Qué es la polarización de la luz y su aplicación práctica

La luz polarizada difiere de la luz estándar en su distribución. Fue descubierto hace mucho tiempo y se utiliza tanto para experimentos físicos como en la vida cotidiana para realizar algunas mediciones. Comprender el fenómeno de la polarización no es difícil, esto te permitirá comprender el principio de funcionamiento de algunos dispositivos y descubrir por qué, en determinadas condiciones, la luz no se propaga como de costumbre.

Comparación de fotos sin filtro polarizador y con él, en el segundo caso casi no hay deslumbramiento.

¿Qué es la polarización de la luz?

La polarización de la luz prueba que la luz es una onda transversal. Es decir, estamos hablando de la polarización de las ondas electromagnéticas en general, y la luz es una de las variedades, cuyas propiedades están sujetas a reglas generales.

La polarización es una propiedad de las ondas transversales, cuyo vector de oscilación es siempre perpendicular a la dirección de propagación de la luz u otra cosa.Es decir, si selecciona entre los rayos de luz con la misma polarización del vector, entonces este será el fenómeno de la polarización.

La mayoría de las veces, vemos luz no polarizada a nuestro alrededor, ya que su vector de intensidad se mueve en todas las direcciones posibles. Para polarizarlo, se pasa a través de un medio anisótropo, que corta todas las oscilaciones y deja solo una.

Comparación de luz ordinaria y polarizada.

¿Quién descubrió el fenómeno y qué prueba?

El concepto en consideración fue utilizado por primera vez en la historia por un famoso científico británico. I. Newton en 1706. Pero otro investigador explicó su naturaleza: james maxwell. Entonces no se conocía la naturaleza de las ondas de luz, pero con la acumulación de varios hechos y los resultados de varios experimentos, aparecieron más y más pruebas de la transversalidad de las ondas electromagnéticas.

El primero en realizar experimentos en esta área fue un investigador holandés. Huygens, esto sucedió en 1690. Hizo pasar la luz a través de una placa de espato islandés, como resultado descubrió la anisotropía transversal del haz.

La primera evidencia de la polarización de la luz en física la obtuvo un investigador francés E. Malus. Usó dos placas de turmalina y finalmente se le ocurrió una ley que lleva su nombre. Gracias a numerosos experimentos, se demostró la transversalidad de las ondas de luz, lo que ayudó a explicar su naturaleza y características de propagación.

¿De dónde viene la polarización de la luz y cómo obtenerla usted mismo?

La mayor parte de la luz que vemos no está polarizada. Sol, iluminación artificial - un flujo luminoso con un vector que oscila en diferentes direcciones, se propaga en todas las direcciones sin restricciones.

La luz polarizada aparece después de haber atravesado un medio anisótropo, que puede tener diferentes propiedades. Este entorno elimina la mayoría de las fluctuaciones, dejando lo único que proporciona el efecto deseado.

Muy a menudo, los cristales actúan como un polarizador. Si antes se utilizaban principalmente materiales naturales (por ejemplo, turmalina), ahora hay muchas opciones de origen artificial.

Además, la luz polarizada se puede obtener por reflexión de cualquier dieléctrico. La conclusión es que cuando flujo luminoso se refracta en la unión de dos medios. Esto es fácil de ver colocando un lápiz o un tubo en un vaso de agua.

Este principio se utiliza en microscopios de polarización.

Durante el fenómeno de la refracción de la luz, parte de los rayos se polariza. El grado de manifestación de este efecto depende de la ubicación. fuente de luz y el ángulo de su incidencia con respecto al punto de refracción.

En cuanto a los métodos para obtener luz polarizada, se utiliza una de tres opciones independientemente de las condiciones:

1. Prisma Nicolás. Lleva el nombre del explorador escocés Nicolas William, quien lo inventó en 1828. Realizó experimentos durante mucho tiempo y después de 11 años pudo obtener un dispositivo terminado, que todavía se usa sin cambios.
2. Reflexión de un dieléctrico. Aquí es muy importante elegir el ángulo de incidencia óptimo y tener en cuenta el grado refracción (Cuanto mayor es la diferencia en la transmisión de luz de los dos medios, más se refractan los rayos).
3. Uso de un entorno anisótropo. La mayoría de las veces, se seleccionan cristales con propiedades adecuadas para esto. Si dirige un flujo de luz hacia ellos, puede observar su separación paralela en la salida.

Polarización de la luz por reflexión y refracción en la interfaz de dos dieléctricos

Este fenómeno óptico fue descubierto por un físico de Escocia David Brewster en 1815. La ley que derivó mostró la relación entre los indicadores de dos dieléctricos en un cierto ángulo de incidencia de la luz. Si elegimos las condiciones, entonces los rayos reflejados desde la interfaz de dos medios se polarizarán en un plano perpendicular al ángulo de incidencia.

Una ilustración de la ley de Brewster.

El investigador observó que el haz refractado está parcialmente polarizado en el plano de incidencia. En este caso, no toda la luz se refleja, parte de ella va al haz refractado. ángulo de Brewster es el ángulo en el que Luz reflejada completamente polarizado. En este caso, los rayos reflejados y refractados son perpendiculares entre sí.

Para comprender la razón de este fenómeno, debe saber lo siguiente:

1. En cualquier onda electromagnética, las oscilaciones del campo eléctrico son siempre perpendiculares a la dirección de su movimiento.
2. El proceso se divide en dos etapas. En el primero, la onda incidente hace que las moléculas del dieléctrico se exciten, en el segundo aparecen ondas refractadas y reflejadas.

Si en el experimento se usa un plástico de cuarzo u otro mineral adecuado, intensidad luz polarizada plana será pequeño (alrededor del 4% de la intensidad total). Pero si usa una pila de placas, puede lograr un aumento significativo en el rendimiento.

¡De paso! La ley de Brewster también se puede derivar utilizando las fórmulas de Fresnel.

Polarización de la luz por un cristal.

Los dieléctricos ordinarios son anisotrópicos y las características de la luz cuando incide sobre ellos dependen principalmente del ángulo de incidencia. Las propiedades de los cristales son diferentes, cuando la luz incide sobre ellos, se puede observar el efecto de doble refracción de los rayos.Esto se manifiesta de la siguiente manera: al atravesar la estructura, se forman dos rayos refractados, que van en diferentes direcciones, sus velocidades también difieren.

Muy a menudo, los cristales uniaxiales se utilizan en experimentos. En ellos, uno de los haces de refracción obedece a leyes estándar y se denomina ordinario. El segundo se forma de manera diferente, se llama extraordinario, ya que las características de su refracción no corresponden a los cánones habituales.

Así es como se ve la doble refracción en el diagrama.

Si gira el cristal, el rayo ordinario permanecerá sin cambios y el extraordinario se moverá alrededor del círculo. La mayoría de las veces, la calcita o el espato islandés se utilizan en experimentos, ya que son muy adecuados para la investigación.

¡De paso! Si observa el entorno a través del cristal, los contornos de todos los objetos se dividirán en dos.

Basado en experimentos con cristales. Étienne Louis Malus formuló la ley en 1810 el año que recibió su nombre. Dedujo una clara dependencia de la luz polarizada linealmente tras su paso por un polarizador fabricado a base de cristales. La intensidad del haz después de atravesar el cristal disminuye en proporción al cuadrado del coseno del ángulo formado entre el plano de polarización del haz entrante y el filtro.

Lección en video: Polarización de la luz, física Grado 11.

Aplicación práctica de la polarización de la luz.

El fenómeno en consideración se usa en la vida cotidiana con mucha más frecuencia de lo que parece. El conocimiento de las leyes de propagación de las ondas electromagnéticas ayudó en la creación de varios equipos. Las principales opciones son:

1. Los filtros polarizadores especiales para cámaras le permiten eliminar el deslumbramiento al tomar fotografías.
2. Los conductores suelen utilizar gafas con este efecto, ya que eliminan el deslumbramiento de los faros de los vehículos que se aproximan.Como resultado, incluso las luces altas no pueden deslumbrar al conductor, lo que mejora la seguridad.
   La ausencia de deslumbramiento se debe al efecto de la polarización.
3. El equipo utilizado en geofísica permite estudiar las propiedades de las masas de nubes. También se utiliza para estudiar las características de la polarización de la luz solar cuando atraviesa las nubes.
4. Instalaciones especiales que fotografían nebulosas cósmicas en luz polarizada ayudan a estudiar las características de los campos magnéticos que surgen allí.
5. En la industria de la ingeniería, se utiliza el llamado método fotoelástico. Con él, puede determinar claramente los parámetros de tensión que ocurren en los nodos y las partes.
6. Equipo usó al crear escenarios teatrales, así como en el diseño de conciertos. Otro ámbito de aplicación son las vitrinas y los stands de exposición.
7. Dispositivos que miden el nivel de azúcar en la sangre de una persona. Funcionan determinando el ángulo de giro del plano de polarización.
8. Muchas empresas de la industria alimentaria utilizan equipos capaces de determinar la concentración de una solución particular. También existen dispositivos que pueden controlar el contenido de proteínas, azúcares y ácidos orgánicos mediante el uso de propiedades de polarización.
9. La cinematografía 3D funciona precisamente a través del uso del fenómeno considerado en el artículo.

¡De paso! Familiarizado con todos los monitores de cristal líquido y los televisores también funcionan sobre la base de una corriente polarizada.

Conocer las características básicas de la polarización te permite explicar los muchos efectos que se producen a su alrededor. Además, este fenómeno es ampliamente utilizado en ciencia, tecnología, medicina, fotografía, cine y muchos otros campos.