Was ist Lichtpolarisation und ihre praktische Anwendung?

Polarisiertes Licht unterscheidet sich von normalem Licht in seiner Verteilung. Es wurde vor langer Zeit entdeckt und wird sowohl für physikalische Experimente als auch im Alltag verwendet, um einige Messungen durchzuführen. Es ist nicht schwierig, das Phänomen der Polarisation zu verstehen. Auf diese Weise können Sie das Funktionsprinzip einiger Geräte verstehen und herausfinden, warum sich Licht unter bestimmten Bedingungen nicht wie gewohnt ausbreitet.

Vergleich von Fotos ohne Polarisationsfilter und damit, im zweiten Fall gibt es fast keine Blendung.

Was ist lichtpolarisation

Die Polarisation des Lichts beweist, dass Licht eine Transversalwelle ist. Das heißt, wir sprechen allgemein von der Polarisation elektromagnetischer Wellen, und Licht ist eine der Sorten, deren Eigenschaften allgemeinen Regeln unterliegen.

Polarisation ist eine Eigenschaft von Transversalwellen, deren Schwingungsvektor immer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung von Licht oder etwas anderem steht.Das heißt, wenn Sie aus den Lichtstrahlen mit der gleichen Polarisation des Vektors auswählen, ist dies das Phänomen der Polarisation.

Meistens sehen wir unpolarisiertes Licht um uns herum, da sich sein Intensitätsvektor in alle möglichen Richtungen bewegt. Um es zu polarisieren, wird es durch ein anisotropes Medium geleitet, das alle Schwingungen abschneidet und nur eine übrig lässt.

Vergleich von gewöhnlichem und polarisiertem Licht.

Wer hat das Phänomen entdeckt und was beweist es?

Das betrachtete Konzept wurde zum ersten Mal in der Geschichte von einem berühmten britischen Wissenschaftler verwendet I. Newton im Jahre 1706. Aber ein anderer Forscher erklärte seine Natur - James Maxwell. Damals war die Natur der Lichtwellen nicht bekannt, aber mit der Anhäufung verschiedener Fakten und den Ergebnissen verschiedener Experimente tauchten immer mehr Beweise für die Transversalität elektromagnetischer Wellen auf.

Der erste, der Experimente auf diesem Gebiet durchführte, war ein niederländischer Forscher Huygens, das geschah 1690. Er leitete Licht durch eine Platte aus isländischem Holm, wodurch er die Queranisotropie des Strahls entdeckte.

Der erste Beweis für die Polarisation von Licht in der Physik wurde von einem französischen Forscher erhalten E. Malus. Er verwendete zwei Turmalinplatten und entwickelte schließlich ein nach ihm benanntes Gesetz. Dank zahlreicher Experimente wurde die Transversalität von Lichtwellen nachgewiesen, was dazu beitrug, ihre Natur und Ausbreitungseigenschaften zu erklären.

Woher kommt die Polarisation des Lichts und wie bekommt man sie selbst

Das meiste Licht, das wir sehen, ist nicht polarisiert. Sonne, künstliches Licht - ein Lichtstrom mit einem in verschiedene Richtungen oszillierenden Vektor, breitet sich uneingeschränkt in alle Richtungen aus.

Polarisiertes Licht entsteht, nachdem es ein anisotropes Medium passiert hat, das unterschiedliche Eigenschaften haben kann. Diese Umgebung beseitigt die meisten Schwankungen und lässt das Einzige übrig, das den gewünschten Effekt liefert.

Meistens wirken Kristalle als Polarisator. Wurden früher hauptsächlich natürliche Materialien verwendet (zum Beispiel Turmalin), gibt es heute viele Möglichkeiten künstlichen Ursprungs.

Auch kann polarisiertes Licht durch Reflexion von jedem Dielektrikum erhalten werden. Die Quintessenz ist, wann Lichtstrom es wird an der Verbindungsstelle zweier Medien gebrochen. Dies ist leicht zu erkennen, indem man einen Bleistift oder eine Tube in ein Glas Wasser hält.

Dieses Prinzip wird in Polarisationsmikroskopen verwendet.

Während des Phänomens der Lichtbrechung wird ein Teil der Strahlen polarisiert. Der Grad der Ausprägung dieses Effekts hängt vom Standort ab Lichtquelle und der Winkel seines Einfalls relativ zum Brechungspunkt.

Was die Methoden zum Erhalten von polarisiertem Licht betrifft, wird unabhängig von den Bedingungen eine von drei Optionen verwendet:

1. Prism Nicolas. Es ist nach dem schottischen Entdecker Nicolas William benannt, der es 1828 erfand. Er hat lange experimentiert und konnte nach 11 Jahren ein fertiges Gerät bekommen, das immer noch unverändert verwendet wird.
2. Reflexion an einem Dielektrikum. Hier ist es sehr wichtig, den optimalen Einfallswinkel zu wählen und den Grad zu berücksichtigen Brechung (Je größer der Unterschied in der Lichtdurchlässigkeit der beiden Medien ist, desto stärker werden die Strahlen gebrochen).
3. Verwendung einer anisotropen Umgebung. Meistens werden dafür Kristalle mit geeigneten Eigenschaften ausgewählt. Wenn Sie einen Lichtstrom darauf richten, können Sie am Ausgang dessen parallele Trennung beobachten.

Polarisation von Licht bei Reflexion und Brechung an der Grenzfläche zweier Dielektrika

Dieses optische Phänomen wurde von einem Physiker aus Schottland entdeckt David Brewster im Jahr 1815. Das von ihm abgeleitete Gesetz zeigte die Beziehung zwischen den Indikatoren zweier Dielektrika bei einem bestimmten Lichteinfallswinkel. Wenn wir die Bedingungen wählen, werden die von der Grenzfläche zweier Medien reflektierten Strahlen in einer Ebene senkrecht zum Einfallswinkel polarisiert.

Eine Illustration des Brewsterschen Gesetzes.

Der Forscher stellte fest, dass der gebrochene Strahl in der Einfallsebene teilweise polarisiert ist. In diesem Fall wird nicht das gesamte Licht reflektiert, ein Teil davon geht in den gebrochenen Strahl. Brewster-Winkel ist der Winkel, in dem reflektiertes Licht völlig polarisiert. In diesem Fall stehen der reflektierte und der gebrochene Strahl senkrecht aufeinander.

Um den Grund für dieses Phänomen zu verstehen, müssen Sie Folgendes wissen:

1. Bei jeder elektromagnetischen Welle sind die Schwingungen des elektrischen Feldes immer senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung.
2. Der Prozess ist in zwei Phasen unterteilt. Im ersten Fall werden durch die einfallende Welle die Moleküle des Dielektrikums angeregt, im zweiten treten gebrochene und reflektierte Wellen auf.

Wenn im Experiment ein Kunststoff aus Quarz oder einem anderen geeigneten Mineral verwendet wird, Intensität Ebene polarisiertes Licht wird klein sein (ungefähr 4 % der Gesamtintensität). Wenn Sie jedoch einen Plattenstapel verwenden, können Sie eine deutliche Leistungssteigerung erzielen.

Übrigens! Das Brewstersche Gesetz kann auch unter Verwendung der Fresnelschen Formeln abgeleitet werden.

Polarisation von Licht durch einen Kristall

Gewöhnliche Dielektrika sind anisotrop und die Eigenschaften des Lichts, wenn es auf sie trifft, hängen hauptsächlich vom Einfallswinkel ab. Die Eigenschaften der Kristalle sind unterschiedlich, wenn Licht auf sie trifft, können Sie den Effekt der Doppelbrechung der Strahlen beobachten.Dies äußert sich wie folgt: Beim Durchgang durch die Struktur entstehen zwei gebrochene Strahlen, die in unterschiedliche Richtungen gehen, auch ihre Geschwindigkeiten unterscheiden sich.

Am häufigsten werden in Experimenten einachsige Kristalle verwendet. In ihnen gehorcht einer der Brechungsstrahlen Standardgesetzen und wird als gewöhnlich bezeichnet. Die zweite ist anders geformt, sie wird als außergewöhnlich bezeichnet, da die Merkmale ihrer Brechung nicht den üblichen Kanonen entsprechen.

So sieht die Doppelbrechung im Diagramm aus.

Wenn Sie den Kristall drehen, bleibt der gewöhnliche Strahl unverändert und der außergewöhnliche Strahl bewegt sich um den Kreis. Am häufigsten werden Calcit oder Isländischer Spat in Experimenten verwendet, da sie sich gut für die Forschung eignen.

Übrigens! Wenn Sie die Umgebung durch den Kristall betrachten, werden die Umrisse aller Objekte in zwei Teile geteilt.

Basierend auf Experimenten mit Kristallen Étienne Louis Malus formulierte das Gesetz 1810 das Jahr, das seinen Namen erhielt. Er leitete eine klare Abhängigkeit von linear polarisiertem Licht nach seinem Durchgang durch einen Polarisator auf der Basis von Kristallen ab. Die Intensität des Strahls nach Durchgang durch den Kristall nimmt proportional zum Quadrat des Kosinus des Winkels ab, der zwischen der Polarisationsebene des einfallenden Strahls und dem Filter gebildet wird.

Videolektion: Polarisation des Lichts, Physik Klasse 11.

Praktische Anwendung der Lichtpolarisation

Das betrachtete Phänomen wird im Alltag viel häufiger verwendet, als es den Anschein hat. Die Kenntnis der Ausbreitungsgesetze elektromagnetischer Wellen half bei der Entwicklung verschiedener Geräte. Die Hauptoptionen sind:

1. Spezielle Polarisationsfilter für Kameras ermöglichen es Ihnen, Blendungen beim Fotografieren zu beseitigen.
2. Brillen mit diesem Effekt werden häufig von Autofahrern verwendet, da sie die Scheinwerfer entgegenkommender Fahrzeuge entblenden.Dadurch kann auch Fernlicht den Fahrer nicht blenden, was die Sicherheit erhöht.
   Die Blendfreiheit ist auf den Effekt der Polarisation zurückzuführen.
3. Die in der Geophysik verwendeten Geräte ermöglichen es, die Eigenschaften von Wolkenmassen zu untersuchen. Es wird auch verwendet, um die Eigenschaften der Polarisation des Sonnenlichts beim Durchgang durch Wolken zu untersuchen.
4. Spezielle Installationen, die kosmische Nebel in polarisiertem Licht fotografieren, helfen dabei, die Eigenschaften der dort entstehenden Magnetfelder zu untersuchen.
5. In der Maschinenbauindustrie wird das sogenannte photoelastische Verfahren verwendet. Damit können Sie die Spannungsparameter, die in den Knoten und Teilen auftreten, eindeutig bestimmen.
6. Ausrüstung Gebraucht bei der Gestaltung von Bühnenbildern ebenso wie in der Konzertgestaltung. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Vitrinen und Messestände.
7. Geräte, die den Blutzuckerspiegel einer Person messen. Sie arbeiten, indem sie den Drehwinkel der Polarisationsebene bestimmen.
8. Viele Unternehmen der Lebensmittelindustrie verwenden Geräte, die in der Lage sind, die Konzentration einer bestimmten Lösung zu bestimmen. Es gibt auch Geräte, die den Gehalt an Proteinen, Zuckern und organischen Säuren durch die Nutzung von Polarisationseigenschaften steuern können.
9. Die 3D-Kinematographie funktioniert genau durch die Verwendung des im Artikel betrachteten Phänomens.

Übrigens! Wie von allen bekannt, arbeiten auch Flüssigkristallmonitore und Fernseher auf Basis eines polarisierten Stroms.

Wenn Sie die grundlegenden Merkmale der Polarisation kennen, können Sie die vielen Effekte erklären, die in der Umgebung auftreten. Dieses Phänomen ist auch in Wissenschaft, Technologie, Medizin, Fotografie, Kino und vielen anderen Bereichen weit verbreitet.