et filter kan detektere polarisering større end omkring 10 %, og specialudstyr detekterer polarisering i størrelsesordenen 0,1 %.

Polariserende filtre, eller polaroids, sælges i fotografiske forsyningsforretninger. Hvis du ser gennem et sådant filter på en klar blå himmel (når det er overskyet, er effekten meget mindre udtalt) cirka 90 grader fra Solens retning, det vil sige, så Solen er på siden, og samtidig gang drej filteret, så kan du tydeligt se, at der ved en bestemt position af filteret på himlen vises en mørk stribe. Dette indikerer polariseringen af lyset, der kommer fra denne del af himlen.

Polaroid-filteret afslører for os et fænomen, som bier ser med det "enkle øje". Men tro ikke, at bierne ser den samme mørke stribe på himlen. Vores situation kan sammenlignes med en fuldstændig farveblind person, en person, der ikke er i stand til at se farver. Enhver, der kun skelner mellem sort, hvid og forskellige nuancer af grå, kunne ved at se på verden omkring ham skiftevis gennem filtre af forskellige farver bemærke, at verdensbilledet ændrer sig noget.

For eksempel, gennem et rødt filter, ville en rød valmue mod en baggrund af grønt græs se anderledes ud gennem et gult filter, hvide skyer ville stå stærkere ud mod en blå himmel. Men filtre ville ikke hjælpe en farveblind person med at forstå, hvordan verden for en person med farvesyn ser ud. Ligesom farvefiltre fortæller en farveblind person, kan et polariserende filter kun fortælle os, at lys har en egenskab, som ikke opfattes af øjet.

Polariseringen af lys, der kommer fra den blå himmel, kan bemærkes af nogle med det blotte øje. Ifølge den berømte sovjetiske fysiker akademiker S.I. Vavilov, 25...30% af mennesker har denne evne, selvom mange af dem ikke er klar over det.

Når man observerer en overflade, der udsender polariseret lys (for eksempel den samme blå himmel), kan sådanne mennesker bemærke en svag gul stribe med afrundede ender i midten af synsfeltet.

Ris. 2.

De blålige pletter i midten og langs kanterne er endnu mindre mærkbare. Hvis lysets polariseringsplan roterer, roterer den gule stribe. Det er altid vinkelret på retningen af lysvibrationer. Dette er den såkaldte Haidinger-figur, den blev opdaget af den tyske fysiker Haidinger i 1845.

Evnen til at se denne figur kan udvikles, hvis du formår at bemærke det mindst én gang. Det er interessant, at Leo Tolstoy tilbage i 1855, uden at være bekendt med Haidingers artikel, udgivet ni år tidligere i et tysk fysiktidsskrift, skrev ("Ungdom", kapitel XXXII): "... Jeg forlader ufrivilligt bogen og kigger ind i åben dør til altanen, ind i de krøllede hængegrene af høje birketræer, hvorpå aftenskyggen allerede sætter sig, og ind i den klare himmel, hvori, mens man ser godt efter, pludselig dukker en støvet gullig plet op og forsvinder igen... Sådan var iagttagelsesevnen hos den store forfatter.

Ris. 3.

I upolariseret lys (1) forekommer oscillationer af de elektriske og magnetiske komponenter i en række forskellige planer, som kan reduceres til de to fremhævede i denne figur. Men der er ingen vibrationer langs strålens udbredelsesvej (lys, i modsætning til lyd, er ikke langsgående vibrationer). I polariseret lys (2) identificeres ét vibrationsplan.

I lys polariseret i en cirkel (cirkulært) er dette plan snoet i rummet af en skrue (3). Et forenklet diagram forklarer, hvorfor reflekteret lys er polariseret (4). Som allerede nævnt kan alle oscillationsplaner, der findes i strålen, reduceres til to, de er vist med pile. En af pilene ser på os og er konventionelt synlig for os som en prik. Efter at lyset er reflekteret, falder en af svingningsretningerne i den sammen med strålens nye udbredelsesretning, og elektromagnetiske oscillationer kan ikke rettes langs deres udbredelsesvej.

Heidingers figur kan ses meget tydeligere, når den ses gennem et grønt eller blåt filter.

Polariseringen af lys, der kommer fra en klar himmel, er blot ét eksempel på polariseringsfænomener i naturen. Et andet almindeligt tilfælde er polarisering af reflekteret lys, blænding, for eksempel, der ligger på overfladen af vand eller glasmontre.

Faktisk er fotografiske polaroidfiltre designet, så fotografen om nødvendigt kan fjerne disse forstyrrende blændinger (for eksempel ved fotografering af bunden af et lavvandet vandområde eller fotografering af malerier og museumsudstillinger beskyttet af glas). Polaroidernes virkning i disse tilfælde er baseret på det faktum, at det reflekterede lys er polariseret i en eller anden grad (graden af polarisering afhænger af lysets indfaldsvinkel og i en bestemt vinkel, forskellig for forskellige stoffer - dvs. -kaldet Brewster-vinkel - det reflekterede lys er fuldstændig polariseret). Ser man nu på blændingen gennem et Polaroid-filter, er det ikke svært at vælge en rotation af filtret, der helt eller væsentligt undertrykker blændingen.

Brugen af polaroidfiltre i solbriller eller en forrude giver dig mulighed for at fjerne forstyrrende, blændende blænding fra havets overflade eller en våd motorvej.

Hvorfor er reflekteret lys og spredt lys fra himlen polariseret? Et komplet og matematisk stringent svar på dette spørgsmål er uden for rammerne af en lille populærvidenskabelig publikation (læsere kan finde det i litteraturen, en liste over hvilke er givet i slutningen af artiklen). Polarisering i disse tilfælde skyldes det faktum, at vibrationer selv i en upolariseret stråle allerede er "polariseret" i en vis forstand: lys, i modsætning til lyd, er ikke langsgående, men tværgående vibrationer. Der er ingen svingninger i strålen langs dens udbredelsesvej (se diagram). Oscillationer af både de magnetiske og elektriske komponenter af elektromagnetiske bølger i en upolariseret stråle er rettet i alle retninger fra dens akse, men ikke langs denne akse. Alle retninger af disse vibrationer kan reduceres til to, indbyrdes vinkelrette. Når strålen reflekteres fra planet, ændrer den retning, og en af de to vibrationsretninger bliver "forbudt", da den falder sammen med strålens nye udbredelsesretning. Strålen bliver polariseret. I et gennemsigtigt stof går en del af lyset dybere, idet det brydes, og det brydte lys er også polariseret, dog i mindre grad end reflekteret lys.

Himlens diffuse lys er intet andet end sollys, der har gennemgået flere refleksioner fra luftmolekyler, brudt i vanddråber eller iskrystaller. Derfor er den i en bestemt retning fra Solen polariseret. Polarisering forekommer ikke kun med retningsbestemt refleksion (for eksempel fra en vandoverflade), men også med diffus refleksion. Ved hjælp af et polaroidfilter er det således nemt at verificere, at lyset, der reflekteres fra motorvejens overflade, er polariseret. I dette tilfælde virker en forbløffende afhængighed: Jo mørkere overfladen er, jo mere polariseret er lyset, der reflekteres fra den.

Dette forhold kaldes Umovs lov, opkaldt efter den russiske fysiker, der opdagede det i 1905. Ifølge Umovs lov er en asfaltmotorvej mere polariseret end en beton, og en våd er mere polariseret end en tør. En våd overflade er ikke kun mere skinnende, men den er også mørkere end en tør overflade.

Bemærk, at lys, der reflekteres fra overfladen af metaller (inklusive fra spejle - hvert spejl er trods alt dækket af et tyndt lag metal) ikke er polariseret. Dette skyldes den høje ledningsevne af metaller, på grund af det faktum, at de har mange frie elektroner. Refleksion af elektromagnetiske bølger fra sådanne overflader sker anderledes end fra dielektriske, ikke-ledende overflader.

Polariseringen af himmellys blev opdaget i 1871 (ifølge andre kilder selv i 1809), men en detaljeret teoretisk forklaring på dette fænomen blev først givet i midten af vores århundrede. Men som historikere, der studerer de gamle skandinaviske sagaer om vikingerejserne, har opdaget, brugte modige sømænd for næsten tusind år siden himlens polarisering til at navigere. Normalt sejlede de, styret af Solen, men da solen var skjult bag kontinuerlige skyer, hvilket ikke er ualmindeligt på nordlige breddegrader, kiggede vikingerne på himlen gennem en særlig "solsten", som gjorde det muligt at se en mørk stribe på himlen 90° fra Solens retning, hvis skyerne ikke er for tætte. Ud fra denne stribe kan du vurdere, hvor Solen er. "Solsten" er tilsyneladende et af de gennemsigtige mineraler med polariserende egenskaber (sandsynligvis islandspar, udbredt i Nordeuropa), og udseendet af en mørkere stribe på himlen forklares med, at selvom Solen ikke er synlig bagved skyer, lyset fra himlen, der trænger gennem skyerne, forbliver til en vis grad polariseret. For adskillige år siden, ved at teste denne antagelse fra historikere, fløj en pilot et lille fly fra Norge til Grønland og brugte kun en krystal af det lyspolariserende mineral cordierit som navigationsanordning.

Det er allerede blevet sagt, at mange insekter, i modsætning til mennesker, ser lysets polarisering. Bier og myrer, ikke værre end vikinger, bruger denne evne til at navigere i tilfælde, hvor Solen er dækket af skyer. Hvad giver insektøjet denne evne? Faktum er, at i øjet på pattedyr (inklusive mennesker) er molekylerne af det lysfølsomme pigment rhodopsin arrangeret tilfældigt, og i et insekts øje er de samme molekyler arrangeret i pæne rækker, orienteret i én retning, hvilket tillader dem til at reagere stærkere på lyset, hvis vibrationer svarer til molekylernes placeringsplan. Haidinger-figuren kan ses, fordi en del af vores nethinde er dækket af tynde, parallelle fibre, der delvist polariserer lyset.

Besynderlige polarisationseffekter observeres også i sjældne himmelske optiske fænomener som regnbuer og haloer. Det faktum, at regnbuelys er meget polariseret, blev opdaget i 1811. Ved at dreje Polaroid-filteret kan du gøre regnbuen næsten usynlig. Lyset fra en glorie er også polariseret - lysende cirkler eller buer, der nogle gange optræder omkring Solen og Månen. I dannelsen af både regnbuer og haloer, sammen med brydning, er refleksion af lys involveret, og begge disse processer fører, som vi allerede ved, til polarisering. Nogle typer nordlys er også polariserede.

Endelig skal det bemærkes, at lyset fra nogle astronomiske objekter også er polariseret. Det mest berømte eksempel er Krabbetågen i stjernebilledet Tyren. Lyset, den udsender, er såkaldt synkrotronstråling, som opstår, når hurtigt bevægende elektroner bremses af et magnetfelt. Synkrotronstråling er altid polariseret.

Tilbage på Jorden forvandler nogle arter af biller, som har en metallisk glans, lys, der reflekteres fra deres ryg, til cirkulært polariseret lys. Dette er navnet på polariseret lys, hvis polariseringsplan er snoet i rummet på en spiralformet måde, til venstre eller højre. Den metalliske refleksion af bagsiden af en sådan bille, når den ses gennem et specielt filter, der afslører cirkulær polarisering, viser sig at være venstrehåndet. Alle disse biller tilhører skarabéfamilien Den biologiske betydning af det beskrevne fænomen er stadig ukendt.

Anvendelserne af lyspolarisering til praktiske behov er ret forskellige. Nogle applikationseksempler blev således udviklet for mange år siden, men bliver fortsat brugt i dag. Andre applikationseksempler er netop ved at blive implementeret

Figur 1. Anvendelse af lyspolarisering. Author24 - online udveksling af studerendes værker

I metodisk forstand har de alle én fælles egenskab - enten bidrager de til løsningen af specifikke problemer i fysikken, eller er fuldstændig utilgængelige i forhold til andre metoder, eller tillader dem at blive løst på en ikke-standardiseret, men samtidig tid mere effektiv og effektiv måde.

Fænomenet polarisering af lys

For at blive mere fortrolig med anvendelsen af lyspolarisering bør man forstå essensen af selve polariseringsfænomenet.

Definition 1

Fænomenet polarisering af lys er et optisk fænomen, der har fundet sin anvendelse i teknisk forstand, men som ikke stødes på i hverdagen. Polariseret lys omgiver os bogstaveligt talt, men selve polariseringen forbliver praktisk talt utilgængelig for det menneskelige øje. Vi lider således af "polarisationsblindhed".

Naturligt lys er skabt af solen (eller en anden almindelig kilde, såsom en lampe), og er en samling af bølger, der udsendes af et stort antal atomer.

En polariseret bølge vil blive betragtet som en tværgående bølge, hvor alle partikler oscillerer inden for samme plan. I dette tilfælde kan det opnås takket være en gummisnor, hvis du placerer en speciel barriere med en tynd slids i sin vej. Spalten vil til gengæld kun overføre vibrationer, der forekommer langs den. En planpolariseret bølge udsendes af et individuelt atom.

Eksempler på lyspolarisering og Umovs lov

Der er mange forskellige eksempler på polariseret lys i naturen. I dette tilfælde kan du overveje de mest almindelige af dem:

Det enkleste og mest kendte eksempel på polarisering er den klare himmel, som anses for at være dens kilde.
Andre almindelige sager omfatter blænding på glasmontre og vandoverflader. Om nødvendigt fjernes de ved hjælp af passende polaroidfiltre, som ofte bruges af fotografer. Disse filtre bliver uundværlige, hvis det er nødvendigt at fotografere malerier eller udstillinger fra et museum beskyttet af glas.

Funktionsprincippet for ovenstående filtre er baseret på det faktum, at absolut ethvert reflekteret lys (afhængigt af indfaldsvinklen) er kendetegnet ved en vis grad af polarisering. Når man ser på blændingen, kan man således nemt vælge den optimale vinkel på filteret, som den undertrykkes, indtil den helt forsvinder.

Producenter af højkvalitets solbriller med solfiltre bruger et lignende princip. Ved at bruge polaroidfiltre i deres glas fjernes de blændinger, der forstyrrer. De kommer til gengæld fra overfladen af en våd motorvej eller havet.

Note 1

Den effektive anvendelse af fænomenet polarisering demonstreres af Umovs lov: ethvert spredt lys fra himlen er solstråler, der tidligere har gennemgået flere refleksioner fra luftmolekyler og gentagne gange er blevet brudt i dråber af vand eller iskrystaller. Samtidig vil polariseringsprocessen ikke kun være karakteristisk for retningsbestemt refleksion (f.eks. fra vand), men også for diffus refleksion.

I 1905 fremlagde fysikere bevis for teorien om, at jo mørkere overfladen af refleksionen af en lysbølge er, jo højere grad af polarisering, og det var denne afhængighed, der blev bevist i Umovs lov. Hvis vi betragter dette forhold ved at bruge et specifikt eksempel på en asfaltmotorvej, viser det sig, at når den er våd, bliver den mere polariseret sammenlignet med, når den er tør.

Anvendelse af polarisering af lys i historien og i hverdagen

Polarisering af lys viser sig således at være et vanskeligt fænomen at studere, men vigtigt med hensyn til brede praktiske anvendelser i fysik. I praksis forekommer følgende eksempler i hverdagen:

Et slående eksempel, kendt for alle, er 3D-film.
Et andet almindeligt eksempel er polariserede solbriller, som blokerer for solens blænding fra vand og forlygter på motorvejen.
Såkaldte polariserende filtre bruges i fotografisk teknologi, og bølgepolarisering bruges til at transmittere signaler mellem antenner på forskellige rumfartøjer.
En af lysteknologiens vigtigste daglige opgaver er den gradvise ændring og regulering af intensiteten af lysstrømme. At løse dette problem ved hjælp af et par polarisatorer (Polaroids) har visse fordele i forhold til andre kontrolmetoder. Polaroids kan fremstilles i store formater, hvilket indebærer brugen af sådanne par ikke kun i laboratorieinstallationer, men også i vinduerne på dampskibe, vinduer på jernbanevogne osv.
Et andet eksempel er polariseringsblokering, der bruges i belysningsudstyr på arbejdspladsen, der kræver, at operatører for eksempel ser en oscilloskopskærm og visse tabeller, kort eller grafer samtidigt.
Polaroids kan være nyttige for dem, hvis arbejde er relateret til vand (sejlere, fiskere), for at slukke delvist polariseret blænding reflekteret fra vandet.

Figur 2. Anvendelse af polariserende enheder. Author24 - online udveksling af studerendes værker

Note 2

Dæmpning af reflekteret lys under forhold med normal eller næsten normal indfaldsevne kan opnås ved brug af cirkulære polarisatorer. Tidligere har videnskaben bevist, at i dette tilfælde omdannes højre cirkulært lys til venstre cirkulært lys (og omvendt). Den samme polarisator, der således skaber en cirkulær polarisering af det indfaldende lys, vil fremkalde quenching af det reflekterede lys.

Inden for astrofysik, spektroskopi og lysteknik anvendes såkaldte polarisationsfiltre i vid udstrækning, hvilket gør det muligt at isolere smalle bånd fra det spektrum, der undersøges, og fremkalde ændringer i mætning eller farvenuancer.

Virkningen af sådanne filtre er baseret på egenskaberne af de grundlæggende parametre for faseplader (dikroisme af polaroider) og polarisatorer, som er direkte afhængige af bølgelængden. Af denne grund kan forskellige kombinationer af sådanne enheder bruges til at ændre den spektrale energifordeling i lysstrømme.

Eksempel 1

Så for eksempel vil et par kromatiske polaroids, som er karakteriseret ved dikroisme udelukkende inden for den synlige sfære, begynde at transmittere rødt lys i en krydset position og kun hvid i en parallel position. En sådan simpel enhed vil være effektiv i praktiske applikationer til belysning af mørkerum.

Således er anvendelsesområdet for lyspolarisering ret forskelligt. Af denne grund får studiet af fænomenet polarisering sin særlige relevans.