מהו קיטוב האור ויישומו המעשי

אור מקוטב שונה מאור סטנדרטי בהפצתו. הוא התגלה לפני זמן רב ומשמש הן לניסויים פיזיים והן בחיי היומיום לביצוע מספר מדידות. הבנת תופעת הקיטוב אינה קשה, זה יאפשר לך להבין את עקרון הפעולה של מכשירים מסוימים ולגלות מדוע, בתנאים מסוימים, האור אינו מתפשט כרגיל.

השוואה של תמונות ללא פילטר מקטב ואיתו, במקרה השני כמעט ואין בוהק.

מהו קיטוב האור

הקיטוב של האור מוכיח שהאור הוא גל רוחבי. כלומר, אנחנו מדברים על קיטוב של גלים אלקטרומגנטיים באופן כללי, ואור הוא אחד הזנים, שמאפיינים כפופים לכללים כלליים.

קיטוב הוא תכונה של גלים רוחביים, שווקטור התנודה שלו תמיד מאונך לכיוון התפשטות האור או משהו אחר.כלומר, אם תבחר מתוך קרני האור עם אותו קיטוב של הווקטור, אז זו תהיה תופעת הקיטוב.

לרוב, אנו רואים אור לא מקוטב סביבנו, שכן וקטור העוצמה שלו נע לכל הכיוונים האפשריים. כדי להפוך אותו לקוטב, הוא מועבר דרך מדיום אנזוטרופי, שמנתק את כל התנודות ומשאיר רק אחת.

השוואה בין אור רגיל ומקוטב.

מי גילה את התופעה ומה היא מוכיחה

המושג הנדון שימש לראשונה בהיסטוריה על ידי מדען בריטי מפורסם I. ניוטון בשנת 1706. אבל חוקר אחר הסביר את טבעו - ג'יימס מקסוול. אז טבעם של גלי האור לא היה ידוע, אבל עם הצטברות של עובדות שונות ותוצאות ניסויים שונים, הופיעו עוד ועוד עדויות לרוחב של גלים אלקטרומגנטיים.

הראשון שערך ניסויים בתחום זה היה חוקר הולנדי הויגנס, זה קרה ב-1690. הוא העביר אור דרך לוח של ספוג איסלנדי, וכתוצאה מכך הוא גילה את האניזוטרופיה הרוחבית של הקרן.

העדות הראשונה לקיטוב האור בפיזיקה התקבלה על ידי חוקר צרפתי א' מאלוס. הוא השתמש בשתי צלחות של טורמלין ובסופו של דבר המציא חוק שנקרא על שמו. הודות לניסויים רבים, הוכחה רוחבית של גלי אור, מה שעזר להסביר את טבעם ותכונות ההתפשטות שלהם.

מאיפה מגיע הקיטוב של האור וכיצד להשיג אותו בעצמך

רוב האור שאנו רואים אינו מקוטב. שמש, תאורה מלאכותית - שטף אור עם וקטור המתנודד בכיוונים שונים, מתפשט לכל הכיוונים ללא כל הגבלה.

אור מקוטב מופיע לאחר שהוא עבר דרך מדיום אנזוטרופי, שיכול להיות בעל תכונות שונות. סביבה זו מסירה את רוב התנודות, ומשאירה את הדבר היחיד שמספק את האפקט הרצוי.

לרוב, קריסטלים פועלים כמקטב. אם בעבר השתמשו בחומרים טבעיים בעיקר (לדוגמה, טורמלין), כעת ישנן אפשרויות רבות למקור מלאכותי.

כמו כן, ניתן לקבל אור מקוטב על ידי השתקפות מכל דיאלקטרי. השורה התחתונה היא שמתי שטף אור הוא נשבר בחיבור של שני אמצעי תקשורת. קל לראות זאת על ידי הנחת עיפרון או צינור בכוס מים.

עיקרון זה משמש במיקרוסקופים מקטבים.

במהלך תופעת שבירת האור, חלק מהקרניים מקוטב. מידת הביטוי של השפעה זו תלויה במיקום מקור אור וזווית כניסתו ביחס לנקודת השבירה.

באשר לשיטות להשגת אור מקוטב, נעשה שימוש באחת משלוש אפשרויות ללא קשר לתנאים:

1. פריזמה ניקולס. הוא נקרא על שמו של החוקר הסקוטי ניקולס וויליאם שהמציא אותו ב-1828. הוא ערך ניסויים במשך זמן רב ואחרי 11 שנים הצליח להשיג מכשיר מוגמר, שעדיין נעשה בו שימוש ללא שינוי.
2. השתקפות מדיאלקטרי. כאן חשוב מאוד לבחור את זווית הפגיעה האופטימלית ולקחת בחשבון את המידה שבירה (ככל שההבדל בהעברת האור של שני המדיות גדול יותר, כך הקרניים נשברות יותר).
3. שימוש בסביבה אנזוטרופית. לרוב, גבישים בעלי תכונות מתאימות נבחרים לכך. אם אתה מכוון אליהם שטף אור, אתה יכול לראות את ההפרדה המקבילה שלו במוצא.

קיטוב של אור על השתקפות ושבירה בממשק של שני דיאלקטריים

תופעה אופטית זו התגלתה על ידי פיזיקאי מסקוטלנד דיוויד ברוסטר בשנת 1815. החוק שהוא הפיק הראה את הקשר בין האינדיקטורים של שני דיאלקטריים בזווית מסוימת של כניסת אור. אם נבחר את התנאים, אזי הקרניים המשתקפות מהממשק של שני מדיה יהיו מקוטבות במישור המאונך לזווית הפגיעה.

המחשה של חוק ברוסטר.

החוקר ציין שהקרן השבורה מקוטבת חלקית במישור ההתרחשות. במקרה זה, לא כל האור מוחזר, חלק ממנו נכנס לאורה השבורה. זווית ברוסטר היא הזווית שבה אור מוחזר מקוטב לחלוטין. במקרה זה, הקרניים המוחזרות והנשברות מאונכות זו לזו.

כדי להבין את הסיבה לתופעה זו, עליך לדעת את הדברים הבאים:

1. בכל גל אלקטרומגנטי, התנודות של השדה החשמלי תמיד מאונכות לכיוון תנועתו.
2. התהליך מחולק לשני שלבים. בראשון, הגל המתרחש גורם למולקולות של הדיאלקטרי לעורר, בשני מופיעים גלים נשברים ומוחזרים.

אם נעשה שימוש בפלסטיק אחד של קוורץ או מינרל מתאים אחר בניסוי, עָצמָה אור מקוטב מישור יהיה קטן (כ-4% מהעוצמה הכוללת). אבל אם אתה משתמש בערימה של צלחות, אתה יכול להשיג עלייה משמעותית בביצועים.

דרך אגב! ניתן לגזור את חוק ברוסטר גם באמצעות הנוסחאות של Fresnel.

קיטוב האור על ידי גביש

דיאלקטריות רגילות הן אניזוטרופיות ומאפייני האור כאשר הוא פוגע בהן תלויות בעיקר בזווית הפגיעה. המאפיינים של הגבישים שונים, כאשר האור פוגע בהם, ניתן לראות את ההשפעה של שבירה כפולה של הקרניים.זה בא לידי ביטוי באופן הבא: כאשר עוברים דרך המבנה, נוצרות שתי קורות נשברות, שהולכות לכיוונים שונים, גם המהירויות שלהן שונות.

לרוב, גבישים חד-ציריים משמשים בניסויים. בהם, אחת מקרני השבירה מצייתת לחוקים סטנדרטיים ונקראת רגילה. השני נוצר בצורה שונה, זה נקרא יוצא דופן, שכן תכונות השבירה שלו אינן תואמות את הקנונים הרגילים.

כך נראית שבירה כפולה בתרשים.

אם תסובב את הגביש, הקרן הרגילה תישאר ללא שינוי, והיוצאת דופן תנוע סביב המעגל. לרוב, קלציט או ספוג איסלנדי משמשים בניסויים, מכיוון שהם מתאימים היטב למחקר.

דרך אגב! אם אתה מסתכל על הסביבה דרך הגביש, אז קווי המתאר של כל העצמים יתפצלו לשניים.

מבוסס על ניסויים עם גבישים אטיין לואי מאלוס ניסח את החוק ב-1810 השנה שקיבלה את שמו. הוא הסיק תלות ברורה של אור מקוטב ליניארי לאחר מעברו דרך מקטב העשוי על בסיס גבישים. עוצמת הקרן לאחר מעבר הגביש יורדת ביחס לריבוע הקוסינוס של הזווית הנוצרת בין מישור הקיטוב של הקרן הנכנסת למסנן.

שיעור וידאו: קיטוב האור, פיזיקה כיתה יא.

יישום מעשי של קיטוב אור

התופעה הנידונה משמשת בחיי היומיום לעתים קרובות הרבה יותר ממה שנדמה. הכרת חוקי ההתפשטות של גלים אלקטרומגנטיים סייעו ביצירת ציוד שונה. האפשרויות העיקריות הן:

1. מסנני קיטוב מיוחדים למצלמות מאפשרים לך להיפטר מסנוור בעת צילום תמונות.
2. משקפיים עם אפקט זה משמשים לעתים קרובות על ידי נהגים, מכיוון שהם מסירים סנוור מהפנסים של כלי רכב ממול.כתוצאה מכך, אפילו אורות גבוהים אינם יכולים לסנוור את הנהג, מה שמשפר את הבטיחות.
   היעדר בוהק נובע מהשפעת הקיטוב.
3. הציוד המשמש בגיאופיזיקה מאפשר לחקור את התכונות של מסות ענן. הוא משמש גם לחקר התכונות של הקיטוב של אור השמש כאשר הוא עובר דרך עננים.
4. מתקנים מיוחדים המצלמים ערפיליות קוסמיות באור מקוטב עוזרים לחקור את תכונות השדות המגנטיים המתעוררים שם.
5. בתעשיית ההנדסה משתמשים בשיטה המכונה פוטואלסטית. עם זה, אתה יכול לקבוע בבירור את פרמטרי הלחץ המתרחשים בצמתים ובחלקים.
6. צִיוּד בשימוש בעת יצירת תפאורה תיאטרלית, כמו גם בעיצוב קונצרטים. תחום יישום נוסף הוא ויטרינות ודוכני תערוכות.
7. מכשירים המודדים את רמת הסוכר בדמו של אדם. הם פועלים על ידי קביעת זווית הסיבוב של מישור הקיטוב.
8. מפעלי תעשיית מזון רבים משתמשים בציוד המסוגל לקבוע את הריכוז של פתרון מסוים. ישנם גם מכשירים שיכולים לשלוט בתכולת חלבונים, סוכרים וחומצות אורגניות באמצעות שימוש בתכונות קיטוב.
9. צילום תלת מימד עובד בדיוק באמצעות השימוש בתופעה הנחשבת במאמר.

דרך אגב! המוכר לכל צגי הגביש הנוזלי והטלוויזיות פועלות גם על בסיס זרם מקוטב.

הכרת התכונות הבסיסיות של קיטוב מאפשרת לך להסביר את ההשפעות הרבות המתרחשות מסביב. כמו כן, תופעה זו נמצאת בשימוש נרחב במדע, טכנולוגיה, רפואה, צילום, קולנוע ותחומים רבים אחרים.