Praktische Anwendungen der Lichtpolarisation. Die Einsatzmöglichkeiten der Lichtpolarisation für den praktischen Bedarf sind sehr vielfältig. Einige von ihnen sind seit langem und detailliert entwickelt und weit verbreitet. Andere machen sich einfach auf den Weg. Methodisch haben sie alle die folgende Eigenschaft gemeinsam: Entweder ermöglichen sie die Lösung von Problemen, die für andere Methoden völlig unzugänglich sind, oder sie lösen sie auf völlig originelle Weise, kurz und effektiv.
Ohne den Anspruch zu erheben, alles vollständig zu beschreiben praktische Anwendungen Um die Polarisation des Lichts zu untersuchen, beschränken wir uns nur auf Beispiele aus verschiedenen Tätigkeitsbereichen, um die Breite der Anwendung und den Nutzen dieser Methoden zu veranschaulichen.
Eine der wichtigen Alltagsaufgaben der Lichttechnik ist die stufenlose Veränderung und Anpassung der Intensität von Lichtströmen. Die Lösung dieses Problems mit einem Paar Polarisatoren (z. B. Polaroids) hat gegenüber anderen Anpassungsmethoden eine Reihe von Vorteilen. Die Intensität kann stufenlos von Maximum (bei parallelen Polaroids) bis nahezu Dunkelheit (bei gekreuzten Polaroids) wechseln. Dabei ändert sich die Intensität über den gesamten Strahlquerschnitt gleichmäßig und der Querschnitt selbst bleibt konstant. Polaroids können in großen Formaten hergestellt werden, daher werden solche Paare nicht nur in Laboranlagen, Photometern, Sextanten oder Sonnenbrillen, sondern auch in Bullaugen von Schiffen, Fenstern von Eisenbahnwaggons usw. verwendet.
Polaroids können auch in lichtblockierenden Systemen verwendet werden, also in Systemen, die Licht dort durchlassen, wo es benötigt wird, und nicht dort durchlassen, wo es nicht benötigt wird. Ein Beispiel ist die Lichtblockierung von Autoscheinwerfern. Wenn Polaroids auf den Scheinwerfern und Windschutzscheiben von Autos angebracht werden und in einem Winkel von 45° nach rechts zur Vertikalen ausgerichtet sind, dann sind die Polaroids auf den Scheinwerfern und der Windschutzscheibe dieses Autos parallel. Dadurch hat der Fahrer eine klare Sicht auf die Straße und die entgegenkommenden Autos, die von seinen eigenen Scheinwerfern beleuchtet werden. Aber das Polaroid der Scheinwerfer entgegenkommender Autos wird mit dem Polaroid des Schauglases dieses Autos gekreuzt. Dadurch wird die Blendung durch die Scheinwerfer eines entgegenkommenden Autos ausgelöscht. Zweifellos würde dies die Nachtarbeit der Fahrer deutlich einfacher und sicherer machen.
Ein weiteres Beispiel für die Blockierung von Polarisationslicht ist die Beleuchtungseinrichtung am Arbeitsplatz des Bedieners, der beispielsweise gleichzeitig den Bildschirm des Oszilloskops und einige Tabellen, Grafiken oder Karten sehen muss. Das Licht der Lampen, die die Tische beleuchten und auf den Bildschirm des Oszilloskops fallen, verschlechtert den Kontrast des Bildes auf dem Bildschirm. Sie können dies vermeiden, indem Sie Beleuchtung und Bildschirm mit Polaroids mit senkrecht zueinander ausgerichteter Ausrichtung ausstatten.
Polaroids können für diejenigen, die auf dem Wasser arbeiten (Seeleute, Fischer usw.), nützlich sein, um Blendungen zu unterdrücken, die spiegelnd vom Wasser reflektiert werden, das, wie wir wissen, teilweise polarisiert ist. Polarisatoren werden in der Fotografie häufig verwendet, um Blendungen von fotografierten Objekten (Gemälde, Glas und Porzellan usw.) zu vermeiden. In diesem Fall können Sie Polarisatoren zwischen der Quelle und der reflektierenden Oberfläche platzieren, um die Blendung vollständig zu unterdrücken. Diese Methode ist nützlich bei der Beleuchtung von Fotostudios, Kunstgalerien, beim Fotografieren chirurgischer Eingriffe und in einer Reihe anderer Fälle.
Die Unterdrückung von reflektiertem Licht bei normalem oder nahezu normalem Einfall kann mithilfe von Zirkularpolarisatoren erreicht werden. Zuvor hat die Wissenschaft bewiesen, dass sich in diesem Fall rechtsdrehendes kreisförmiges Licht in linksdrehendes kreisförmiges Licht verwandelt (und umgekehrt). Daher löscht derselbe Polarisator, der eine zirkulare Polarisation des einfallenden Lichts erzeugt, das reflektierte Licht aus.
In der Spektroskopie, Astrophysik und Lichttechnik werden häufig Polarisationsfilter eingesetzt, die es ermöglichen, schmale Bänder aus dem untersuchten Spektrum zu isolieren und bei Bedarf die Sättigung oder den Farbton zu ändern. Ihre Wirkung beruht auf der Tatsache, dass die Hauptparameter von Polarisatoren und Phasenplatten (z. B. der Dichroismus von Polaroiden) von der Wellenlänge abhängen. Daher können verschiedene Kombinationen dieser Geräte verwendet werden, um die spektrale Energieverteilung in Lichtflüssen zu verändern. Beispielsweise lässt ein Paar chromatischer Polaroids, die nur im sichtbaren Bereich Dichroismus aufweisen, rotes Licht durch, wenn sie gekreuzt sind, und weißes, wenn sie parallel sind. Dieses einfachste Gerät eignet sich zur Beleuchtung von Dunkelkammern.
Polarisationsfilter, die für die astrophysikalische Forschung verwendet werden, enthalten eine relativ große Anzahl von Elementen (z. B. sechs Polarisatoren und fünf alternierende Phasenplatten mit einer bestimmten Ausrichtung) und ermöglichen die Erzielung relativ schmaler Durchlassbänder.
Viele neue Materialien halten zunehmend Einzug in unseren Alltag. Wir sprechen nicht nur über Computer oder andere Hochtechnologien. Fairerweise muss man bedenken, dass moderne 100L-Müllsäcke sowohl Abfall als auch Schüttgüter zur Umlagerung und Zwischenlagerung enthalten können. Die Beutel sind recht langlebig und werden daher häufig in Lebensmittel- und Chemielagern eingesetzt. Viele Unternehmer haben die Vorteile dieser Produkte bereits erkannt und nutzen sie aktiv sowohl für den Lager- als auch für den Haushaltsbedarf.
Die Haupteigenschaft elektromagnetischer Wellen ist die transversale Schwingung der elektrischen und magnetischen Feldstärkevektoren relativ zur Wellenausbreitungsrichtung (Abb. 11.1). Licht ist eine elektromagnetische Welle. Interferenz und Beugung beweisen jedoch nicht die transversale Natur von Lichtwellen. Wie kann man experimentell beweisen, dass Licht eine Transversalwelle ist?
Experimente mit Turmalin Betrachten wir im Detail nur eines der Experimente, sehr einfach und äußerst effektiv. Dies ist ein Experiment mit Turmalinkristallen (transparente grüne Kristalle). Ein Turmalinkristall hat eine Symmetrieachse und wird als einachsiger Kristall bezeichnet. Nehmen wir eine rechteckige Turmalinplatte, die so geschnitten ist, dass eine ihrer Flächen parallel zur Achse des Kristalls verläuft. Wenn ein Lichtstrahl einer elektrischen Lampe oder der Sonne senkrecht auf eine solche Platte gerichtet wird, führt die Drehung der Platte um den Strahl zu keiner Änderung der Intensität des durch sie hindurchtretenden Lichts. Das Licht wurde im Turmalin nur teilweise absorbiert und nahm eine grünliche Farbe an. Sonst ist nichts passiert. Aber das stimmt nicht. Die Lichtwelle erlangte neue Eigenschaften.
Neue Eigenschaften von Licht, das einen Turmalinkristall durchdringt, werden entdeckt, wenn der Strahl gezwungen wird, parallel zum ersten einen zweiten, genau gleichen Turmalinkristall zu passieren. Bei gleich gerichteten Achsen der Kristalle passiert wiederum nichts Interessantes: Der Lichtstrahl wird durch die Absorption im zweiten Kristall lediglich noch mehr geschwächt. Wenn jedoch der zweite Kristall gedreht wird und der erste bewegungslos bleibt, wird ein erstaunliches Phänomen sichtbar – die Auslöschung des Lichts. Mit zunehmendem Winkel zwischen den Achsen nimmt die Lichtintensität ab. Und wenn die Achsen senkrecht zueinander stehen, dringt das Licht überhaupt nicht durch. Es wird vom zweiten Kristall vollständig absorbiert. Wie lässt sich das erklären?
Schlussfolgerung 3. Licht ist eine Transversalwelle. Wäre das Licht keine Transversalwelle, würde das Licht beim Durchgang durch den zweiten Turmalinkristall nicht vollständig ausgelöscht. Nun wird das Experiment mit dem Durchgang von Licht durch zwei hintereinander angeordnete Turmalinplatten deutlich. Die erste Platte polarisiert den durch sie hindurchtretenden Lichtstrahl und lässt ihn nur in eine Richtung schwingen. Diese Schwingungen können den zweiten Turmalin nur dann vollständig durchdringen, wenn ihre Richtung mit der Richtung der vom zweiten Turmalin übertragenen Schwingungen übereinstimmt, d. h. wenn seine Achse parallel zur Achse des ersten Turmalins verläuft. Wenn die Schwingungsrichtung im polarisierten Licht senkrecht zur Schwingungsrichtung des zweiten Turmalins verläuft, wird das Licht vollständig verzögert. Dies geschieht, wenn man sagt, dass die Turmalinplatten gekreuzt sind, das heißt, dass ihre Achsen einen Winkel von 90° bilden. Wenn schließlich die Schwingungsrichtung in polarisiertem Licht einen spitzen Winkel mit der vom Turmalin übertragenen Richtung bildet, wird die Schwingung nur teilweise übertragen.
1. Polarisation von Licht, wenn es an der Grenze zweier Dielektrika reflektiert wird. Der Grad der Polarisation hängt vom Einfallswinkel der Lichtstrahlen ab. Bei einem bestimmten Einfallswinkel (Brewster-Winkel) ist der reflektierte Strahl vollständig polarisiert. und Asphalt polarisieren Licht gut. Metalle polarisieren kein Licht Hausaufgaben: Finden Sie heraus, warum Metalle Licht nicht polarisieren?
2. Polarisation von Licht, wenn es an der Grenze zweier Dielektrika gebrochen wird. Der gebrochene Strahl ist nur teilweise polarisiert, aber indem Licht nacheinander durch mehrere transparente planparallele Platten geleitet wird, kann eine signifikante Polarisation des Lichts für den sichtbaren Bereich des Spektrums erreicht werden. Die Platten bestehen aus sehr dünnem optischem Glas, um den Lichtverlust durch Absorption zu reduzieren. Für die vollständige Polarisation des Lichts sorgen 16 Glasplatten mit einem Brechungsindex n = 1,5.
3. Polarisation von Licht mit Polaroids Einige Kristalle (Islandspat, Turmalin) übertragen Lichtschwingungen nur in eine bestimmte Richtung. Diese Richtung innerhalb des Kristalls wird als optische Achse des Kristalls bezeichnet. Lichtschwingungen senkrecht zu dieser Achse werden derzeit vollständig absorbiert, um Licht zu polarisieren. Polaroids sind Glasplatten, in die eine große Anzahl gleich ausgerichteter Turmalinkristalle eingebettet ist.
Polarisationsmikroskope Das Funktionsprinzip von Polarisationsmikroskopen basiert darauf, ein Bild des untersuchten Objekts zu erhalten, wenn es mit polarisierenden Strahlen bestrahlt wird, die wiederum mit einem speziellen Polarisatorgerät aus gewöhnlichem Licht erzeugt werden müssen.
Sehr oft entsteht bei der Reflexion von der Schneedecke, der Wasseroberfläche, nassem Schnee, Glas ein helles Licht, das die Augen schmerzt, man spricht von „Blendung“. Diese „Blendeffekte“ verringern die Qualität der Fotos, behindern die Fischer beim Angeln und beeinträchtigen die Sicht der Autofahrer. Polarisierte Linsen in Brillen und Filter in Kameras dienen der Unterdrückung von reflektiertem Licht.
Polarisierte Sonnenbrillen Polarisierte Sonnenbrillen schützen Ihre Augen vor blendender Blendung, also Licht, das von verschiedenen Oberflächen reflektiert wird. Lichtstrahlen werden von der Straßenoberfläche, am Boden liegendem Schnee, von der Wasseroberfläche, von Wänden und Dächern von Häusern reflektiert. Diese reflektierten Lichtstrahlen bilden Glanzlichter. Blendung beeinträchtigt die Sehqualität, beeinträchtigt das Erkennen von Details und helle Blendung macht blind. Je höher das Reflexionsvermögen der Oberfläche ist, desto stärker ist die Reflexion. Beispielsweise werden die Sonnenstrahlen von einer nassen Fahrbahnoberfläche stark reflektiert, insbesondere wenn die Sonne tief über dem Horizont steht. Die Blendung des Fahrers in diesen Situationen erhöht das Risiko eines Unfalls im Straßenverkehr. Polarisierte Sonnenbrillen haben die Fähigkeit, reflektierte Lichtstrahlen zu blockieren und so die Sehqualität zu verbessern, den Bildkontrast zu erhöhen und den Sehkomfort im Allgemeinen zu erhöhen. Design polarisierter Brillen Polarisierte Brillen verfügen über spezielle polarisierte Brillengläser, die Reflexionen von horizontalen Flächen blockieren können Sonnenlicht. Polarisierte Gläser sind in der Regel mehrschichtig aufgebaut und enthalten innen eine klare Polarisationsfolie. Die Polarisationsfolie ist so in den Linsen eingebaut, dass sie nur vertikal polarisiertes Licht durchlässt. Lichtstrahlen, die von horizontalen Flächen (schneebedecktes Feld, Wasseroberfläche usw.) reflektiert werden, sind dagegen horizontal polarisiert und passieren daher keine Polarisationslinsen. Gleichzeitig sind die von anderen Objekten ausgehenden Strahlen unpolarisiert und passieren daher polarisierende Linsen und erzeugen auf der Netzhaut ein klares Bild.
Brillenproduktionstechnologien können auf zwei reduziert werden. Im ersten Fall werden Kristalle einer polarisierenden Substanz auf eine Folie aufgebracht, die zwischen zwei Kunststoffplatten geklebt wird, die das Brillenglas bilden. Diese Technologie ist die günstigste. Die zweite Technologie besteht darin, Kristalle einer polarisierenden Substanz direkt in das Glas des Brillenglases einzubringen. Diese Technologie ist deutlich teurer, dafür ist die Qualität der Herstellung solcher Brillen deutlich höher. Je billiger die Brille, desto dünner die Gläser und desto dünner die Schicht der polarisierenden Substanz. Eine direkte Folge davon ist eine schlechte Polarisierung. Gute Brillen sind recht teuer, aber das dafür ausgegebene Geld ist sie allemal wert. Wenn wir über die Preise sprechen, dann kosten recht ordentliche Brillen zwischen 50 und 100 US-Dollar.
Auswahl der Brillenfarbe Grau eignet sich gut für einen hellen, sonnigen Tag. Farben werden nahezu verzerrungsfrei übertragen, sodass Sie die Dinge in ihren natürlichen Farbtönen sehen können. Wenn Sie einen Kompromiss zwischen gutem Kontrast und natürlichen Farbtönen finden möchten, wählen Sie Braun. Die Farbe Orange (Kupfer) ist fast universell, funktioniert aber am besten bei bewölktem Wetter. Die meisten bekannten Fischer, für die der Erfolg des Angelns weitgehend von der Fähigkeit abhängt, Fische zu sehen, verwenden solche Linsen. Wenn Sie am frühen Morgen und am späten Nachmittag angeln, ist die gelbe Farbe der Linsen am besten da es Ihnen ermöglicht, sie bei extrem schlechten Lichtverhältnissen zu verwenden. Tragen Sie eine solche Brille nur nicht bei sonnigem Wetter, da Ihre Augen einen stärkeren Schutz benötigen.
Polarisationsfilter Polarisationsfilter sind aus der modernen Fotografie nicht mehr wegzudenken. Dabei handelt es sich um eine Platte aus einem speziellen Material, die zwischen zwei Flachgläsern befestigt wird und Licht polarisiert. Dieses gesamte System ist in einem speziellen Drehrahmen montiert, auf dem eine Markierung angebracht ist, die die Position der Polarisationsebene anzeigt. Ein Polarisationsfilter erhöht die Schärfe und Reinheit der Farben eines Fotos und hilft, Blendungen zu vermeiden. Dadurch kommt die natürliche Farbe von Objekten auf dem Foto besser zur Geltung und die Farbsättigung nimmt zu.
LCD-Monitorgerät. C besteht aus einer Molekülschicht zwischen zwei transparenten Elektroden und zwei Polarisationsfiltern, deren Polarisationsebenen senkrecht stehen. In Abwesenheit von Flüssigkristallen wird das vom ersten Filter durchgelassene Licht vom zweiten fast vollständig blockiert. In Abwesenheit von elektrischer Spannung zwischen den Elektroden sind die Moleküle in einer helikalen Struktur angeordnet, während vor dem zweiten Filter die Polarisationsebene liegt wird um 90 º gedreht und das Licht passiert den Vertikalfilter verlustfrei. Wenn an die Elektroden Spannung angelegt wird, neigen die Moleküle dazu, sich in Richtung des Feldes auszurichten, wodurch die Schraubenstruktur verzerrt wird. Bei ausreichender Feldstärke verlaufen nahezu alle Moleküle parallel, was zu einer undurchsichtigen Struktur führt. Durch Ändern der Spannung zwischen den Elektroden können Sie den durch den Monitor fließenden Lichtfluss steuern. In diesem Fall leuchten nicht die Fernsehbildschirme, sondern eine dünne Schicht Flüssigkristall.
Interessante Fakten zur Polarisation von Licht. Sonnenlicht ist in einer bestimmten Richtung von der Sonne aus polarisiert. Die Polarisation der Sonnenstrahlen entsteht durch die Reflexion von Luftmolekülen und die Brechung an Wassertröpfchen. Daher können Sie mit einem Polaroid den Regenbogen vollständig abdecken. Bienen und Ameisen navigieren gut, auch wenn die Sonne hinter den Wolken verborgen ist. Im menschlichen Auge sind die Moleküle des lichtempfindlichen Pigments Rhodopsin zufällig angeordnet, und im Insektenauge sind dieselben Moleküle in sauberen Reihen angeordnet, die in eine Richtung ausgerichtet sind, wodurch sie stärker auf das Licht reagieren können, dessen Schwingungen korrespondieren Ebenen von Molekülen.
Indem sie den Kristall drehten und die Veränderungen im Sonnenlicht beobachteten, das von der durch ihn hindurchströmenden Atmosphäre gestreut wurde, konnten die Wikinger auf der Grundlage solcher Beobachtungen die Richtung der Sonne bestimmen, selbst wenn sie sich unter dem Horizont befand oder von Wolken verdeckt war. Wikingerschiff In Russland wurden sie Waräger genannt, sie galten als rücksichtslose Krieger, sie konnten ohne Kompass perfekt anhand der Sonne und der Sterne navigieren.
Jetzt ist es an der Zeit, darüber zu sprechen, was das Wesentliche ist Polarisation von Licht .
Im allgemeinsten Sinne ist es richtiger, von Wellenpolarisation zu sprechen. Die Polarisation von Licht als Phänomen ist ein Sonderfall der Wellenpolarisation. Licht ist schließlich elektromagnetische Strahlung im vom menschlichen Auge wahrnehmbaren Bereich.
Was ist Polarisation von Licht?
Polarisation ist ein Merkmal von Transversalwellen. Sie beschreibt die Lage des Vektors der oszillierenden Größe in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle.
Wenn dieses Thema nicht in Universitätsvorlesungen behandelt wurde, werden Sie sich wahrscheinlich fragen: Was ist diese oszillierende Größe und zu welcher Richtung steht sie senkrecht?
Wie sieht die Ausbreitung von Licht aus, wenn wir diese Frage aus physikalischer Sicht betrachten? Wie, wo und was schwingt und wohin fliegt es?
Licht ist elektromagnetische Welle, die durch Spannungsvektoren gekennzeichnet ist elektrisches Feld E und Spannungsvektor Magnetfeld N . Übrigens, interessante Fakten In unserem Artikel erfahren Sie mehr über die Natur des Lichts.
Laut Theorie Maxwell , Lichtwellen sind transversal. Dies bedeutet, dass die Vektoren E Und H zueinander senkrecht und schwingen senkrecht zum Wellengeschwindigkeitsvektor.
Polarisation wird nur bei Transversalwellen beobachtet.
Um die Polarisation des Lichts zu beschreiben, reicht es aus, die Position nur eines der Vektoren zu kennen. Üblicherweise wird hierfür ein Vektor betrachtet E .
Wenn die Schwingungsrichtungen des Lichtvektors irgendwie geordnet sind, wird das Licht als polarisiert bezeichnet.
Nehmen wir das Licht im Bild oben. Es ist sicherlich polarisiert, da der Vektor E schwingt in einer Ebene.
Wenn der Vektor E mit gleicher Wahrscheinlichkeit in verschiedenen Ebenen schwingt, dann wird solches Licht natürliches Licht genannt.
Unter Polarisation von Licht versteht man per Definition die Trennung von Strahlen aus natürlichem Licht mit einer bestimmten Ausrichtung des elektrischen Vektors.
Übrigens! Für unsere Leser gibt es jetzt 10 % Rabatt auf jede Art von Arbeit
Woher kommt polarisiertes Licht?
Das Licht, das wir um uns herum sehen, ist meist unpolarisiert. Licht von Glühbirnen, Sonnenlicht ist Licht, bei dem der Spannungsvektor in alle möglichen Richtungen schwankt. Wenn Sie jedoch beruflich den ganzen Tag auf einen LCD-Monitor starren müssen, wissen Sie, dass Sie polarisiertes Licht sehen.
Um das Phänomen der Polarisation von Licht zu beobachten, müssen Sie natürliches Licht durch ein anisotropes Medium leiten, das als Polarisator bezeichnet wird und unnötige Schwingungsrichtungen „abschneidet“, sodass eine übrig bleibt.
Anisotropes Medium ist ein Medium, das je nach Richtung innerhalb dieses Mediums unterschiedliche Eigenschaften aufweist.
Als Polarisatoren werden Kristalle verwendet. Einer der natürlichen Kristalle, der seit langem in Experimenten zur Untersuchung der Polarisation von Licht verwendet wird - Turmalin.
Eine andere Möglichkeit, polarisiertes Licht zu erzeugen, ist die Reflexion an einem Dielektrikum. Wenn Licht auf die Grenzfläche zwischen zwei Medien fällt, wird der Strahl in reflektiert und gebrochen geteilt. In diesem Fall sind die Strahlen teilweise polarisiert und der Grad ihrer Polarisation hängt vom Einfallswinkel ab.
Der Zusammenhang zwischen dem Einfallswinkel und dem Polarisationsgrad des Lichts wird ausgedrückt Brewsters Gesetz .
Wenn Licht in einem Winkel auf eine Grenzfläche trifft, dessen Tangens dem relativen Brechungsindex der beiden Medien entspricht, ist der reflektierte Strahl linear polarisiert und der gebrochene Strahl ist teilweise polarisiert, wobei die Schwingungen in der Einfallsebene des Strahls überwiegen .
Linear polarisiertes Licht ist Licht, das so polarisiert ist, dass der Vektor E schwingt nur in einer bestimmten Ebene.
Praktische Anwendung des Phänomens der Polarisation von Licht
Die Polarisation von Licht ist nicht nur ein Phänomen, dessen Untersuchung interessant ist. Es wird in der Praxis häufig verwendet.
Ein Beispiel, das fast jeder kennt, ist die 3D-Kinematografie. Ein weiteres Beispiel sind polarisierte Brillen, bei denen die Blendung der Sonne auf dem Wasser nicht sichtbar ist und die Scheinwerfer entgegenkommender Autos den Fahrer nicht blenden. Polarisationsfilter werden in der Fototechnik verwendet und Wellenpolarisation wird zur Übertragung von Signalen zwischen Antennen von Raumfahrzeugen verwendet.
Polarisation ist nicht das Schwierigste zu verstehen Naturphänomen. Allerdings, wenn man tief gräbt und anfängt, es gründlich zu verstehen physikalische Gesetze, dem sie sich unterwirft, können Schwierigkeiten auftreten.
Um keine Zeit zu verschwenden und Schwierigkeiten so schnell wie möglich zu überwinden, holen Sie sich Rat und Hilfe bei unseren Autoren. Wir helfen Ihnen bei der Vervollständigung Ihres Aufsatzes, Laborarbeit, entscheiden Kontrollaufgaben zum Thema „Polarisation des Lichts“.
Beleuchtung anpassen und Blendung reduzieren. Eine häufige Verwendung von polarisiertem Licht besteht darin, die Beleuchtungsintensität anzupassen. Mit einem Paar Polarisatoren können Sie die Lichtintensität in enormen Grenzen stufenlos ändern – bis zu 100.000 Mal.Polarisiertes Licht Wird häufig verwendet, um Licht zu unterdrücken, das von glatten dielektrischen Oberflächen spiegelnd reflektiert wird. Auf diesem Prinzip basieren beispielsweise Polaroid-Sonnenbrillen. Wenn natürliches unpolarisiertes Licht auf die Oberfläche eines Gewässers fällt, wird ein Teil davon spiegelnd reflektiert und somit polarisiert. Dieses reflektierte Licht macht es schwierig, Objekte unter Wasser zu erkennen. Wenn Sie Wasser durch einen richtig ausgerichteten Polarisator betrachten, wird der größte Teil des spiegelnd reflektierten Lichts absorbiert und die Sichtbarkeit von Unterwasserobjekten wird deutlich verbessert. Bei der Beobachtung durch eine solche Brille nimmt „Rauschen“ – von der Oberfläche reflektiertes Licht – um das 5- bis 20-fache ab, und „Signal“ – Licht von Unterwasserobjekten – nimmt nur um das 2- bis 4-fache ab. Dadurch erhöht sich das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich.
Polarisationsmikroskopie. Die Polarisationsmikroskopie wird in zahlreichen Studien häufig eingesetzt. Ein Polarisationsmikroskop ist mit zwei Polarisationsprismen oder zwei Polaroiden ausgestattet. Einer davon, der Polarisator, befindet sich vor dem Kondensor und der zweite, der Analysator, befindet sich hinter der Linse. IN letzten Jahren In Polarisationsmikroskopen werden spezielle Polarisationskompensatoren eingesetzt, die Empfindlichkeit und Kontrast deutlich erhöhen. Mit Mikroskopen mit Kompensatoren wurden so kleine und kontrastarme Objekte wie intrazelluläre doppelbrechende Strukturen und Strukturdetails von Zellkernen entdeckt und fotografiert, die auf andere Weise nicht erfasst werden konnten.
Kontrast verstärken. Polarisationsfilter werden häufig verwendet, um den Kontrast transparenter und kontrastarmer Elemente zu erhöhen. Sie werden beispielsweise beim Fotografieren von bewölktem Himmel verwendet, um den Kontrast zwischen Wolken und klarem Himmel zu verstärken. Von Wolken gestreutes Licht ist fast vollständig unpolarisiert, Licht von einem klaren blauen Himmel ist jedoch deutlich polarisiert. Der Einsatz von Polarisationsfiltern ist das wirksamste Mittel zur Kontrastverstärkung.
Kristallographische Studien und photoelastische Analyse. In der Kristallographie werden besonders häufig Polarisationsstudien durchgeführt. Viele Kristalle und orientierte Polymermaterialien weisen erhebliche Doppelbrechung und Dichroismus auf. Durch die Untersuchung dieser Eigenschaften und die Bestimmung der Richtung der entsprechenden Achsen ist es möglich, Materialien zu identifizieren und Daten über die chemische Struktur neuer Stoffe zu erhalten.
Von besonderer Bedeutung ist die Technik photoelastische Analyse. Dies ist eine Methode, die es ermöglicht, mechanische Spannungen anhand der Phasenverschiebung zu beurteilen. Zur Durchführung einer photoelastischen Analyse wird das zu untersuchende Teil aus einem transparenten Material mit einem hohen Photoelastizitätskoeffizienten hergestellt. Der Hauptteil der Photoanalyseanlage ist ein Polariskop, bestehend aus einem Beleuchtungssystem, einem Polarisator, einem Analysator und einem Okular. Wird ein Flachglasband auf Zug beansprucht, verformt sich das Glas etwas und es entstehen mechanische Spannungen darin. Dadurch wird es doppelbrechend und verschiebt die Phase der Lichtwelle. Durch Messung der Phasenverschiebung kann die Höhe der Spannung bestimmt werden.
Photoelastische Analysemethode kann auch in der Augenheilkunde eingesetzt werden, da photoelastische Phänomene in den Membranen des Auges entdeckt wurden.
In natürlich anisotropen Körpern gibt es Doppelbrechung. Es gibt jedoch verschiedene Methoden der künstlichen optischen Anisotropie, bei denen natürlich isotropen Substanzen optische Anisotropie verliehen wird.
5.1. Photoelastizität
Der Körper wird unter dem Einfluss mechanischer Verformung optisch anisotrop. Wenn beispielsweise eine Platte aus transparentem Material einer einseitigen Kompression oder Dehnung ausgesetzt wird, erhält sie die Eigenschaften eines einachsigen Kristalls, dessen optische Achse mit der Richtung der Kompression oder Dehnung zusammenfällt. Der Unterschied der Brechungsindizes von ordentlichen und außerordentlichen Strahlen in Richtung senkrecht zur optischen Achse ist proportional zur Normalspannung σ
(8)
wobei χ 1 ein Koeffizient ist, der von den Eigenschaften des Stoffes abhängt; k
- Reihenfolge des Interferenzstreifens;
- Spannung.
5.2. Kerr-Zelle
Als Doppelbrechung bezeichnet man das Auftreten von Doppelbrechung in Gasen, Flüssigkeiten und amorphen Festkörpern (Dielektrika) unter dem Einfluss eines starken gleichmäßigen elektrischen Feldes Kerr-Effekt. Dieses Phänomen wurde erstmals 1875 vom schottischen Physiker D. Kerr entdeckt.
wobei 2 – Proportionalitätskoeffizient; IN– Kerr-Konstante, abhängig von der Art des Stoffes, seine Temperatur und Wellenlänge des Lichts im Vakuum.
Der Kerr-Effekt wird durch die unterschiedliche Polarisierbarkeit der Moleküle eines Stoffes in verschiedene Richtungen erklärt. Dieses Phänomen ist praktisch trägheitsfrei, d.h. Der Übergang eines Stoffes von einem isotropen Zustand in einen anisotropen Zustand erfolgt beim Einschalten des Feldes in etwa 10 -10 s. Daher dient die Kerr-Zelle als idealer Lichtverschluss und wird in schnellen Prozessen (beim Hund -filmen usw.) eingesetzt.
5.3. Drehung der Polarisationsebene
Die Drehung der Polarisationsebene kann im folgenden Experiment beobachtet werden. Wird zwischen dem gekreuzten Polarisator und dem Analysator eine optisch aktive Substanz platziert, wird das Sichtfeld des Analysators aufgehellt. Durch Drehen des Analysators um einen Winkel φ kann wieder ein dunkles Sichtfeld erhalten werden. In Lösungen ist der Drehwinkel der Polarisationsebene proportional zum Lichtweg in der Lösung l und Konzentration Wirkstoff MIT:
,
(10)
wobei [φ 0 ] die spezifische Drehung ist.
Optisch aktive Substanzen werden je nach Drehrichtung der Polarisationsebene unterteilt in rechtsdrehend und linksdrehend.
Das Phänomen der Rotation der Polarisationsebene in Lösungen ist die Grundlage für die Produktzertifizierung. Dieses Phänomen wird beispielsweise genutzt, um die Konzentration von Lösungen optisch aktiver Substanzen genau zu bestimmen ( Polarimetrie).
Optisch inaktive Substanzen erlangen die Fähigkeit, die Polarisationsebene unter dem Einfluss eines Magnetfelds zu drehen. Dieses Phänomen wurde von M. Faraday entdeckt und benannt Faraday-Effekt. Dieser Effekt ist für die Wissenschaft von großer Bedeutung, da er einen Zusammenhang zwischen optischen und elektromagnetischen Prozessen aufzeigt.