โพลาไรซ์แสงคืออะไรและการใช้งานจริง
แสงโพลาไรซ์แตกต่างจากแสงมาตรฐานในการกระจายแสง มันถูกค้นพบเมื่อนานมาแล้วและใช้สำหรับการทดลองทางกายภาพและในชีวิตประจำวันเพื่อทำการวัด การทำความเข้าใจปรากฏการณ์โพลาไรเซชันไม่ใช่เรื่องยาก ซึ่งจะช่วยให้คุณเข้าใจหลักการทำงานของอุปกรณ์บางอย่าง และหาสาเหตุว่าทำไมภายใต้เงื่อนไขบางประการ แสงจึงไม่แพร่กระจายตามปกติ
โพลาไรซ์แสงคืออะไร
โพลาไรซ์ของแสงพิสูจน์ว่าแสงเป็นคลื่นตามขวาง นั่นคือ เรากำลังพูดถึงโพลาไรเซชันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยทั่วไป และแสงเป็นหนึ่งในคุณสมบัติต่างๆ ซึ่งอยู่ภายใต้กฎทั่วไป
โพลาไรเซชันเป็นคุณสมบัติของคลื่นตามขวาง ซึ่งเป็นเวกเตอร์การสั่นซึ่งตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของแสงหรืออย่างอื่นเสมอนั่นคือถ้าคุณเลือกจากรังสีของแสงที่มีโพลาไรซ์เดียวกันของเวกเตอร์ นี่จะเป็นปรากฏการณ์ของโพลาไรซ์
บ่อยครั้งเราเห็นแสงที่ไม่มีขั้วรอบตัวเรา เนื่องจากเวกเตอร์ความเข้มของมันเคลื่อนที่ไปในทุกทิศทางที่เป็นไปได้ ในการทำให้โพลาไรซ์ มันจะถูกส่งผ่านตัวกลางแบบแอนไอโซทรอปิก ซึ่งตัดการสั่นทั้งหมดออกและเหลือไว้เพียงอันเดียว
ใครเป็นผู้ค้นพบปรากฏการณ์และพิสูจน์อะไร
แนวคิดที่อยู่ระหว่างการพิจารณาถูกนำมาใช้เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษที่มีชื่อเสียง I. นิวตันในปี ค.ศ. 1706. แต่นักวิจัยอีกคนอธิบายลักษณะของมัน - เจมส์ แม็กซ์เวลล์. จากนั้นไม่ทราบลักษณะของคลื่นแสง แต่ด้วยการสะสมของข้อเท็จจริงต่าง ๆ และผลของการทดลองต่าง ๆ หลักฐานมากขึ้นเรื่อย ๆ เกี่ยวกับแนวขวางของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าปรากฏขึ้น
คนแรกที่ทำการทดลองในพื้นที่นี้คือนักวิจัยชาวดัตช์ Huygens สิ่งนี้เกิดขึ้นในปี 1690. เขาส่งแสงผ่านจานสปาร์ไอซ์แลนด์ อันเป็นผลมาจากการที่เขาค้นพบแอนไอโซโทรปีตามขวางของลำแสง
นักวิจัยชาวฝรั่งเศสได้รับหลักฐานโพลาไรเซชันของแสงเป็นครั้งแรก อี. มาลุส. เขาใช้ทัวร์มาลีนสองแผ่นและในที่สุดก็มีกฎที่ตั้งชื่อตามเขา ด้วยการทดลองจำนวนมากทำให้การพิสูจน์แนวขวางของคลื่นแสงได้รับการพิสูจน์ซึ่งช่วยอธิบายลักษณะและลักษณะการแพร่กระจายของพวกมัน
โพลาไรซ์ของแสงมาจากไหนและจะหาได้อย่างไร
แสงส่วนใหญ่ที่เราเห็นไม่มีขั้ว ดวงอาทิตย์, แสงประดิษฐ์ - ฟลักซ์การส่องสว่างที่มีเวกเตอร์สั่นในทิศทางต่างๆ กระจายไปทุกทิศทางโดยไม่มีข้อจำกัดใดๆ
แสงโพลาไรซ์จะปรากฏขึ้นหลังจากที่ผ่านตัวกลางแบบแอนไอโซทรอปิก ซึ่งสามารถมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน สภาพแวดล้อมนี้ช่วยขจัดความผันผวนส่วนใหญ่ เหลือเพียงสิ่งเดียวที่ให้เอฟเฟกต์ที่ต้องการ
ส่วนใหญ่แล้วคริสตัลจะทำหน้าที่เป็นโพลาไรเซอร์ หากก่อนหน้านี้ใช้วัสดุจากธรรมชาติเป็นหลัก (เช่นทัวร์มาลีน) ตอนนี้มีตัวเลือกมากมายสำหรับแหล่งกำเนิดเทียม
นอกจากนี้ยังสามารถรับแสงโพลาไรซ์ได้จากการสะท้อนจากอิเล็กทริก บรรทัดล่างคือเมื่อ ฟลักซ์ส่องสว่าง มันถูกหักเหที่ทางแยกของสื่อสองตัว มองเห็นได้ง่ายโดยการวางดินสอหรือหลอดลงในแก้วน้ำ
ในช่วงปรากฏการณ์การหักเหของแสง ส่วนหนึ่งของรังสีจะถูกโพลาไรซ์ ระดับของการแสดงออกของผลกระทบนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่ง แหล่งกำเนิดแสง และมุมตกกระทบเทียบกับจุดหักเห
สำหรับวิธีการรับแสงโพลาไรซ์ หนึ่งในสามตัวเลือกที่ใช้โดยไม่คำนึงถึงเงื่อนไข:
- ปริซึมนิโคลัส. ตั้งชื่อตามนักสำรวจชาวสก็อต Nicolas William ผู้คิดค้นในปี 1828 เขาทำการทดลองมาเป็นเวลานานและหลังจาก 11 ปีก็สามารถได้รับอุปกรณ์สำเร็จรูปซึ่งยังคงใช้ไม่เปลี่ยนแปลง
- การสะท้อนจากไดอิเล็กตริก. สิ่งสำคัญคือต้องเลือกมุมตกกระทบที่เหมาะสมที่สุดและคำนึงถึงระดับด้วย การหักเหของแสง (ยิ่งความแตกต่างในการส่งผ่านแสงของสื่อทั้งสองมากเท่าใด รังสีก็จะยิ่งหักเหมากขึ้นเท่านั้น)
- การใช้สภาพแวดล้อมแบบแอนไอโซทรอปิก. ส่วนใหญ่มักจะเลือกคริสตัลที่มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับสิ่งนี้ หากคุณกำหนดทิศทางของฟลักซ์แสงไปที่พวกมัน คุณสามารถสังเกตการแยกขนานที่เอาต์พุต
โพลาไรเซชันของแสงเมื่อมีการสะท้อนและการหักเหของแสงที่ส่วนต่อประสานของไดอิเล็กทริกสองตัว
ปรากฏการณ์ทางแสงนี้ถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์จากสกอตแลนด์ David Brewster ในปี ค.ศ. 1815. กฎที่เขาได้รับแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างตัวบ่งชี้ของไดอิเล็กทริกสองตัวที่มุมหนึ่งของการเกิดแสง หากเราเลือกเงื่อนไข รังสีที่สะท้อนจากอินเทอร์เฟซของสื่อทั้งสองจะถูกโพลาไรซ์ในระนาบตั้งฉากกับมุมตกกระทบ
นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าลำแสงหักเหมีขั้วบางส่วนในระนาบอุบัติการณ์ ในกรณีนี้ แสงจะไม่สะท้อนทั้งหมด ส่วนหนึ่งของแสงจะเข้าสู่ลำแสงหักเห มุมโรงเบียร์ คือมุมที่ แสงสะท้อน โพลาไรซ์อย่างสมบูรณ์ ในกรณีนี้ รังสีสะท้อนและหักเหจะตั้งฉากกัน
เพื่อให้เข้าใจสาเหตุของปรากฏการณ์นี้ คุณต้องรู้สิ่งต่อไปนี้:
- ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การสั่นของสนามไฟฟ้าจะตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของมันเสมอ
- กระบวนการนี้แบ่งออกเป็นสองขั้นตอน ในครั้งแรก คลื่นตกกระทบทำให้โมเลกุลของอิเล็กทริกกระตุ้น ในขั้นที่สอง คลื่นหักเหและสะท้อนกลับปรากฏขึ้น
หากใช้พลาสติกควอตซ์หรือแร่อื่นที่เหมาะสมในการทดลอง ความเข้ม แสงโพลาไรซ์เครื่องบิน จะเล็ก (ประมาณ 4% ของความเข้มทั้งหมด) แต่ถ้าคุณใช้เพลตแบบกองซ้อน คุณสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมาก
อนึ่ง! กฎของบริวสเตอร์สามารถหาได้จากสูตรของเฟรสเนล
โพลาไรเซชันของแสงด้วยคริสตัล
ไดอิเล็กทริกสามัญเป็นแบบแอนไอโซทรอปิกและลักษณะของแสงเมื่อตกกระทบนั้นขึ้นอยู่กับมุมตกกระทบเป็นหลัก คุณสมบัติของผลึกจะแตกต่างกัน เมื่อแสงตกกระทบ คุณสามารถสังเกตผลของการหักเหของแสงสองเท่าได้สิ่งนี้แสดงออกดังนี้เมื่อผ่านโครงสร้างจะมีการสร้างคานหักเหสองอันซึ่งไปในทิศทางที่ต่างกันความเร็วของพวกมันก็ต่างกัน
ส่วนใหญ่มักใช้คริสตัลแกนเดียวในการทดลอง ในนั้นคานหักเหหนึ่งในนั้นเป็นไปตามกฎหมายมาตรฐานและเรียกว่าธรรมดา ประการที่สองเกิดขึ้นแตกต่างกันเรียกว่าพิเศษเนื่องจากคุณสมบัติของการหักเหของแสงไม่สอดคล้องกับศีลปกติ
หากคุณหมุนคริสตัล ลำแสงธรรมดาจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง และลำแสงพิเศษจะเคลื่อนที่ไปรอบๆ วงกลม ส่วนใหญ่มักใช้แคลไซต์หรือสปาร์ไอซ์แลนด์ในการทดลองเนื่องจากเหมาะสำหรับการวิจัย
อนึ่ง! หากคุณมองสภาพแวดล้อมผ่านคริสตัล โครงร่างของวัตถุทั้งหมดจะแบ่งออกเป็นสองส่วน
จากการทดลองกับคริสตัล Étienne Louis Malus ได้กำหนดกฎหมายขึ้นในปี ค.ศ. 1810 ปีที่ได้รับชื่อของเขา เขาสรุปการพึ่งพาแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นอย่างชัดเจนหลังจากที่มันผ่านผ่านโพลาไรเซอร์ที่ทำขึ้นจากคริสตัล ความเข้มของลำแสงหลังจากผ่านผลึกจะลดลงตามสัดส่วนของโคไซน์ของมุมที่เกิดขึ้นระหว่างระนาบโพลาไรซ์ของลำแสงที่เข้ามาและตัวกรอง
บทเรียนวิดีโอ: โพลาไรเซชันของแสง ฟิสิกส์ เกรด 11
การประยุกต์ใช้โพลาไรซ์แสงในทางปฏิบัติ
ปรากฏการณ์ภายใต้การพิจารณาถูกนำมาใช้ในชีวิตประจำวันบ่อยกว่าที่เห็น ความรู้เกี่ยวกับกฎหมายการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าช่วยในการสร้างอุปกรณ์ต่างๆ ตัวเลือกหลักคือ:
- ฟิลเตอร์โพลาไรซ์พิเศษสำหรับกล้องช่วยให้คุณกำจัดแสงสะท้อนเมื่อถ่ายภาพ
- ผู้ขับขี่มักใช้แว่นตาที่มีเอฟเฟกต์นี้ เนื่องจากจะขจัดแสงสะท้อนจากไฟหน้าของรถยนต์ที่วิ่งสวนมาด้วยเหตุนี้ แม้แต่ไฟสูงก็ไม่สามารถทำให้คนขับตาพร่าได้ ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัย
![โพลาไรซ์แสงคืออะไรและการใช้งานจริง]()
การขาดแสงสะท้อนเกิดจากผลของโพลาไรซ์ - อุปกรณ์ที่ใช้ในธรณีฟิสิกส์ทำให้สามารถศึกษาคุณสมบัติของมวลเมฆได้ นอกจากนี้ยังใช้เพื่อศึกษาคุณสมบัติของโพลาไรซ์ของแสงแดดเมื่อผ่านเมฆ
- การติดตั้งพิเศษที่ถ่ายภาพเนบิวลาจักรวาลในแสงโพลาไรซ์ช่วยในการศึกษาคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นที่นั่น
- ในอุตสาหกรรมวิศวกรรมใช้วิธีการที่เรียกว่าโฟโตอีลาสติก ด้วยสิ่งนี้ คุณสามารถกำหนดพารามิเตอร์ความเค้นที่เกิดขึ้นในโหนดและส่วนต่างๆ ได้อย่างชัดเจน
- อุปกรณ์ ใช้แล้ว เมื่อสร้างฉากละครและในการออกแบบคอนเสิร์ต ขอบเขตการใช้งานอีกประการหนึ่งคือตู้โชว์และนิทรรศการ
- อุปกรณ์ที่วัดระดับน้ำตาลในเลือดของบุคคล พวกมันทำงานโดยกำหนดมุมการหมุนของระนาบโพลาไรซ์
- ผู้ประกอบการอุตสาหกรรมอาหารจำนวนมากใช้อุปกรณ์ที่สามารถกำหนดความเข้มข้นของสารละลายเฉพาะได้ นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ที่สามารถควบคุมปริมาณโปรตีน น้ำตาล และกรดอินทรีย์ผ่านการใช้คุณสมบัติโพลาไรเซชัน
- ภาพยนตร์ 3 มิติทำงานอย่างแม่นยำผ่านการใช้ปรากฏการณ์ที่พิจารณาในบทความ
อนึ่ง! จอภาพคริสตัลเหลวและทีวีที่คุ้นเคยทั้งหมดยังทำงานบนพื้นฐานของกระแสโพลาไรซ์
การรู้คุณสมบัติพื้นฐานของโพลาไรซ์จะทำให้คุณสามารถอธิบายผลกระทบมากมายที่เกิดขึ้นรอบๆ นอกจากนี้ ปรากฏการณ์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี การแพทย์ การถ่ายภาพ ภาพยนตร์ และสาขาอื่นๆ อีกมากมาย