Тешко је издвојити ко је први открио поларизованосјај. Древни људи су могли приметити необично место када су гледали небо у одређеним правцима. Поларизација има много хировитости, манифестује се у различитим областима живота, а данас је предмет масовних истраживања и примене, разлог свему је Малусов закон.
Откриће поларизоване светлости
Викинзи су можда користили поларизацијунебо за пловидбу. Чак и ако нису, дефинитивно су открили Исланд и чудесни камен од калцита. Исландски лопатица (калцит) била је позната још у њихово време, становницима Исланда дугује своје име. Минерал се некада користио у пловидби због својих јединствених оптичких својстава. Одиграо је главну улогу у савременом открићу поларизације и даље је омиљени материјал за одвајање поларизационих компоненти светлости.
1669. дански математичар из КопенхагенаУниверзитет Ерасмус Бартхолинус не само да је видео двоструко светло, већ је спровео и неке експерименте, написавши мемоаре од 60 страница. Ово је био први научни опис ефекта поларизације и аутор се може сматрати откривачем овог невероватног својства светлости.
Цхристиан Хуигенс је развио пулсни таластеорија светлости коју је објавио 1690. у својој чувеној књизи Траите де ла Лумиере. У исто време, Исак Њутн је унапредио телесну теорију светлости у својој књизи Оптицкс (1704). На крају су и једни и други били у праву и погрешили, јер светлост има двојаку природу (талас и честице). Ипак, Хуигенс је био ближи савременом схватању процеса.
1801. Тхомас Јунг је прославиоексперимент ометања са два прореза. Доказано је да се светлост понаша као таласи, а суперпозиција таласа може довести до мрака (деструктивне сметње). Своју теорију користио је за објашњавање ствари попут Њутнових прстенова и натприродних дугиних лукова. Пробој у науци догодио се неколико година касније када је Јунг показао да поларизација произлази из попречне таласне природе светлости.
Млади Етиенне Лоуис Малус живео је у турбулентној ери - токомдоба Француске револуције и владавине терора. Учествовао је са Наполеоновом војском у инвазијама на Египат, као и Палестину и Сирију, где је заразио кугом, која га је убила неколико година касније. Али успео је да да важан допринос разумевању поларизације. Малусов закон, који је предвидео интензитет светлости која се преноси кроз поларизатор, постао је један од најпопуларнијих у 21. веку за стварање екрана од течних кристала.
Сир Давид Бревстер, познати научни писац,проучавао је предмете оптичке физике као што су дихроизам и апсорпциони спектри, као и популарније предмете попут стереофонске фотографије. Фраза чувеног Бревстера: „Све је прозирно, осим стакла“.
Такође је дао непроцењив допринос проучавању светлости:
- Закон који описује „угао поларизације“.
- Изум калеидоскопа.
Бревстер је поновио Малусове експерименте за многедраго камење и други материјали, откривши аномалију стакла и откривши закон - „Бревстеров угао“. По његовим речима, „... када је сноп поларизован, одбијени сноп ствара прави угао са преломљеним снопом“.
Малусов закон поларизације
Пре него што разговарате о поларизацији, прво моратесети се светлости. Светлост је талас, мада је понекад и честица. Али у сваком случају, поларизација има смисла ако светлост замишљамо као талас, као линију која путује од лампе до очију. Већина светлости је мешани неред светлосних таласа који вибрирају у свим правцима. Овај правац вибрација назива се поларизација светлости. Поларизатор је уређај који чисти овај неред. Прихвата све што меша светлост и пропушта само светлост која вибрира у једном одређеном правцу.
Текст закона Малус звучи овако:Када на анализатор упада потпуно равна поларизована светлост, интензитет светлости коју преноси анализатор је директно пропорционалан квадрату косинуса угла између преносних оси анализатора и поларизатора.
Попречни електромагнетни талас садржи обојеелектрична и магнетна поља, а електрично поље у светлосном таласу је окомито на правац ширења светлосног таласа. Правац светлосних вибрација је електрични вектор Е.
За конвенционални неполаризовани снопелектрични вектор наставља да мења свој правац насумично, када светлост пролази кроз полароид, резултујућа светлост је поларизована у равнини са својим електричним вектором који вибрира у одређеном смеру. Правац вектора новонасталог зрака зависи од оријентације полароида, а раван поларизације је замишљена као раван која садржи Е-вектор и светлосни сноп.
Доња слика приказује равну поларизовану светлост услед вертикалног ЕИ и хоризонталног ЕИИ.
Неполаризована светлост пролази кроз полароид П.1, а затим кроз полароид П 2, формирајући угао θ са и ак-с. Након што светлост која се шири дуж к правца прође кроз полароид П 1, електрични вектор повезан са поларизованом светлошћу ће вибрирати само дуж и оси.
Сад ако дозволимо ово поларизованосноп поново пролази кроз поларизовани П 2, формирајући угао θ са и-осом, онда ако је Е 0 амплитуда упадног електричног поља на П 2, тада ће амплитуда таласа који излази из П 2 бити једнака Е 0 цосθ и, према томе, интензитет зрака који излази биће према Малусовом закону (формула) И = И 0 цос 2 θ
где је И 0 интензитет снопа који излази из П 2 када је θ = 0 θ угао између преносних равнина анализатора и поларизатора.
Пример за израчунавање интензитета светлости
Малусов закон: И 1 = И о цос 2 (к);
где је к угао између правца поларизације светлости и преносне осе поларизатора.
Неполаризована светлост интензитета И о = 16В / м2 пада на пар поларизатора. Први поларизатор има преносну ос поравнату за 50 степени од вертикале. Други поларизатор има преносну осу поравнату на удаљености од 20 ° од вертикале.
Тест Малусовог закона може се извршити израчунавањем колики је интензитет светлости када излази из првог поларизатора:
4 В / м 2
16 цос 2 50о
8 В / м 2
12 В / м 2
Светлост није поларизована, па је И 1 = 1/2 И о = 8 В / м 2.
Интензитет светлости из другог поларизатора:
И 2 = 4 В / м 2
И 2 = 8 цос 2 20 о
И 2 = 6 В / м 2
Након тога следи Закон о малусу, формулацијашто потврђује да када светлост излази из првог поларизатора, линеарно је поларизована на 50о. Угао између ове и осовине преноса другог поларизатора је 30 °. Стога:
И 2 = И 1 цос 2 30о = 8 * 3/4 = 6 В / м 2.
Сада линеарна поларизација снопа светлости интензитета 16 В / м2 пада на исти пар поларизатора. Правац поларизације упадне светлости је 20о од вертикале.
Интензитет светлости која излази из прве и издруги поларизатори. Пролазећи кроз сваки поларизатор, интензитет се смањује 3/4 пута. Након напуштања првог поларизатора, интензитет је 16 * 3/4 = 12 В / м 2 и опада на 12 * 3/4 = 9 В / м 2 након проласка кроз други.
Малусов поларизација закона каже да се за окретање светлости из једног правца поларизације у други губитак интензитета смањује употребом више поларизатора.
Претпоставимо да желите да заротирате смер поларизације за 90о.
| Н, број поларизатора | Угао између узастопних поларизатора | И 1 / И о |
| 1 | 90 о | 0 |
| 2 | 45 о | 1/2 к 1/2 = 1/4 |
| 3 | 30 о | 3/4 к 3/4 к 3/4 = 27/64 |
| Н. | 90 / Н | [цос 2 (90 о / Н)] Н. |
Израчунавање Бревстеровог угла рефлексије
Када светлост погоди површину, део светлостиодражава се, а део продире (прелама се). Релативна количина овог одбијања и преламања зависи од супстанци које пролазе кроз светлост, а такође и од угла под којим светлост погађа површину. Постоји оптималан угао, у зависности од супстанци, који омогућава што је могуће преламање (продирање) светлости. Овај оптимални угао познат је као угао шкотског физичара Давида Бревстера.
Бревстеров угао за нормално поларизовано бело светло израчунава се помоћу формуле:
тхета = арктан (н1 / н2),
где је тхета Бревстеров угао, а н1 и н2 индекси преламања два медија.
Да бисте израчунали најбољи угао за максимумпродирање светлости кроз стакло - из табеле индекса лома налазимо да је индекс лома за ваздух 1,00, а индекс лома за стакло 1,50.
Бревстеров угао ће бити арктан (1,50 / 1,00) = арктан (1,50) = 56 степени (приближно).
Израчунава најбољи угао светлости за максималан продор воде. Из табеле индекса лома следи да је индекс ваздуха 1,00, а индекс лома воде 1,33.
Бревстеров угао ће бити арктан (1,33 / 1,00) = арктан (1,33) = 53 степени (приближно).
Примена поларизоване светлости
Обичан човек на улици ни не замишљакако се интензивно користе поларизатори у свету. Поларизација светлости Малусовог закона окружује нас свуда. На пример, популарни предмети попут полароидних наочара за сунце и употреба посебних поларизационих филтера за сочива фотоапарата. Разни научни инструменти користе поларизовану светлост коју емитују ласери или поларизујуће лампе са жарном нити и флуоресцентни извори.
Поларизатори се понекад користе за осветљењесобе и сцене како би се смањио одсјај и обезбедило равномерније осветљење и као наочаре дају видљив осећај дубине 3Д филмовима. Укрштени поларизатори се чак користе у свемирским оделима да драстично смање количину светлости са сунца која улази у очи астронаута током спавања.
Тајне оптике у природи
Зашто је небо плаво, црвено залазак сунца и белооблаци? Сви знају ова питања од детињства. Малусов и Брустеров закон објашњавају ове природне ефекте. Наше небо је заиста живописно захваљујући сунцу. Његово светло бело светло уграђено је у све дугине боје: црвену, наранџасту, жуту, зелену, плаву, индиго и љубичасту. Под одређеним условима, особа наилази или на дугу, или на залазак сунца, или на сиво касно вече. Небо је плаво због „расејања“ сунчеве светлости. Плава има краћу таласну дужину и више енергије од осталих боја.
Као резултат, плава се селективно апсорбујемолекули ваздуха, а затим поново пуштени у свим правцима. Остале боје су мање расуте и због тога се обично не виде. Подневно сунце је жуто, упијајући његову плаву. При изласку или заласку сунца светлост продире под малим углом и мора проћи кроз велику дебљину атмосфере. Као резултат, плава боја је пажљиво распршена, тако да је већина ваздуха потпуно упија, губи и расипа друге боје, посебно наранџасту и црвену, стварајући сјајни хоризонт боја.
За све су заслужне и боје сунчеве светлостинијансе које волимо на Земљи, било да је то зелена трава или тиркизни океан. Површина сваког предмета бира одређене боје које ће одразити како би се разликовао. Облаци су често сјајно беле боје јер су сјајни рефлектори или дифузори било које боје. Све враћене боје се сабирају у неутралну белу. Неки материјали равномерно одражавају све боје, попут млека, креде и шећера.
Вредност поларизационе осетљивости у астрономији
Дуго проучавајући ефекат Малусовог законаполаризација у астрономији је занемарена. Старлигхт је готово потпуно неполаризован и може се користити као стандард. Присуство поларизоване светлости у астрономији може нам рећи о томе како је светлост створена. У неким суперновим светлост емитована није неполаризована. У зависности од дела звезде о коме се размишља, може се уочити другачија поларизација.
Ове информације о поларизацији светлости из различитих региона маглине могу пружити истраживачима траг о локацији засјењене звезде.
У другим случајевима, присуством поларизоване светлостиможете открити информације о читавом делу невидљиве галаксије. Друга употреба мерења осетљивих на поларизацију у астрономији је откривање присуства магнетних поља. Проучавајући кружну поларизацију врло специфичних боја светлости које произлазе из сунчеве короне, научници су пронашли информације о јачини магнетног поља на овим местима.
Оптичка микроскопија
Микроскоп са поларизованом светлошћу је дизајниран даза посматрање и фотографисање узорака који су видљиви због своје оптички анизотропне природе. Анизотропни материјали имају оптичка својства која се мењају у смеру ширења светлости која пролази кроз њих. Да би се овај задатак извршио, микроскоп мора бити опремљен и поларизатором смештеним у светлосној путањи негде испред узорка и анализатором (други поларизатор) смештеним на оптичкој путањи између задњег отвора објектива и цеви за гледање или прикључка камере.
Примене поларизације у биомедицини
Овај тренд, данас популаран, заснован је нана чињеницу да у нашим телима постоји много једињења која су оптички активна, односно могу да ротирају поларизацију светлости која пролази кроз њих. Различита оптички активна једињења могу ротирати поларизацију светлости у различитим количинама и у различитим правцима.
Неке оптички активне хемикалијеприсутан у већим концентрацијама у раним фазама очних болести. Лекари могу потенцијално да користе ово знање за дијагнозу очних болести у будућности. Може се замислити да лекар усмерава поларизовани извор светлости у око пацијента и мери поларизацију светлости одбијене од мрежњаче. Користи се као неинвазивна метода за испитивање очних болести.
Поклон нашег времена - ЛЦД екран
Ако пажљиво погледате ЛЦД екран, можетеприметите да је слика велики низ квадрата у боји распоређених у мрежу. У њима је примењен Малусов закон чија је физика процеса створила услове када сваки квадрат или пиксел има своју боју. Ова боја је комбинација црвене, зелене и плаве светлости при сваком интензитету. Ове примарне боје могу репродуковати било коју боју коју људско око може видети, јер су наше очи трихроматске.
Другим речима, приближавају се таласним дужинама светлости анализирајући интензитет сваког од три канала у боји.
Дисплеји користе само ову мануприказујући три таласне дужине које селективно циљају сваку врсту рецептора. Фаза течног кристала постоји у основном стању, у којем су молекули оријентисани у слојевима, а сваки следећи слој лагано се увија да би формирао спирални узорак.
ЛЦД са седмосегментним екраном са течним кристалима:
- Позитивна електрода.
- Негативна електрода.
- Поларизатор 2.
- Приказ.
- Поларизатор 1.
- Течним кристалима.
Овде се ЛЦД налази између две стаклене плоче,који су опремљени електродама. ЛЦ су прозирна хемијска једињења са „увијеним молекулима“ који се називају течни кристали. Феномен оптичке активности код неких хемикалија је због њихове способности да ротирају раван поларизоване светлости.
Стереопсис 3Д филмови
Поларизација омогућава људски мозаклажни 3Д анализом разлика између две слике. Људи не могу да виде у три димензије; наше очи могу да виде само у дводимензионалним сликама. Међутим, наш мозак може да утврди колико су удаљени објекти анализирајући разлике у ономе што свако око види. Овај процес је познат под називом Стереопсис.
Пошто наш мозак може да види само псеудо 3Д,филмски ствараоци могу да користе овај поступак да би створили илузију о три димензије без прибегавања холограмима. Сви 3Д филмови раде тако што испоручују две фотографије, по једну за свако око. До педесетих година 20. века поларизација је постала доминантан метод одвајања слике. Позоришта су почела да раде по два пројектора истовремено, са линеарним поларизатором изнад сваке сочива.
За тренутну генерацију 3Д филмова, технологијапребачен на кружну поларизацију која води рачуна о оријентационом проблему. Ову технологију тренутно производи РеалД и чини 90% 3Д тржишта. РеалД је објавио кружни филтер који се врло брзо пребацује између поларизације у смеру кретања казаљке на сату и обрнуто, па се уместо два користи само један пројектор.
