Поляризация света: основные понятия. Явление поляризации света Применение поляризации света в истории и в повседневной жизни

Применения поляризации света в практических нуждах достаточно разнообразны. Так, некоторые примеры применения разрабатывались очень много лет назад, но продолжают использоваться в настоящее время. Другие примеры применений только находятся на стадии внедрения

Рисунок 1. Применение поляризации света. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

В методическом смысле всем им присуще одно общее свойство – либо они способствуют решению конкретных задач в физике, либо вовсе недоступны в отношении других методов или позволяют решать их нестандартным, но при этом более оперативным и эффективным способом.

Явление поляризации света

С целью более детального знакомства с применением поляризации света, следует понимать суть самого явления поляризации.

Определение 1

Явление поляризации света является оптическим феноменом, нашедшим свое применение в техническом смысле, однако при этом не встречающимся в рамках повседневной жизни. Поляризованный свет нас в буквальном смысле окружает, однако для человеческого глаза сама поляризация остается практически недоступной. Мы, таким образом страдаем «поляризационной слепотой».

Создаваемый солнцем (или каким-либо иным обычным источником, например, лампой) естественный свет является совокупностью волн, которые излучаются за счет огромного числа атомов.

Поляризованной волной будет считаться поперечная волна, где колебания всех частиц выполняется в пределах в одной плоскости. Ее при этом можно получить, благодаря резиновому шнуру, в том случае, если поставить на его пути специальную преграду с тонкой щелью. Щель, в свою очередь, будет пропускать исключительно колебания, происходящие вдоль нее. Плоскополяризованная волна излучается отдельным атомом.

Примеры поляризации света и закон Умова

В природе существует множество разнообразных примеров поляризации света. При этом можно рассмотреть наиболее распространенные из них:

• Самым простым и широко известным примером поляризации является чистое небо, которое считается ее источником.
• Другими широко распространёнными случаями можно считать блики на стеклянных витринах и водной поверхности. При необходимости они устраняются за счет соответствующих поляроидных фильтров, которыми зачастую пользуются фотографы. Данные фильтры становятся незаменимыми в случае необходимости запечатления на фотоснимках каких-либо защищённых стеклом картин либо экспонатов из музея.

Принцип действия вышеуказанных фильтров базируется на том факте, что совершенно любому отраженному свету (в зависимости от угла падения) присуща определенная степень поляризации. При взгляде на блик, таким образом, легко можно подобрать оптимальный угол расположения фильтра, при котором он подавляется, вплоть до своего полного исчезновения.

Аналогичный принцип задействуют производители качественных очков с солнцезащитным фильтром. За счет задействования в их стекле поляроидных фильтров, убираются те блики, которые мешают. Они, в свою очередь, исходят от поверхностей мокрого шоссе или моря.

Замечание 1

Эффективное применение явления поляризации демонстрирует закон Умова: любой рассеянный свет с неба – это солнечные лучи, ранее претерпевшие множественные отражения от молекул воздуха, и неоднократно при этом преломившиеся в каплях воды или кристаллах льда. Наряду с тем, процесс поляризации будет характерным не только в отношении направленного отражения (от воды, например), но и для диффузного.

В 1905 году физики представили доказательство версии о том, что, чем темнее поверхность отражения световой волны, тем более высокой оказывается степень поляризации, и именно эту зависимость удалось доказать в законе Умова. Если рассматривать данную зависимость на конкретном примере с асфальтовым шоссе, выходит, что во влажном состоянии оно становится более поляризованным в сравнении с сухим.

Применение поляризации света в истории и в повседневной жизни

Поляризация света, таким образом, оказывается непростым явлением для изучения, а важным в плане широкого практического применения в физике. На практике в повседневной жизни встречаются следующие примеры:

1. Ярким примером, знакомым всем, является 3D-кинематограф.
2. Еще одним распространенным примером являются поляризационные очки, скрывающие солнечные блики от воды и света фар на трассе.
3. Так называемые поляризационные фильтры задействованы в фототехнике, а поляризация волн применяется с целью передачи сигналов между антеннами разных космических аппаратов.
4. Одной из главнейших повседневных задач светотехники считается постепенное изменение и регулирование интенсивности световых потоков. Решение данной задачи за счет пары поляризаторов (поляроидов) обладает определенными преимуществами перед остальными методами регулирования. Поляроиды могут изготавливаться в формате больших размеров, что предполагает употребление таких пар не только в лабораторных установках, но и в иллюминаторах пароходов, окнах ж/д вагонов и пр.
5. Еще одним примером является поляризационная блокировка, применяемая в световом оборудовании рабочего места операторов, которые обязаны видеть одновременно, например, экран осциллографа и определенные таблицы, карты или графики.
6. Поляроиды могут оказаться полезными для тех, чья работа связана с водой (моряки, рыбаки), с целью гашения зеркально отражающихся от воды бликов, частично поляризованных.

Рисунок 2. Применение поляризационных устройств. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Замечание 2

Гашение отраженного света в условиях нормального или близкого к нормальному падения может осуществляться за счет циркулярных поляризаторов. Ранее наука доказала, что в этом случае право циркулярный свет преобразуется в лево циркулярный (и обратно). Тот же самый поляризатор, таким образом, создающий циркулярную поляризацию падающего света, будет провоцировать гашение отраженного света.

В астрофизике, спектроскопии, светотехнике свое широкое применение находят так называемые поляризационные фильтры, позволяющие вычленять узкие полосы из исследуемого спектра и провоцирующие изменения насыщенности или цветовых оттенков.

Действие таких фильтров основывается на свойствах основных параметров фазовых пластинок (дихроизм поляроидов) и поляризаторов, находящихся в непосредственной зависимости от длины волны. По этой причине разнообразные комбинации подобных устройств могут применяться в целях изменений спектрального энергораспределения в световых потоках.

Пример 1

Так, например, пара хроматических поляроидов, которым присущ дихроизм исключительно в пределах видимой сферы, в скрещенном положении начнет пропускать красный свет, а в параллельном – только белый. Такое простейшее устройство будет эффективным в практическом применении при освещении фотолабораторий.

Таким образом, сфера применения поляризации света является достаточно разнообразной. По этой причине исследование явления поляризации приобретает свою особенную актуальность.

Теперь пришло время поговорить о том, в чем заключается сущность поляризации света .

В самом общем смысле правильнее говорить о поляризации волн. Поляризация света, как явление, представляет собой частный случай поляризации волны. Ведь свет представляет собой электромагнитное излучение в диапазоне, воспринимаемом глазами человека.

Что такое поляризация света

Поляризация – это характеристика поперечных волн. Она описывает положение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Если этой темы не было на лекциях в университете, то вы, вероятно, спросите: что это за колеблющаяся величина и какому направлению она перпендикулярна?

Как выглядит распространение света, если посмотреть на этот вопрос с точки зрения физики? Как, где и что колеблется, и куда при этом летит?

Свет – это электромагнитная волна, которая характеризуется векторами напряженности электрического поля E и вектором напряженности магнитного поля Н . Кстати, интересные факты о природе света можно узнать из нашей статьи.

Согласно теории Максвелла , световые волны поперечны. Это значит, что векторы E и H взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости распространения волны.

Поляризация наблюдается только на поперечных волнах.

Для описания поляризации света достаточно знать положение только одного из векторов. Обычно для этого рассматривается вектор E .

Если направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, свет называется поляризованным.

Возьмем свет на рисунке, который приведен выше. Он, безусловно, поляризован, так как вектор E колеблется в одной плоскости.

Если же вектор E колеблется в разных плоскостях с одинаковой вероятностью, то такой свет называется естественным.

Поляризация света по определению – это выделение из естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Откуда берется поляризованный свет?

Свет, который мы видим вокруг себя, чаще всего неполяризован. Свет от лампочек, солнечный свет – это свет, в котором вектор напряженности колеблется во всех возможных направлениях. Но если вам по роду деятельности приходится весь день смотреть в ЖК-монитор, знайте: вы видите поляризованный свет.

Чтобы наблюдать явление поляризации света, нужно пропустить естественный свет через анизотропную среду, которая называется поляризатором и «отсекает» ненужные направления колебаний, оставляя какое-то одно.

Анизотропная среда – среда, имеющая разные свойства в зависимости от направления внутри этой среды.

В качестве поляризаторов используются кристаллы. Один из природных кристаллов, часто и давно применяемых в опытах по изучению поляризации света - турмалин .

Еще один способ получения поляризованного света - отражение от диэлектрика. Когда свет падает на границу раздела двух сред, луч разделяется на отраженный и преломленный. При этом лучи являются частично поляризованными, а степень их поляризации зависит от угла падения.

Связь между углом падения и степенью поляризации света выражается законом Брюстера .

Когда свет падает на границу раздела под углом, тангенс которого равняется относительному показателю преломления двух сред, отраженный луч является линейно поляризованным, а преломленный луч поляризован частично с преобладанием колебаний, лежащих в плоскости падения луча.

Линейно поляризованный свет - свет, который поляризован так, что вектор E колеблется только в одной определенной плоскости.

Практическое применение явления поляризации света

Поляризация света – не просто явление, которое интересно изучать. Оно широко применяется на практике.

Пример, с которым знакомы почти все – 3D-кинематограф. Еще один пример – поляризационные очки, в которых не видно бликов солнца на воде, а свет фар встречных машин не слепит водителя. Поляризационные фильтры применяются в фототехнике, а поляризация волн используется для передачи сигналов между антеннами космических аппаратов.

Поляризация - не самое сложное для понимания природное явление. Хотя если копнуть глубоко и начать основательно разбираться с физическими законами, которым она подчиняется, могут возникнуть сложности.

Чтобы не терять время и преодолеть трудности максимально быстро, обратитесь за советом и помощью к нашим авторам . Мы поможем выполнить реферат, лабораторную работу, решить контрольные задания на тему "поляризация света".

Поляризация света. Основные теоретические сведения

Явление поляризации света - это явление возникновения определенной ориентации вектора световой волны в пространстве [основная литература 1, 2, 3].

Из теории Максвелла известно, что электромагнитная волна поперечна, т. е. , , где - направление распространения волны. Ориентацию вектора в плоскости можно определить путем следующих рассуждений и наблюдений.

Предположим вначале, что вектор (рис. 1) фиксирован, т. е. не меняет своего положения в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. В таком случае проекции вектора на различные плоскости, проходящие через x , будут различны.

Рис. 1. и - две произвольные плоскости, проходящие через направление распространения волны x

Например, на рис. 1 в пл.     , а в пл.     , где - угол между плоскостями и .

Различие проекций вектора на плоскости и должно привести к тому, что волна будет проявлять различные свойства по отношению к плоскостям и .

Опыт: в общем случае волны, распространяющиеся непосредственно от источника, таких свойств не проявляют. Полученный экспериментальный факт означает, что принятое выше предположение о фиксированном положении вектора в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, не соответствует действительности.

Такой вывод находится в соответствии с природой излучения. Световая волна от естественного источника состоит из множества цугов волн, испускаемых отдельными атомами. Плоскость колебаний (т. е. плоскость, проведенная через направление вектора волны и направление луча) для каждого цуга ориентирована случайным образом. Поэтому в естественном свете, в плоскости, перпендикулярной лучу, одновременно присутствуют колебания всевозможных направлений вектора (рис. 2). Вероятности реализации их одинаковы.

Рис. 2. Моментальное изображение вектора естественного света в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны

Поэтому величина вектора , усредненная по времени наблюдения, будет одинаковой в любой плоскости, проходящей через направление луча. Это должно привести к тому, что волна будет проявлять одинаковые свойства по отношению к любой из этих плоскостей. Именно это и наблюдается на опыте.

Для простоты анализа некоторых процессов проявления света, естественный свет можно рассматривать как некоторую результирующую от всех цугов поперечную волну, которую можно считать монохроматической, у которой направление вектора в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, быстро и беспорядочно сменяют друг друга [дополнительная литература 2, 3]

Поляризация света

Лекция 3

Мы знаем, что свет – это электромагнитная волна, для которой изменение векторов и , происходящие с частотой во взаимно плоскости, записывается так:

Физиологическое действие на глаз оказывает вектор . Видимая область длин волн: (0,38 ÷ 0,760) мкм или (0,38 ÷ 0,76)·10 -6 м или (400 ÷ 760) нм. Наибольшая чувствительность глаза для λ = 550 мкм (зелёный свет).

Вспомним, что поперечными волнами называются такие, в которых колебания совершаются в направлении их распространению. Электромагнитные волны – поперечны .

Пусть у нас есть источник света – лампа накаливания. Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Излучаемые лампой волны будут иметь хаотичные в пространстве, быстро сменяющее друг друга направленная для вектора (соответственно и для ). Такое излучение представляет собой естественный свет .

Вспомним результат сложения двух взаимно перпендикулярных колебаний:

Разность фаз

При сложении двух гармонических взаимно-перпендикулярных колебаний одинаковой частоты в зависимости от разности фаз конец результирующего вектора может совершать колебания в одной плоскости или совершать движение по эллипсу (в частном случае – по окружности ).

Линейная поляризация Эллиптическая поляризация (правая, левая)

Эллиптическая поляризация (правая, левая) Круговая поляризация (правая, левая) a = b

Итак, при сложении 2-х когерентных плоскопараллельных волн результирующая волна может оказаться линейно-поляризованной, эллиптически-поляризованной и круго-поляризованной. Отсюда название поляризации. Свет (световой луч), в котором колебания светового вектора каким-то образом упорядочены, называются поляризованным . Плоскостью поляризации называется плоскость параллельная колебаниям вектора . В дальнейшем, всегда будем говорить о плоскости колебания вектора , поскольку физиологическое действие на глаз человека оказывает именно вектор (интенсивность света ). Если в световом луче колебания всех векторов совершаются только в какой-то определённой плоскости, то такую поперечную волну называют плоско-поляризованной или линейно-поляризованной .

В плоскости поляризации все вектора светового луча имеют эту плоскость колебаний, r – направление распространения светового луча.

Для обнаружения и анализа линейно-поляризованного света служат пластинки, вырезанные определённым образом из кристаллов турмалина. Как выяснилось, на опыте, они обладают способностью пропускать световые колебания только определённого направления вектора .

Устройства, с помощью которых из естественного света получают поляризованный, называется поляризаторами , а устройства, с помощью которых обнаруживается и исследуется поляризованный свет – анализаторами . Общее название поляризатора и анализатора – поляроиды . Следовательно, пластинки турмалина могут быть использованы как в качестве поляризаторов, так и анализаторов. Естественный свет можно представить в виде 2-х пучков света одинаковой интенсивности, но поляризованных в 2-х взаимно направлениях.