ما هو استقطاب الضوء وتطبيقاته العملية
يختلف الضوء المستقطب عن الضوء القياسي في توزيعه. تم اكتشافه منذ فترة طويلة ويستخدم في التجارب الجسدية وفي الحياة اليومية لإجراء بعض القياسات. إن فهم ظاهرة الاستقطاب ليس بالأمر الصعب ، فهذا سيسمح لك بفهم مبدأ تشغيل بعض الأجهزة ومعرفة سبب عدم انتشار الضوء كالمعتاد في ظل ظروف معينة.
ما هو استقطاب الضوء
يثبت استقطاب الضوء أن الضوء عبارة عن موجة عرضية. أي أننا نتحدث عن استقطاب الموجات الكهرومغناطيسية بشكل عام ، والضوء هو أحد الأصناف التي تخضع خصائصها للقواعد العامة.
الاستقطاب هو خاصية للموجات المستعرضة ، يكون متجه التذبذب دائمًا متعامدًا مع اتجاه انتشار الضوء أو أي شيء آخر.بمعنى ، إذا اخترت من أشعة الضوء نفس استقطاب المتجه ، فستكون هذه ظاهرة الاستقطاب.
في أغلب الأحيان ، نرى ضوءًا غير مستقطب من حولنا ، حيث يتحرك متجه شدته في جميع الاتجاهات الممكنة. لجعله مستقطبًا ، يتم تمريره عبر وسط متباين الخواص ، والذي يقطع جميع التذبذبات ويترك واحدًا فقط.
من اكتشف الظاهرة وماذا تثبت
تم استخدام المفهوم قيد النظر لأول مرة في التاريخ من قبل عالم بريطاني مشهور نيوتن عام 1706. لكن باحث آخر أوضح طبيعته - جيمس ماكسويل. ثم لم تكن طبيعة موجات الضوء معروفة ، ولكن مع تراكم الحقائق المختلفة ونتائج التجارب المختلفة ، ظهرت المزيد والمزيد من الأدلة على استعرض الموجات الكهرومغناطيسية.
كان الباحث الهولندي أول من أجرى تجارب في هذا المجال Huygens ، حدث هذا في عام 1690. مرر الضوء من خلال صفيحة من الصاري الأيسلندي ، ونتيجة لذلك اكتشف تباين عرضي للحزمة.
أول دليل على استقطاب الضوء في الفيزياء حصل عليه باحث فرنسي إي مالوس. استخدم لوحين من التورمالين وتوصل في النهاية إلى قانون سمي باسمه. بفضل التجارب العديدة ، تم إثبات قابلية موجات الضوء ، مما ساعد على تفسير طبيعتها وخصائص انتشارها.
من أين يأتي استقطاب الضوء وكيف تحصل عليه بنفسك
معظم الضوء الذي نراه ليس مستقطبًا. شمس، إضاءة اصطناعية - تدفق مضيء مع ناقل يتأرجح في اتجاهات مختلفة ، ينتشر في جميع الاتجاهات دون أي قيود.
يظهر الضوء المستقطب بعد مروره عبر وسط متباين الخواص ، يمكن أن يكون له خصائص مختلفة. تزيل هذه البيئة معظم التقلبات ، تاركة الشيء الوحيد الذي يوفر التأثير المطلوب.
في أغلب الأحيان ، تعمل البلورات كمستقطب. إذا تم استخدام مواد طبيعية في السابق (على سبيل المثال ، التورمالين) ، فهناك الآن العديد من الخيارات للأصل الاصطناعي.
أيضًا ، يمكن الحصول على الضوء المستقطب عن طريق الانعكاس من أي عازل. خلاصة القول هي أن متى تدفق مضيئة ينكسر عند تقاطع وسيطين. من السهل رؤية ذلك بوضع قلم رصاص أو أنبوب في كوب من الماء.
أثناء ظاهرة انكسار الضوء ، يكون جزء من الأشعة مستقطبًا. تعتمد درجة ظهور هذا التأثير على الموقع مصدر ضوء وزاوية وقوعه بالنسبة إلى نقطة الانكسار.
بالنسبة لطرق الحصول على الضوء المستقطب ، يتم استخدام أحد الخيارات الثلاثة بغض النظر عن الشروط:
- بريزم نيكولاس. سميت على اسم المستكشف الاسكتلندي نيكولاس ويليام الذي اخترعه عام 1828. أجرى تجارب لفترة طويلة وبعد 11 عامًا تمكن من الحصول على جهاز نهائي ، والذي لا يزال يستخدم دون تغيير.
- انعكاس من عازل. من المهم للغاية هنا اختيار زاوية السقوط المثلى ومراعاة الدرجة الانكسار (كلما زاد الاختلاف في انتقال الضوء للوسيطتين ، زاد انكسار الأشعة).
- باستخدام بيئة متباينة الخواص. في أغلب الأحيان ، يتم اختيار بلورات ذات خصائص مناسبة لهذا الغرض. إذا وجهت تدفقًا ضوئيًا إليهم ، فيمكنك ملاحظة الفصل المتوازي عند الخرج.
استقطاب الضوء عند الانعكاس والانكسار في واجهة عازلين كهربائيين
تم اكتشاف هذه الظاهرة البصرية من قبل فيزيائي من اسكتلندا ديفيد بروستر عام 1815. أظهر القانون الذي استخلصه العلاقة بين مؤشري عازلين عند زاوية معينة لوقوع الضوء. إذا اخترنا الظروف ، فسيتم استقطاب الأشعة المنعكسة من واجهة وسيطين في مستوى عمودي على زاوية السقوط.
وأشار الباحث إلى أن الحزمة المنكسرة مستقطبة جزئياً في مستوى السقوط. في هذه الحالة ، لا ينعكس كل الضوء ، يذهب جزء منه إلى الحزمة المنكسرة. زاوية بروستر هي الزاوية التي ينعكس الضوء مستقطبة تماما. في هذه الحالة ، تكون الأشعة المنعكسة والمنكسرة متعامدة مع بعضها البعض.
لفهم سبب هذه الظاهرة ، عليك أن تعرف ما يلي:
- في أي موجة كهرومغناطيسية ، تكون اهتزازات المجال الكهربائي دائمًا متعامدة مع اتجاه حركته.
- تنقسم العملية إلى مرحلتين. في الأول ، تتسبب الموجة الساقطة في إثارة جزيئات العازل ، وفي الثانية ، تظهر الموجات المنكسرة والمنعكسة.
إذا تم استخدام بلاستيك من الكوارتز أو أي معدن آخر مناسب في التجربة ، الشدة طائرة مستقطبة ضوء ستكون صغيرة (حوالي 4٪ من الكثافة الإجمالية). ولكن إذا كنت تستخدم مجموعة من اللوحات ، يمكنك تحقيق زيادة كبيرة في الأداء.
على فكرة! يمكن أيضًا اشتقاق قانون بروستر باستخدام صيغ فرينل.
استقطاب الضوء بواسطة بلورة
المواد العازلة العادية متباينة الخواص وتعتمد خصائص الضوء عند اصطدامها بها بشكل أساسي على زاوية السقوط. تختلف خصائص البلورات ، فعندما يضربها الضوء ، يمكنك ملاحظة تأثير الانكسار المزدوج للأشعة.يتجلى هذا على النحو التالي: عند المرور عبر الهيكل ، يتم تشكيل حزمتين منكسرتين ، والتي تذهب في اتجاهات مختلفة ، وتختلف سرعاتها أيضًا.
في أغلب الأحيان ، يتم استخدام البلورات أحادية المحور في التجارب. في نفوسهم ، تخضع إحدى حزم الانكسار للقوانين القياسية وتسمى عادية. يتشكل الثاني بشكل مختلف ، ويطلق عليه اسم غير عادي ، لأن ميزات انكساره لا تتوافق مع الشرائع المعتادة.
إذا قمت بتدوير البلورة ، فسيظل الشعاع العادي دون تغيير ، وسوف يتحرك الشعاع الاستثنائي حول الدائرة. في أغلب الأحيان ، يتم استخدام الكالسيت أو الصاري الأيسلندي في التجارب ، حيث أنها مناسبة تمامًا للبحث.
على فكرة! إذا نظرت إلى البيئة من خلال البلورة ، فسوف تنقسم الخطوط العريضة لجميع الكائنات إلى قسمين.
بناء على التجارب مع البلورات صاغ إتيان لويس مالوس القانون عام 1810 السنة التي حصل فيها على اسمه. استنتج اعتمادًا واضحًا للضوء المستقطب خطيًا بعد مروره عبر مستقطب مصنوع على أساس البلورات. تنخفض شدة الحزمة بعد المرور عبر البلورة بما يتناسب مع مربع جيب التمام للزاوية المتكونة بين مستوى استقطاب الحزمة الواردة والمرشح.
درس بالفيديو: استقطاب الضوء ، فيزياء الصف الحادي عشر.
التطبيق العملي لاستقطاب الضوء
تُستخدم الظاهرة قيد الدراسة في الحياة اليومية في كثير من الأحيان أكثر مما تبدو. ساعدت معرفة قوانين انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في إنشاء معدات مختلفة. الخيارات الرئيسية هي:
- تسمح لك المرشحات الاستقطابية الخاصة بالكاميرات بالتخلص من الوهج عند التقاط الصور.
- غالبًا ما يستخدم السائقون النظارات ذات هذا التأثير ، حيث إنها تزيل الوهج من المصابيح الأمامية للمركبات القادمة.ونتيجة لذلك ، لا يمكن حتى للضوء العالي أن يبهر السائق ، مما يحسن من مستوى السلامة.
![ما هو استقطاب الضوء وتطبيقاته العملية]()
يرجع غياب الوهج إلى تأثير الاستقطاب. - تتيح المعدات المستخدمة في الجيوفيزياء دراسة خصائص كتل السحب. كما أنها تستخدم لدراسة ملامح استقطاب ضوء الشمس عند المرور عبر السحب.
- تساعد التركيبات الخاصة التي تصور السدم الكونية في الضوء المستقطب على دراسة خصائص المجالات المغناطيسية التي تنشأ هناك.
- في الصناعة الهندسية ، يتم استخدام ما يسمى بالطريقة المرنة الضوئية. باستخدامه ، يمكنك بوضوح تحديد معلمات الإجهاد التي تحدث في العقد والأجزاء.
- معدات تستخدم عند إنشاء مشهد مسرحي ، وكذلك في تصميم الحفل. مجال آخر للتطبيق هو المعارض وأكشاك العرض.
- أجهزة تقيس مستوى السكر في دم الشخص. وهي تعمل من خلال تحديد زاوية دوران مستوى الاستقطاب.
- تستخدم العديد من مؤسسات صناعة الأغذية معدات قادرة على تحديد تركيز حل معين. هناك أيضًا أجهزة يمكنها التحكم في محتوى البروتينات والسكريات والأحماض العضوية من خلال استخدام خصائص الاستقطاب.
- يعمل التصوير السينمائي ثلاثي الأبعاد بدقة من خلال استخدام الظاهرة المذكورة في المقالة.
على فكرة! مألوفة لجميع شاشات الكريستال السائل وأجهزة التلفزيون تعمل أيضًا على أساس تيار مستقطب.
تتيح لك معرفة السمات الأساسية للاستقطاب شرح التأثيرات العديدة التي تحدث حوله. أيضًا ، تُستخدم هذه الظاهرة على نطاق واسع في العلوم والتكنولوجيا والطب والتصوير والسينما والعديد من المجالات الأخرى.