Qu'est-ce que la polarisation de la lumière et son application pratique

La lumière polarisée diffère de la lumière standard dans sa distribution. Il a été découvert il y a longtemps et est utilisé à la fois pour des expériences physiques et dans la vie de tous les jours pour effectuer certaines mesures. Comprendre le phénomène de polarisation n'est pas difficile, cela vous permettra de comprendre le principe de fonctionnement de certains appareils et de découvrir pourquoi, dans certaines conditions, la lumière ne se propage pas comme d'habitude.

Comparaison de photos sans filtre polarisant et avec celui-ci, dans le second cas il n'y a quasiment pas d'éblouissement.

Qu'est-ce que la polarisation de la lumière

La polarisation de la lumière prouve que la lumière est une onde transversale. Autrement dit, nous parlons de la polarisation des ondes électromagnétiques en général, et la lumière est l'une des variétés dont les propriétés sont soumises à des règles générales.

La polarisation est une propriété des ondes transversales dont le vecteur d'oscillation est toujours perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière ou autre chose.Autrement dit, si vous sélectionnez parmi les rayons lumineux avec la même polarisation du vecteur, alors ce sera le phénomène de polarisation.

Le plus souvent, nous voyons autour de nous de la lumière non polarisée, car son vecteur d'intensité se déplace dans toutes les directions possibles. Pour le rendre polarisé, on le fait passer dans un milieu anisotrope, qui coupe toutes les oscillations et n'en laisse qu'une.

Comparaison de la lumière ordinaire et polarisée.

Qui a découvert le phénomène et que prouve-t-il

Le concept à l'étude a été utilisé pour la première fois dans l'histoire par un célèbre scientifique britannique I. Newton en 1706. Mais un autre chercheur a expliqué sa nature - James Maxwell. Ensuite, la nature des ondes lumineuses n'était pas connue, mais avec l'accumulation de divers faits et les résultats de diverses expériences, de plus en plus de preuves de la transversalité des ondes électromagnétiques sont apparues.

Le premier à mener des expériences dans ce domaine était un chercheur néerlandais Huygens, c'est arrivé en 1690. Il a fait passer la lumière à travers une plaque de spath islandais, à la suite de quoi il a découvert l'anisotropie transversale du faisceau.

La première preuve de la polarisation de la lumière en physique a été obtenue par un chercheur français E. Malus. Il a utilisé deux plaques de tourmaline et a finalement proposé une loi qui porte son nom. Grâce à de nombreuses expériences, la transversalité des ondes lumineuses a été prouvée, ce qui a permis d'expliquer leur nature et leurs caractéristiques de propagation.

D'où vient la polarisation de la lumière et comment l'obtenir soi-même

La plupart de la lumière que nous voyons n'est pas polarisée. Soleil, éclairage artificiel - un flux lumineux à vecteur oscillant dans différentes directions, se propage dans toutes les directions sans aucune restriction.

La lumière polarisée apparaît après avoir traversé un milieu anisotrope, qui peut avoir des propriétés différentes. Cet environnement supprime la plupart des fluctuations, laissant la seule chose qui fournit l'effet désiré.

Le plus souvent, les cristaux agissent comme un polariseur. Si auparavant des matériaux principalement naturels étaient utilisés (par exemple, la tourmaline), il existe maintenant de nombreuses options pour l'origine artificielle.

De plus, la lumière polarisée peut être obtenue par réflexion sur n'importe quel diélectrique. L'essentiel est que lorsque flux lumineux elle est réfractée à la jonction de deux milieux. Ceci est facile à voir en plaçant un crayon ou un tube dans un verre d'eau.

Ce principe est utilisé dans les microscopes polarisants.

Lors du phénomène de réfraction de la lumière, une partie des rayons est polarisée. Le degré de manifestation de cet effet dépend de l'emplacement Source de lumière et l'angle de son incidence par rapport au point de réfraction.

En ce qui concerne les méthodes d'obtention de la lumière polarisée, l'une des trois options est utilisée quelles que soient les conditions :

1. Prisme Nicolas. Il porte le nom de l'explorateur écossais Nicolas William qui l'a inventé en 1828. Il a mené des expériences pendant longtemps et après 11 ans, il a pu obtenir un appareil fini, qui est toujours utilisé sans changement.
2. Réflexion d'un diélectrique. Ici, il est très important de choisir l'angle d'incidence optimal et de prendre en compte le degré réfraction (plus la différence de transmission lumineuse des deux milieux est grande, plus les rayons sont réfractés).
3. Utilisation d'un environnement anisotrope. Le plus souvent, des cristaux aux propriétés appropriées sont sélectionnés pour cela. Si vous dirigez un flux lumineux vers eux, vous pouvez observer sa séparation parallèle à la sortie.

Polarisation de la lumière lors de la réflexion et de la réfraction à l'interface de deux diélectriques

Ce phénomène optique a été découvert par un physicien écossais David Brewster en 1815. La loi qu'il a dérivée a montré la relation entre les indicateurs de deux diélectriques à un certain angle d'incidence de la lumière. Si nous choisissons les conditions, alors les rayons réfléchis par l'interface de deux milieux seront polarisés dans un plan perpendiculaire à l'angle d'incidence.

Une illustration de la loi de Brewster.

Le chercheur a noté que le faisceau réfracté est partiellement polarisé dans le plan d'incidence. Dans ce cas, toute la lumière n'est pas réfléchie, une partie passe dans le faisceau réfracté. Angle de Brewster est l'angle auquel lumière réfléchie complètement polarisé. Dans ce cas, les rayons réfléchis et réfractés sont perpendiculaires l'un à l'autre.

Pour comprendre la raison de ce phénomène, vous devez savoir ce qui suit :

1. Dans toute onde électromagnétique, les oscillations du champ électrique sont toujours perpendiculaires à la direction de son mouvement.
2. Le processus est divisé en deux étapes. Dans le premier, l'onde incidente provoque l'excitation des molécules du diélectrique, dans le second apparaissent des ondes réfractées et réfléchies.

Si un plastique de quartz ou d'un autre minéral approprié est utilisé dans l'expérience, intensité lumière polarisée plane sera faible (environ 4 % de l'intensité totale). Mais si vous utilisez une pile de plaques, vous pouvez obtenir une augmentation significative des performances.

D'ailleurs! La loi de Brewster peut également être dérivée à l'aide des formules de Fresnel.

Polarisation de la lumière par un cristal

Les diélectriques ordinaires sont anisotropes et les caractéristiques de la lumière lorsqu'elle les frappe dépendent principalement de l'angle d'incidence. Les propriétés des cristaux sont différentes, lorsque la lumière les frappe, vous pouvez observer l'effet de double réfraction des rayons.Cela se manifeste comme suit: lors du passage à travers la structure, deux faisceaux réfractés se forment, qui vont dans des directions différentes, leurs vitesses diffèrent également.

Le plus souvent, les cristaux uniaxiaux sont utilisés dans les expériences. Dans ceux-ci, l'un des faisceaux de réfraction obéit à des lois standard et est appelé ordinaire. La seconde est formée différemment, elle est dite extraordinaire, car les caractéristiques de sa réfraction ne correspondent pas aux canons habituels.

Voici à quoi ressemble la double réfraction dans le diagramme.

Si vous faites pivoter le cristal, le faisceau ordinaire restera inchangé et l'extraordinaire se déplacera autour du cercle. Le plus souvent, la calcite ou le spath islandais sont utilisés dans les expériences, car ils conviennent bien à la recherche.

D'ailleurs! Si vous regardez l'environnement à travers le cristal, les contours de tous les objets se diviseront en deux.

Basé sur des expériences avec des cristaux Étienne Louis Malus a formulé la loi en 1810 l'année qui a reçu son nom. Il en déduit une nette dépendance de la lumière polarisée linéairement après son passage dans un polariseur réalisé à base de cristaux. L'intensité du faisceau après avoir traversé le cristal décroît proportionnellement au carré du cosinus de l'angle formé entre le plan de polarisation du faisceau entrant et le filtre.

Leçon vidéo : Polarisation de la lumière, physique 11e année.

Application pratique de la polarisation de la lumière

Le phénomène considéré est utilisé dans la vie quotidienne beaucoup plus souvent qu'il n'y paraît. La connaissance des lois de propagation des ondes électromagnétiques a aidé à la création de divers équipements. Les principales options sont :

1. Des filtres polarisants spéciaux pour appareils photo vous permettent de vous débarrasser de l'éblouissement lors de la prise de photos.
2. Les lunettes avec cet effet sont souvent utilisées par les conducteurs, car elles éliminent l'éblouissement des phares des véhicules venant en sens inverse.Ainsi, même les feux de route ne peuvent pas éblouir le conducteur, ce qui améliore la sécurité.
   L'absence d'éblouissement est due à l'effet de polarisation.
3. Les équipements utilisés en géophysique permettent d'étudier les propriétés des masses nuageuses. Il est également utilisé pour étudier les caractéristiques de la polarisation de la lumière solaire lors du passage à travers les nuages.
4. Des installations spéciales qui photographient les nébuleuses cosmiques en lumière polarisée aident à étudier les caractéristiques des champs magnétiques qui s'y produisent.
5. Dans l'industrie mécanique, la méthode dite photoélastique est utilisée. Avec lui, vous pouvez clairement déterminer les paramètres de contrainte qui se produisent dans les nœuds et les pièces.
6. Équipement utilisé lors de la création de décors théâtraux, ainsi que dans la conception de concerts. Un autre domaine d'application est celui des vitrines et des stands d'exposition.
7. Appareils qui mesurent le niveau de sucre dans le sang d'une personne. Ils fonctionnent en déterminant l'angle de rotation du plan de polarisation.
8. De nombreuses entreprises de l'industrie alimentaire utilisent des équipements capables de déterminer la concentration d'une solution particulière. Il existe également des dispositifs capables de contrôler la teneur en protéines, sucres et acides organiques grâce à l'utilisation de propriétés de polarisation.
9. La cinématographie 3D fonctionne précisément grâce à l'utilisation du phénomène considéré dans l'article.

D'ailleurs! Familier de tous les moniteurs à cristaux liquides et les téléviseurs fonctionnent également sur la base d'un flux polarisé.

Connaître les caractéristiques de base de la polarisation vous permet d'expliquer les nombreux effets qui se produisent autour. En outre, ce phénomène est largement utilisé dans la science, la technologie, la médecine, la photographie, le cinéma et de nombreux autres domaines.