Dit is moeilik om uit te sonder wie die eerste was wat gepolariseerde lig ontdek het. Antieke mense kon 'n eienaardige plek opmerk deur na die lug in sekere rigtings te kyk. Polarisasie het baie eienaardighede, manifesteer hom in verskillende areas van die lewe, en vandag is dit die onderwerp van massanavorsing en toepassing, die rede vir alles is die wet van Malus.
Ontdekking van gepolariseerde lig
Vikings het dalk lugpolarisasie gebruik om te navigeer. Al het hulle dit nie gedoen nie, het hulle beslis Ysland en die wonderlike kalsietsteen gevind. Yslandse spar (kalsiet) was selfs in hul tyd bekend, dit is die inwoners van Ysland waaraan hy sy naam te danke het. Die mineraal is eens in navigasie gebruik as gevolg van sy unieke optiese eienskappe. Dit het 'n groot rol gespeel in die moderne ontdekking van polarisasie en is steeds die materiaal van keuse vir die skeiding van die polarisasiekomponente van lig.
In 1669 het die Deense wiskundige van die Universiteit van Kopenhagen, Erasmus Bartholinus, nie net 'n dubbele lig gesien nie, maar ook 'n paar eksperimente uitgevoer en 'n memoir van 60 bladsye geskryf. Dit iswas die eerste wetenskaplike beskrywing van die polarisasie-effek, en die skrywer kan beskou word as die ontdekker van hierdie wonderlike eienskap van lig.
Christian Huygens het die gepulseerde golfteorie van lig ontwikkel, wat hy in 1690 in sy bekende boek Traite de la Lumiere gepubliseer het. Terselfdertyd het Isaac Newton die korpuskulêre teorie van lig in sy boek Opticks (1704) bevorder. Op die ou end was beide reg en verkeerd, aangesien lig 'n dubbele aard het (golf en deeltjie). Tog was Huygens nader aan die moderne begrip van die proses.
In 1801 het Thomas Young die bekende dubbelspleet-interferensie-eksperiment gemaak. Bewys dat lig optree soos golwe, en die superposisie van golwe kan lei tot duisternis (vernietigende interferensie). Hy het sy teorie gebruik om dinge soos Newton se ringe en bonatuurlike reënboogboë te verduidelik. 'n Deurbraak in die wetenskap het 'n paar jaar later gekom toe Jung gewys het dat polarisasie te wyte is aan die transversale golfaard van lig.
Jong Etienne Louis Malus het in 'n onstuimige era geleef – tydens die Franse Rewolusie en die skrikbewind. Hy het saam met Napoleon se leër deelgeneem aan die inval in Egipte, asook Palestina en Sirië, waar hy die plaag opgedoen het wat hom 'n paar jaar later doodgemaak het. Maar hy het daarin geslaag om 'n belangrike bydrae te lewer tot die begrip van polarisasie. Malus se wet, wat die intensiteit voorspel het van lig wat deur 'n polarisator oorgedra word, het een van die gewildstes in die 21ste eeu geword wanneer vloeibare kristalskerms geskep word.
Sir David Brewster, bekende wetenskapskrywer, het optiese fisika-vakke soos digroïsme en spektra bestudeerabsorpsie, sowel as meer gewilde onderwerpe soos stereofotografie. Brewster se bekende frase is bekend: "Alles is deursigtig behalwe glas".
Hy het ook 'n onskatbare bydrae tot die studie van lig gemaak:
- Die wet wat die "polarisasiehoek" beskryf.
- Uitvinding van die kaleidoskoop.
Brewster het Malus se eksperimente vir baie edelstene en ander materiale herhaal, 'n anomalie in glas ontdek en die wet ontdek - "Brewster se hoek". Volgens hom, "…wanneer die bundel gepolariseer is, vorm die gereflekteerde bundel 'n regte hoek met die gebreekte bundel."
Malus-polarisasiewet
Voordat ons oor polarisasie praat, moet ons eers van lig onthou. Lig is 'n golf, hoewel dit soms 'n deeltjie is. Maar in elk geval, polarisasie maak sin as ons aan lig dink as 'n golf, as 'n lyn, soos dit van die lamp na die oë beweeg. Die meeste lig is 'n gemengde gemors van liggolwe wat in alle rigtings vibreer. Hierdie rigting van ossillasie word die polarisasie van lig genoem. Die polarisator is die toestel wat hierdie gemors skoonmaak. Dit aanvaar enigiets wat lig meng en laat net lig deur wat in een spesifieke rigting ossilleer.
Die formulering van Malus se Wet is: wanneer 'n heeltemal plat gepolariseerde lig op die ontleder val, is die intensiteit van die lig wat deur die ontleder oorgedra word direk eweredig aan die kwadraat van die cosinus van die hoek tussen die ontleder se transmissie-asse en die polarisator.
'n Transversale elektromagnetiese golf bevat beide 'n elektriese en 'n magnetiese veld, en die elektriese veld in 'n liggolf is loodreg op die rigting van liggolfvoortplanting. Die rigting van die ligvibrasie is die elektriese vektor E.
Vir 'n gewone ongepolariseerde straal hou die elektriese vektor aan om sy rigting ewekansig te verander wanneer lig deur 'n polaroid beweeg, die resulterende lig is vlak gepolariseer met sy elektriese vektor wat in 'n sekere rigting vibreer. Die rigting van die opkomende straalvektor hang af van die oriëntasie van die polaroid, en die polarisasievlak is ontwerp as 'n vlak wat die E-vektor en die ligstraal bevat.
Die figuur hieronder toon plat gepolariseerde lig as gevolg van die vertikale vektor EI en die horisontale vektor EII.
Ongepolariseerde lig gaan deur 'n Polaroid P 1 en dan deur 'n Polaroid P 2, en vorm 'n hoek θ met y-as-s. Nadat lig wat in die x-rigting voortgeplant is deur die Polaroid P 1 gaan, sal die elektriese vektor wat met die gepolariseerde lig geassosieer word net langs die y-as vibreer.
Nou as ons toelaat dat hierdie gepolariseerde bundel weer deur die gepolariseerde P 2 gaan en 'n hoek θ met die y-as maak, dan as E 0 die amplitude van die invallende elektriese veld op P 2 is, dan is die amplitude van die golf wat uit P 2 kom, sal gelyk wees aan E 0 cosθ en dus sal die intensiteit van die opkomende bundel volgens die Malus Wet (formule) I=I 0 cos 2 θ
wees
waar I 0 die intensiteit is van die bundel wat uit P 2 opkom wanneer θ=0θ is die hoek tussen die transmissievlakke van die ontleder en die polarisator.
Ligintensiteitberekeningvoorbeeld
Malus se wet: I 1=I o cos 2 (q);
waar q die hoek tussen die ligpolarisasierigting en die polarisatortransmissie-as is.
Ongepolariseerde lig met intensiteit I o=16 W/m 2 val op 'n paar polarisators. Die eerste polarisator het 'n transmissie-as wat op 'n afstand van 50° vanaf die vertikaal in lyn is. Die tweede polarisator het die transmissie-as in lyn met 'n afstand van 20o vanaf die vertikale.
'n Toets van Malus se Wet kan gedoen word deur te bereken hoe intens die lig is wanneer dit uit die eerste polarisator uitkom:
4 W/m 2
16 cos 2 50o
8 W/m 2
12 W/m 2
Lig is nie gepolariseer nie, dus I 1=1/2 I o=8 W/m 2.
Intensiteit van lig vanaf die tweede polarisator:
I 2=4 W/m 2
I 2=8 cos 2 20 o
I 2=6 W/m 2
Gevolg deur die Malus-wet, waarvan die formulering bevestig dat wanneer lig die eerste polarisator verlaat, dit lineêr gepolariseer word teen 50o. Die hoek tussen hierdie en die transmissie-as van die tweede polarisator is 30°. Daarom:
I 2=I 1 cos 2 30o=83/4 =6 W/m 2.
Nou val die lineêre polarisasie van 'n ligstraal met 'n intensiteit van 16 W/m 2 op dieselfde paar polarisators. Die polarisasierigting van die invallende lig is 20o vanaf die vertikaal.
Intensiteit van lig wat uit die eerste en tweede polarisator kom. As u deur elke polarisator gaan, verminder die intensiteit met 'n faktor van 3/4. Nadat u die eerste polarisator verlaat hetdie intensiteit is 163/4 =12 W/m2 en neem af na 123/4 =9 W/m2 nadat jy die tweede verbygesteek het.
Polarisasie van die Malusiese wet sê dat om lig van een rigting van polarisasie na 'n ander te draai, die intensiteitsverlies verminder word deur meer polarisators te gebruik.
Gestel jy moet die rigting van polarisasie met 90o draai.
| N, aantal polarisators | Hoek tussen opeenvolgende polarisators | I 1 / I o |
| 1 | 90 o | 0 |
| 2 | 45 o | 1/2 x 1/2=1/4 |
| 3 | 30 o | 3/4 x 3/4 x 3/4=27/64 |
| N | 90 / N | [cos 2 (90 o / N)] N |
Berekening van die Brewster-refleksiehoek
Wanneer lig 'n oppervlak tref, word van die lig weerkaats en van dit dring deur (gebreek). Die relatiewe hoeveelheid van hierdie refleksie en breking hang af van die stowwe wat deur die lig gaan, sowel as die hoek waarteen die lig die oppervlak tref. Daar is 'n optimale hoek, afhangende van die stowwe, wat die lig toelaat om soveel as moontlik te breek (penetreer). Hierdie optimale hoek staan bekend as die Skotse fisikus David Brewster se hoek.
Bereken die hoekBrewster vir gewone gepolariseerde wit lig word geproduseer deur die formule:
theta=arctan (n1 / n2), waar theta die Brewster-hoek is, en n1 en n2 die brekingsindekse van die twee media is.
Om die beste hoek vir maksimum ligpenetrasie deur glas te bereken - uit die brekingsindekstabel vind ons dat die brekingsindeks vir lug 1.00 is en die brekingsindeks vir glas 1.50 is.
Die Brewster-hoek sal arctan wees (1.50 / 1.00)=arctan (1.50)=56 grade (ongeveer).
Bereken die beste lighoek vir maksimum waterpenetrasie. Uit die tabel van brekingsindekse volg dit dat die indeks vir lug 1,00 is, en die brekingsindeks vir water 1,33 is.
Die Brewster-hoek sal arctan wees (1.33 / 1.00)=arctan (1.33)=53 grade (ongeveer).
Gebruik van gepolariseerde lig
'n Eenvoudige leek kan nie eers dink hoe intensief polarisators in die wêreld gebruik word nie. Die polarisasie van die lig van die wet van Malus omring ons oral. Byvoorbeeld, sulke gewilde dinge soos Polaroid-sonbrille, sowel as die gebruik van spesiale polariserende filters vir kameralense. Verskeie wetenskaplike instrumente gebruik gepolariseerde lig wat deur lasers uitgestraal word of deur gloeilampe en fluoresserende bronne te polariseer.
Polarisators word soms in kamer- en verhoogbeligting gebruik om glans te verminder en meer egalige beligting te verskaf en as glase om 'n sigbare gevoel van diepte aan 3D-films te gee. Gekruiste polarisators selfsgebruik in ruimtepakke om die hoeveelheid lig wat 'n ruimtevaarder se oë binnegaan drasties te verminder terwyl hy slaap.
Geheime van optika in die natuur
Hoekom blou lug, rooi sonsondergang en wit wolke? Hierdie vrae is van kleins af aan almal bekend. Die wette van Malus en Brewster verskaf verduidelikings vir hierdie natuurlike effekte. Ons lug is regtig kleurvol, danksy die son. Sy helder wit lig het al die kleure van die reënboog binne-in ingebed: rooi, oranje, geel, groen, blou, indigo en violet. Onder sekere omstandighede ontmoet 'n persoon óf 'n reënboog, óf 'n sonsondergang, of 'n grys laataand. Die lug is blou as gevolg van die "verstrooiing" van sonlig. Die kleur blou het 'n korter golflengte en meer energie as ander kleure.
Gevolglik word blou selektief deur lugmolekules geabsorbeer, en dan weer in alle rigtings vrygestel. Ander kleure is minder verstrooi en daarom gewoonlik nie sigbaar nie. Die middagson is geel nadat dit sy blou kleur geabsorbeer het. Met sonsopkoms of sonsondergang kom sonlig teen 'n lae hoek binne en moet dit deur 'n groot dikte van die atmosfeer gaan. Gevolglik word die blou kleur deeglik verstrooi, sodat die meeste daarvan heeltemal deur die lug geabsorbeer word, verlore gaan en ander kleure, veral oranjes en rooies verstrooi, wat 'n heerlike kleurhorison skep.
Die kleure van sonlig is ook verantwoordelik vir al die skakerings wat ons op aarde liefhet, of dit nou grasgroen of die turkoois see is. Die oppervlak van elke voorwerp kies die spesifieke kleure wat dit sal reflekteer ten eindejouself onderskei. Wolke is dikwels briljant wit omdat hulle uitstekende weerkaatsers of verspreiders van enige kleur is. Alle teruggekeerde kleure word saamgevoeg tot neutraal wit. Sommige materiale weerspieël alle kleure eweredig, soos melk, kryt en suiker.
Die belangrikheid van polarisasie-sensitiwiteit in sterrekunde
Vir 'n lang tyd is die studie van Malus se wet, die effek van polarisasie in sterrekunde geïgnoreer. Starlight is amper heeltemal ongepolariseerd en kan as 'n standaard gebruik word. Die teenwoordigheid van gepolariseerde lig in sterrekunde kan ons vertel hoe lig geskep is. In sommige supernovas is die lig wat uitgestraal word nie ongepolariseerd nie. Afhangende van die deel van die ster wat bekyk word, kan 'n ander polarisasie gesien word.
Hierdie inligting oor die polarisasie van lig van verskillende streke van die newel kan navorsers leidrade gee oor die ligging van die geskadude ster.
In ander gevalle kan die teenwoordigheid van gepolariseerde lig inligting oor die hele deel van die onsigbare sterrestelsel openbaar. Nog 'n gebruik van polarisasie-sensitiewe metings in sterrekunde is om die teenwoordigheid van magnetiese velde op te spoor. Deur die sirkelpolarisasie van baie spesifieke kleure lig wat uit die korona van die son uitgaan, te bestudeer, het wetenskaplikes inligting oor die sterkte van die magneetveld in hierdie plekke ontbloot.
Optiese mikroskopie
Die gepolariseerde ligmikroskoop is ontwerp om monsters waar te neem en te fotografeer wat sigbaar is deurhul opties anisotropiese aard. Anisotropiese materiale het optiese eienskappe wat verander met die voortplantingsrigting van lig wat daardeur beweeg. Om hierdie taak te verrig, moet die mikroskoop toegerus wees met beide 'n polarisator wat in die ligpad iewers voor die monster geplaas is, en 'n ontleder (tweede polarisator) wat in die optiese pad tussen die objektiewe agterste diafragma en die kykbuise of kamerapoort geplaas word..
Toepassing van polarisasie in biomedisyne
Hierdie gewilde neiging vandag is gebaseer op die feit dat daar in ons liggame baie verbindings is wat opties aktief is, dit wil sê hulle kan die polarisasie van die lig wat daardeur beweeg, roteer. Verskeie opties aktiewe verbindings kan die polarisasie van lig in verskillende hoeveelhede en in verskillende rigtings roteer.
Sommige opties aktiewe chemikalieë is teenwoordig in hoër konsentrasies in die vroeë stadiums van oogsiekte. Dokters kan moontlik hierdie kennis gebruik om oogsiektes in die toekoms te diagnoseer.’n Mens kan jou voorstel dat die dokter’n gepolariseerde ligbron in die pasiënt se oog skyn en die polarisasie van die lig wat vanaf die retina weerkaats word, meet. Word gebruik as 'n nie-indringende metode om oogsiekte te toets.
Die gawe van moderniteit - LCD-skerm
As jy noukeurig na die LCD-skerm kyk, sal jy sien dat die beeld 'n groot verskeidenheid gekleurde blokkies is wat in 'n rooster gerangskik is. In hulle het hulle toepassing gevind van die wet van Malus,die fisika van die proses wat die toestande geskep het wanneer elke vierkant of pixel sy eie kleur het. Hierdie kleur is 'n kombinasie van rooi, groen en blou lig in elke intensiteit. Hierdie primêre kleure kan enige kleur weergee wat die menslike oog kan sien omdat ons oë trichromaties is.
Met ander woorde, hulle benader spesifieke golflengtes van lig deur die intensiteit van elk van die drie kleurkanale te ontleed.
Displays buit hierdie tekortkoming uit deur slegs drie golflengtes te vertoon wat elke tipe reseptor selektief teiken. Die vloeibare kristalfase bestaan in die grondtoestand, waarin die molekules in lae georiënteer is, en elke daaropvolgende laag draai effens om 'n heliese patroon te vorm.
7-segment LCD-skerm:
- Positiewe elektrode.
- Negatiewe elektrode.
- Polarisator 2.
- Display.
- Polarisator 1.
- Vloeibare kristal.
Hier is die LCD tussen twee glasplate, wat met elektrodes toegerus is. LCD's van deursigtige chemiese verbindings met "gedraaide molekules" wat vloeibare kristalle genoem word. Die verskynsel van optiese aktiwiteit in sommige chemikalieë is te wyte aan hul vermoë om die vlak van gepolariseerde lig te draai.
Stereopsis 3D-flieks
Polarisasie laat die menslike brein toe om 3D te vervals deur die verskille tussen twee beelde te ontleed. Mense kan nie in 3D sien nie, ons oë kan net in 2D sien. Beelde. Ons brein kan egter sin maak van hoe ver voorwerpe is deur die verskille in wat elke oog sien te ontleed. Hierdie proses staan bekend as Stereopsis.
Omdat ons brein net pseudo-3D kan sien, kan rolprentvervaardigers hierdie proses gebruik om die illusie van drie dimensies te skep sonder om hulle tot hologramme te wend. Alle 3D-flieks werk deur twee foto's te lewer, een vir elke oog. Teen die 1950's het polarisasie die dominante metode van beeldskeiding geword. Teaters het begin om twee projektors gelyktydig te laat loop, met 'n lineêre polarisator oor elke lens.
Vir die huidige generasie 3D-flieks het tegnologie oorgeskakel na sirkelpolarisasie, wat die oriëntasieprobleem hanteer. Hierdie tegnologie word tans deur RealD vervaardig en is verantwoordelik vir 90% van die 3D-mark. RealD het 'n sirkelvormige filter vrygestel wat baie vinnig tussen kloksgewys en antikloksgewys polarisasie wissel, dus word slegs een projektor in plaas van twee gebruik.
