Искусственное освещение: разновидности по функциональному назначению

Искусственное освещение.

Под понятием искусственное освещение подразумевается получение света от неестественных источников (ламп). Данное освещение сегодня осуществляется в основном двумя типами: с использованием люминесцентных ламп или ламп накаливания. В народе люминесцентные источники света часто еще называют «экономками», из-за их низкого потребления электроэнергии. Сейчас представлен широкий выбор спектров видимого излучения такого вида ламп, найти можно лампы дневного света, белого либо тепло-белого. Обладая достаточно высокой светоотдачей, люминесцентные лампы излучают равномерно мягкий свет.

На рисунке представлены фото лампы накаливания, люминесцентной и светодиодной ламп.

Не всем известен тот факт, что на солнечный свет похож больше именно люминесцентный свет и он полезнее для зрения. Хотя лампы накаливания у людей создают ощущение комфорта, они горят очень ярко, но полученного света отдают гораздо меньше при этом, чем люминесцентные.

Существует также немало других типов источников искусственного света: натриевые, галогенные, ртутные, которые по разным причинам широкого применения не получили.

На смену «экономкам» в последнее время пришли светодиодные типы ламп, обладающие отличными характеристиками, однако в быту их пока применяют редко, так как они имеют высокую стоимость.

Для простого расчета необходимого числа ламп воспользуйтесь Калькулятором расчета количества ламп.

Нормы освещенности или сколько требуется человеку света?

Если излучаемый источником освещения свет раздражает сетчатку человеческого глаза, то такой свет считается некачественным. Не всегда наилучшим вариантом может быть самая дорогая лампа, к примеру, фитолампы стоят достаточно дорого, но для людей они не подходят. Единицей измерения освещения принято считать – 1 люкс (лк). Разницы между 100 и 200 Лк человеческий глаз не улавливает, но при этом организм может пострадать. Во дворе в солнечную погоду может быть 100.000 Лк, а возле окна – только 100 Лк, но такой колоссальной разницы человек не заметит. Это приводит ктому, что людям часто катастрофически не хватает света у себя дома.

Зависит норма освещенности от того, для каких целей будет использоваться помещение. Должно быть больше всего света – 200 Лк в гостиных, кухнях, ванных комнатах и гардеробах. По санитарным нормам на лестничных пролетах искусственное освещение необходимо устанавливать с источником света, излучающим 150 Лк, а в коридорах, прихожих и комнатах отдыха достаточно 100 Лк. Для чтения требуется освещение 30−50 Лк.

Для нежилых помещений устанавливаются другие нормы. Чтобы пребывание в спортзале было наиболее комфортным, должен быть уровень света выше 300 Лк, для офисов нужно от 300 до 500 Лк, на складе же хватит и 200 Лк.

Ради экономии электричества, приведены данные минимальные нормы, но этого освещения некоторым людям может быть недостаточно, поэтому в таких случаях, искусственное освещение подбирается индивидуально, принимая нормы во внимание.

Основные виды искусственного освещения.

В зависимости от места нахождения источника света, принято различать несколько основных видов искусственного освещения:

Свет равномерно рассеивается по всему помещению при общем освещении. Люстра посредине потолка – это стандартный вариант общего освещения, хотя в определенной точке свет может быть ярче, происходит освещение всего помещения. Светильников иногда бывает несколько штук, тогда для правильного распределения света, их располагают через равные промежутки друг от друга.

Локальное искусственное освещение предполагает выделение определенной зоны при помощи светильника, который располагается на конкретном участке: над рабочим или кухонным столом, а также на стене. Необходимым количеством света позволяет обеспечить нужную зону локальное расположение ламп, поэтому данный тип освещения получил широкое применение в офисах, школах, больницах или на производствах.

Когда же выполняется совместное применение общего и локального искусственного освещения, такой вид освещения называется комбинированным.

Пример локального освещения в спальне над кроватью.

Акцентное освещение применяют, чтобы привлечь внимание людей к отдельным предметам. Такой тип освещения наиболее часто применяется для оснащения витрин магазинов, автосалонов, музеев или арт-галерей.

Было доказано при проведении исследований, что наличие в торговых точках акцентного освещения, помогает на 30% повысить продажи. Создается такое освещение благодаря использованию прожекторов (для внешнего и внутреннего подсвечивания) и светильников направленного света. С целью акцента на конкретные предметы, существует несколько типов акцентного освещения: галогенный, светодиодный, металлогалогенный и люминесцентный.

Декоративный вид освещения используют для создания праздничной атмосферы и украшения помещения, иллюминацию при этом можно устанавливать как внутри помещения, так и снаружи. Обычные или ленточные светодиоды и прожектора применяют с этой целью.

Читайте также:  Поляризованный свет: описание явления, примеры, формулы и разновидности

Виды искусственного освещения по направлению светового потока.

Освещение общего типа предназначается для того, чтобы было комфортно и светло во всем помещении, оно бывает нескольких типов: прямое (направленное), непрямое, смешанное, рассеянное.

При прямом или направленном освещении источник света направляется на определенную поверхность или объект, благодаря чему они визуально увеличиваются. Такого эффекта можно добиться при помощи настольных ламп, светильников-плафонов, некоторых встроенных или подвесных моделей осветительных приборов.

Непрямое освещение также называют отраженным, так как свет, который излучается располагающимися по периметру помещения софитами, отбивается от стен и потолка, освещая равномерно помещение. Благодаря использованию непрямого освещения, пространство вокруг кажется невесомым, а дом – комфортным.

При рассеянном освещении свет равномерно рассеивается во всем помещении (радиус может быть 360 градусов), проходя через полупрозрачный плафон. Такой эффект можно получить при использовании люстр или подвесных светильников.

Смешанное освещение сочетает в себе все виды перечисленного освещения, но свет при этом распространяется в нескольких направлениях.

Сочетание рассеянного и непрямого освещения.

Функциональное назначение видов искусственного освещения.

Искусственное освещение на производственных объектах используется достаточно широко, оно подразделяется на виды в зависимости от области его назначения. Принято выделять такие виды систем искусственного освещения: рабочие, аварийные и охранные.

Рабочее освещение в здании и на прилегающей территории обеспечивает нормальные условия труда.

Подсветку границ территории охраняемого объекта предполагает охранное освещение.

Аварийное освещение предусматривает при повреждении основного источника питания, подключение системы освещения к генератору или другому альтернативному источнику. Очень важную роль играет данный тип освещения при возникновении чрезвычайных ситуаций, этим типом освещения обязательно должны быть оснащены больницы, вокзалы, школы, промышленные и другие стратегические объекты. Аварийные светильники могут осуществлять работу от центральной аварийной системы или же автономно (от аккумулятора установленного внутри). В жилых домах аварийное освещение устанавливается редко, хотя это могло бы многих проблем помочь избежать. Часто при временных отключениях электроэнергии бывают случаи травматизма на лестничных пролетах.

Указатель аварийного освещения.

Итак, функции излучаемого света очень разные, а от правильного выбора типа освещения зависит не только здоровье человека, но и безопасность.

Искусственное освещение и виды ламп

Искусственное освещение – это получение света от неестественных источников. В их число входит: огонь, газовые установки, электрические лампы и светильники, прожектора и прочее.

Наиболее распространенными источниками искусственного света на данный момент являются следующие виды ламп освещения:

1) Накаливания. Это первый в истории электрический источник, в котором поток света получается за счет накаливания специальной нити – спирали из тугоплавкого металла. Основной недостаток этого принципа действия – большие потери электроэнергии на выделяемое тепло и, как следствие, неэкономичность.

2) Люминесцентные. Представляют собой стеклянные колбы, покрытые внутри люминофором. Выделяют свет за счет устойчивого горения паров, которое и вызывает свечение этого покрытия. Люминесцентный вид источника экономичнее лам накаливания в 5-7 раз, имеет более продолжительный эксплуатационный срок и мягкое, рассеянное свечение. К недостаткам можно отнести: мерцание, чувствительность к низким температурам и более сложная конструкция (наличие пускового устройства, стартера и т.д.).

3) Энергосберегающие. Это усовершенствованные люминесцентные лампы, выделенные в самостоятельный вид. Они выпускаются со стандартными цоколями и не требуют дополнительного оборудования для подключения к электросети. Внешне представляют собой компактную свернутую в спираль люминесцентную лампу со стандартным цоколем. Все виды ламп освещения, основанные на люминесцентном принципе, сохранили те же преимущества и недостатки.

4) Галогеновые. Это разновидность ламп накаливания, в которых за счет буферного газа значительно повышена эффективность элемента накала. Пары галогенов значительно увеличивают эксплуатационный срок и повышают температуру спирали. К недостаткам можно отнести повышенную рабочую температуру и зависимость от перепадов напряжения.

5) Светодиодные лампы. Наиболее передовой и современный вид ламп освещения. Источником света служит светодиод, который при прохождении электрического тока начинает светиться. К преимуществам можно отнести: самый высокий показатель экономии электроэнергии, наиболее длительный эксплуатационный срок, устойчивость к перепадам температур и напряжения электросети, экологичность и отсутствие ультрафиолетового излучения. Практически единственным недостатком является его цена. Но при длительном использовании ламп этого вида освещения, первоначальная стоимость окупается во много раз.

Читайте также:  Интенсивность света: формула через длину волны и единицы измерения

Виды искусственного освещения. Классификация

Основные виды искусственного освещения, различаемые по расположению и предназначению источников света:

1) Общее. В помещениях любого типа (жилые, офисные, производственные) этот вид освещения предполагает наличие светильников в верхней зоне или на потолке. При организации общего вида свет должен равномерно распределяться по всей площади помещения. Для небольшой жилой комнаты это может быть люстра или потолочный светильник. В офисе или производственном помещении обычно используется система светильников.

2) Местное. Этот вид освещения предназначен для выделения определенных зон путем расположения источников света непосредственно на выделенном участке помещения. Для местного освещения жилья применяют следующие виды светильников: напольные, настенные, подвесные, настольные, встраиваемые. В производственных или офисных помещениях используют специальные светильники, направляющие свет непосредственно на рабочее место.

3) Комбинированное. Предполагает одновременное использование общего и местного видов искусственного освещения. Эффективно для всех типов помещений: жилых, офисных, общественных и производственных.

Основные виды искусственного освещения, различаемые по направлению светового потока:

1) Направленное или прямое. Предполагает направление источника света на определенную поверхность или предмет. В результате направленного освещения предмет визуально увеличивается, за счет акцентирования его объема и формы. В жилом помещении для этого используют настольные лампы, споты, встроенные светильники, торшеры с плафонами и т.д.

2) Непрямое. Этот вид искусственного освещения называют еще отраженным, так как получается при направлении светового потока на потолок или стены, от которых он отражается и освещает помещение. В жилой комнате может быть реализован при помощи светильников с направленным вверх или на стены световым потоком. Отраженный свет зрительно увеличивает площадь комнаты и наиболее эффективен в светлом интерьере.

3) Рассеянное освещение получается в результате прохождения света через полупрозрачный или матовый плафон и рассеивается по всему помещению. Один потолочный светильник с рассеянным светом способен осветить небольшую комнату.

4) Смешанное. Получается совмещением выше перечисленных видов искусственного освещения. Светильник со смешанным освещением может распространять световой поток в разные стороны и через полупрозрачный плафон или абажур.

Основные виды искусственного освещения в производственных помещениях различаются по функциональному назначению:

1) Рабочее. Предназначается для обеспечения нормированных условий труда в зданиях и прилегающих территориях. Обязательно для всех видов производств, движения автотранспорта, прохода персонала.

2) Дежурное или охранное. Создается для освещения в нерабочее время или для охраны территории.

3) Аварийное. Предназначено для обеспечения видимости в случае аварийной эвакуации и для поддержания производственного процесса при полном отключении основного освещения.

4) Сигнальное – применяется для освещения зон повышенной опасности.

5) Бактерицидное – это ультрафиолетовое освещение для обеззараживания воздуха, воды и продуктов.

6) Эритемное — ультрафиолетовое облучение с длиной волны 297 нм, благоприятно влияющее на человеческий организм. Применяется в помещениях с дефицитом дневного света, стимулирует жизненно важные физиологические процессы.

Что такое поляризация света, кто придумал и как получить поляризованный свет

В современном мире любое применение должно обосновываться экономической эффективностью, удобством, простотой. Поляризация света все чаще встречается в жизни человека. На ее основе работает большинство приборов и устройств.

Что такое поляризация света

Термин поляризации дает оценку поперечных волн. Представляет состояние вектора колеблющейся величины в плоскости, поперечной направленности распространения волны.

Если тенденции колебаний светового вектора упорядочены, то освещение именуется поляризованным.

Колебания одинаковой частоты электромагнитных излучений могут иметь поляризирование:

  • Линейную. Она перпендикулярно направлена распространению волны.
  • Круговую. В связи с тенденцией верчения вектора индукции, поляризация правая либо левая.
  • Эллиптическую. Возникает в промежутке с круговой и линейной поляризациями.

Кто открыл явление и что оно доказывает

В первый раз эксперименты согласно поляризации света поставлены в 1690 г Гюйгенсом (голландский ученый). Суть эксперимента в том, что ученый пропустил через исландский шпат световое излучение. При этом происходит поперечная анизотропия луча.

Данное проявление получило название парное лучепреломление. Если кристаллик вращать сравнительно тенденции начальной полупрямой, так крутятся тот и другой луч при выходе из кристалла.

В 1809 г. французский инженер Малюс Э. открывает закон, после названный в его честь. В его экспериментах освещение поочередно пропускается посредством двух одинаковых пластин турмалина. Сияние направлялось вертикально плоскости кристалла турмалина, вырезанного параллельно зрительной оси. Если луч на своем пути встречает два препятствия в виде кристаллов турмалина, то насыщенность прошедшего луча, изменяется от альфа угла между осями по закону Малюса и выражается:

Читайте также:  Коэффициент пульсации освещенности: определение норм и способы снижения

Шотландский физик Никол Уильям изобрел в 1828 году поляризатор. Это прибор для получения линейно-поляризованного света (призма Никола). Через одиннадцать лет осуществил совмещение таких призм в единый прибор, что широко применяется и сегодня.

Откуда берется

Световой поток, который попадает в наше окружение, в основном неполяризован. Излучение от солнца, лампочек – свет, где вектор колеблется в разных направлениях. Если работа за компьютером и монитор жидкокристаллический, то в нем поляризованный источник.

Чтобы видеть поляризованный свет, надо естественный поток пропустить через анизотропную сферу. Она и есть поляризатор, который отрезает ненужные направления колебаний, сохраняя одно.

В числе поляризаторов применяются кристаллы. Одним из природных, часто применяемых – турмалин.

Еще методом извлечения поляризованного потока излучения является отражение с диэлектрика. Если луч опускается в рубеж области 2-ух сфер, поток делится на отображенный и надломленный. Лучи получаются отчасти поляризованными, при этом степень поляризации находится в зависимости от угла падения.

Как получить

Таким образом получить поляризование светового потока можно тремя способами:

  1. Отражением от диэлектриков. Где степень зависит от угла падения и степени преломления.
  2. Пропустить поток сияния через анизотропную среду. Луч, направленный на толстый кристалл, получит параллельное разъединение на выходе.
  3. Поляризатор (призма Николя).

Рекомендуем посмотреть видео на тему “Закон Малюса”.

Практическое применение явления поляризации света

Поляризование света интересно не только с научной точки зрения. Она нашла широкое применение на практике. Примеры применения:

  • 3Д кинематография;
  • очки от солнца с поляризацией – защищают глаза от отблесков солнца от воды и света фар встречных авто;
  • фототехника – фильтры поляризационные;
  • поляроиды применяются в геофизике при изучении свойств облака, при фотографировании затуманенных мест;
  • поляриметры применимы в медицине при определении концентрации сахара в крови, при этом используется угол поворота плоскости поляризации.

В заключение

Поляризация света — природное явление не очень сложное для понимания человеком. Поэтому она находит широкое применение в человеческой деятельности.

Интересные факты? Оставьте комментарий, поделитесь статьей с друзьями в соцсетях.

Поляризация света

Начало XIX века для физики ознаменовалось развитием волновой теории света, которым занимались ученые Т. Юнг и О. Френель. В то время природа световых волн оставалась неизвестной. Изначально предполагалось, что свет является распространяющимися в некоторой гипотетической среде – эфире продольными волнами. Однако в процессе изучения явлений дифракции и интерференции вопрос о том, продольные или поперечные световые волны, стал второстепенен. На тот момент казалось невозможным, что свет – это поперечные волны, по той причине, что по аналогии с механическими волнами пришлось бы признать эфир твердым телом, ведь поперечные механические волны не обладают возможностью распространяться в газообразной или же жидкой среде.

Несмотря ни на что, постепенно копились свидетельствующие в пользу поперечности световых волн экспериментально полученные факты.

Еще в конце XVII века было обнаружено, что кристалл исландского шпата ( CaCO 3 ) обладает свойством, позволяющим ему раздваивать проходящие сквозь него лучи. Данное явление было названо двойным лучепреломлением (рис. 3 . 11 . 1 ).

Рисунок 3 . 11 . 1 . Прохождение света через кристалл исландского шпата (двойное лучепреломление). При повороте кристалла относительно направления первоначального луча оба луча, которые проходят через кристалл, тоже поворачиваются.

Поляризация света

Поляризация света – это явление выделения из пучка естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.

Как же получить поляризованный свет?

Французским инженером Э. Малюсом в 1809 году был открыт названный в его честь закон. В экспериментах Малюса свет последовательно пропускался сквозь пару одинаковых пластинок из турмалина (прозрачное кристаллическое вещество зеленоватого оттенка). Они могли поворачиваться друг относительно друга на угол φ , как это проиллюстрировано на рисунке 3 . 11 . 2 .

Рисунок 3 . 11 . 2 . Наглядный пример закона Малюса.

Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной cos 2 φ :

Двойное лучепреломление точно также, как и закон Малюса не может быть объяснено с точки зрения теории продольных волн. Для продольных волн направление распространения луча представляет собой ось симметрии. В них любые направления в плоскости, нормальной, то есть перпендикулярной, лучу, равноправны.

Читайте также:  История развития электрического освещения

В поперечной волне, к примеру, в бегущей по резиновому жгуту волне, направление колебаний и перпендикулярное ему направление не равноправны (рис. 3 . 11 . 3 ).

Рисунок 3 . 11 . 3 . Поперечная волна в резиновом жгуте. Частицы совершают колебательные движения вдоль оси y . При повороте щели S затухнет волна.

Выходит, что асимметрия относительно направления распространения луча – это решающий признак, отличающий поперечную и продольную волны. Первым высказал догадку о поперечности световых волн Т. Юнг в 1816 году. Независимо от Юнга Френель тоже выдвинул концепцию поперечности световых волн, и даже смог обосновать ее с помощью большого количества опытов. Им была создана теория двойного лучепреломления света в кристаллах.

В середине 60 -х годов XIX века Максвелл, взяв за основу совпадение известных значений скоростей распространения света и электромагнитных волн, сделал вывод о природе света. Ученый решил, что свет – это частный случай электромагнитных волн. К тому времени экспериментальным путем была подтверждена поперечность световых волн. По этой причине Максвелл предположил, что она является еще одним важным аргументом в пользу его выводов насчет электромагнитной природы света.

Пропала необходимость во введении особой среды распространения волн – эфира, который приходилось рассматривать как твердое тело. Благодаря этому электромагнитная теория света приобрела должную стройность.

В условиях электромагнитной волны вектора E → и B → направлены перпендикулярно друг к другу и находятся в плоскости, которая перпендикулярна направлению распространения волны плоскости. (рис. 2 . 6 . 3 )

Рисунок 2 . 6 . 3 . Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна. Векторы E → , B → и υ → взаимно перпендикулярны.

В каждом из процессов взаимодействия света с веществом электрический вектор E → играет основную роль. По данной причине его называют световым вектором.

Виды поляризации света

Если при распространении электромагнитной волны световой вектор сохраняет свою ориентацию, то подобная волна носит название линейно поляризованной или плоско поляризованной. Отметим, что термин поляризации волн ввел Малюс применительно к поперечным механическим волнам.

Плоскость, в которой колеблется световой вектор E → , носит название плоскости колебаний (то есть плоскость y z , изображенная на рисунке 2 . 6 . 3 ), а плоскость, в которой совершает колебание магнитный вектор B → , является плоскостью поляризации (плоскость x z на рисунке 2 . 6 . 3 ).

В случае, когда две поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях монохроматические волны распространяются вдоль одного и того же направления, в общем случае результатом их сложения будет эллиптически поляризованная волна (смотрите рисунок 3 . 11 . 4 ).

Рисунок 3 . 11 . 4 . Сложение двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн и образование эллиптически поляризованной волны.

В нормальной (то есть перпендикулярной) направлению распространения волны эллиптически поляризованной волне в каждой плоскости P конец результирующего вектора E → за период светового колебания обходит некоторый эллипс, носящий название эллипса поляризации.

Его размер и форма характеризуются амплитудами a x и a y линейно поляризованных волн и фазовым сдвигом Δ φ между ними.

Волна, обладающая круговой поляризацией ( a x = a y , Δ φ = ± π 2 ) представляет собой частный случай эллиптически поляризованной волны.

Данные, получаемые при просмотре рисунка 3 . 11 . 5 , дают представление о пространственной структуре эллиптически поляризованной волны.

Рисунок 3 . 11 . 5 . Электрическое поле в эллиптически поляризованной волне.

Линейно поляризованный свет производится лазерными источниками. В случае отражения или рассеяния свет может стать поляризованным. В частности, голубой свет от неба частично или полностью поляризован. Однако, свет, который испускают обычные источники, такие как, например, солнечный свет и излучение ламп накаливания, является неполяризованным. Свет, исходящий от подобных источников, в любой момент состоит из вкладов огромного числа независимо излучающих атомов, обладающими различной ориентацией светового вектора в волнах, которые они излучают. По этой причине в результирующей волне вектор E → хаотично меняет свою ориентацию во времени, из-за чего в среднем все направления колебаний получаются равноправными.

Неполяризованный свет также называют естественным светом.

В любой момент времени вектор E → может быть спроецирован на две взаимно перпендикулярные оси (смотри рисунок 3 . 11 . 6 ).

Рисунок 3 . 11 . 6 . Разложение вектора E → по осям О х и О у .

Это значит, что любую волну, вне зависимости от того, поляризованная она или же нет, можно представить в виде суперпозиции двух линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях волн: E → ( t ) = E x → ( t ) + E y → ( t ) . В поляризованной волне обе составляющие E x ( t ) и E y ( t ) когерентны, то есть разность фаз между E x ( t ) и E y ( t ) не претерпевает изменений, а в неполяризованной – некогерентны, значит разность фаз представляет собой случайную функцию времени.

Читайте также:  Что такое люмен: в светодиодных лампах и лампах накаливания, способы перевода в Ватт

Явление двойного лучепреломления света основывается на том, что в кристаллических веществах показатели преломления линейно поляризованных во взаимно нормальных направлениях волн, зачастую различны. По данной причине кристалл раздваивает лучи, которые проходят сквозь него так, как это показано на рисунке 3 . 11 . 1 . Два луча на выходе кристалла линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях.

Кристаллы, в которых происходит двойное лучепреломление, называются анизотропными.

Прибегая к разложению вектора E → на составляющие по осям, можно объяснить закон Малюса (рис. 3 . 11 . 2 ).

У значительной части кристаллов поглощение света кардинально зависимо от направления электрического вектора в световой волне. Такое явление носит название дихроизма.

В частности, данным свойством обладают использованные в знакомых нам опытах Малюса пластины турмалина. При некоторой толщине пластинка турмалина практически полностью поглощает одну из взаимно перпендикулярно поляризованных волн (как, к примеру, E x ) и частично пропускает вторую волну (то есть E y ).

Направление колебаний электрического вектора в прошедшей волне является разрешенным направлением пластины.

Пластинка турмалина может применяться как для создания поляризационного света, то есть в качестве поляризатора, так и для анализа характера поляризации света, как анализатор.

В наше время часто применяются искусственные дихроичные пленки, называющиеся поляроидами.

Поляроиды пропускают практически всю волну разрешенной поляризации и не пропускают поляризованную в нормальном направлении волну. Исходя из всего вышесказанного, можно заявить, что поляроиды – это идеальные поляризационные фильтры.

Разберем последовательное прохождение естественного света через пару идеальных поляроидов П 1 и П 2 (рисунок 3 . 11 . 7 ), чьи разрешенные направления развернуты друг относительно друга на угол φ . Первый поляроид в приведенном тандеме занимает место поляризатора. Он преобразовывает естественный свет в линейно поляризованный. Второй поляроид применяется в качестве анализатора.

Рисунок 3 . 11 . 7 . Прохождение естественного света через два идеальных поляроида. y y ‘ представляет собой разрешенные направления поляроидов.

Обозначение амплитуды линейно поляризованной волны после прохождения света через первый поляроид в виде E 0 = I 0 2 приводит к тому, что пропущенная вторым поляроидом волна приобретает амплитуду E = E 0 cos φ . Таким образом, интенсивность I линейно поляризованной волны на выходе второго поляроида может быть записана в виде следующего выражения:

I = E 2 = E 0 2 cos 2 φ = 1 2 I 0 cos 2 φ .

Выходит, что в электромагнитной теории света закон Малюса находит естественное объяснение, чья основа заключается в разложении вектора E → на его составляющие.

Рисунок 3 . 11 . 8 . Модель поляризации света.

Рисунок 3 . 11 . 9 . Модель закона Малюса.

Поляризация света в физике – формулы и определения с примерами

Содержание:

  1. Что такое поляризация света
  2. Определение поляризации света

Поляризация света:

В продольной волне колебания происходят вдоль направления распространения волны.

В поперечной волне колебания происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения.

Рассмотрим еще одно важное свойство света, которое состоит в том, что свет может быть поляризован. Слово поляризация происходит от латинского polus — конец оси, полюс. Применительно к свету термин «поляризация» ввел Ньютон. Для того чтобы лучше разобраться в этом явлении, рассмотрим пример механической волны, бегущей по веревке. В ней можно возбудить поперечные волны, колебания в которых могут происходить как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости (рис. 46).

Если в направлении распространения такой волны поставить два ящика со щелями, параллельными направлениям колебаний в волне, то волна пройдет через оба из них (рис. 47, а). Если же один из ящиков повернуть на 90°, так чтобы щели были взаимно перпендикулярны, то волна не пройдет через второй ящик (рис. 47, б).

Таким образом, поперечные волны «погасить» можно. Продольные волны, в которых колебания совершаются вдоль направления распространения, так
«погасить» невозможно, поскольку они будут проходить через щели ящиков при их произвольной взаимной ориентации.

Если представить теперь поперечную волну, колебания в которой происходят вдоль любых прямых линий в плоскости, перпендикулярной ее направлению распространения, то погасить такую волну можно, пропустив ее через два ящика со скрещенными щелями. При пропускании такой волны через один ящик в ней будут оставаться колебания, параллельные его щели.

Читайте также:  Какие бывают источники света, и какими характеристиками обладают

Таким образом, в поляризованной волне существует выделенное направление.

Поперечная волна называется плоскополяризованной, если колебания во всех ее точках происходят только в одной плоскости.

Прибор, превращающий неполяризованную волну в поляризованную, называется поляризатором. Прибор, позволяющий установить, поляризована или нет проходящая через него волна, называется анализатором.

Явление поляризации световых волн можно обнаружить, пропуская свет через две одинаковые пластинки, вырезанные из кристалла турмалина (рис. 48).

Если пластинки расположены и ориентированы параллельно друг другу, то свет попадает в глаз наблюдателя. Если после этого поворачивать одну из пластин в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света, то попадающий в глаз наблюдателя свет будет постепенно ослабевать. При скрещивании пластин свет не будет попадать в глаз наблюдателя (см. рис. 48). Дальнейшее вращение пластины приведет к увеличению интенсивности пропускаемого света. Максимальное пропускание будет наблюдаться при одинаковой ориентации пластин

Рассмотренный эксперимент показывает, что электромагнитные волны — поперечны.

Совокупность явлений, в которых проявляется свойство поперечности световых волн, называется поляризацией света.

В качестве направления поляризации электромагнитных волн принято выбирать направление колебаний напряженности электрического поля £, потому что на сетчатку глаза действует электрическое поле световой волны.

Плоскость поляризации определяется как плоскость, содержащая напряженность электрического поля и скорость волны. Если колеблется только в этой плоскости, то свет называется плоскополяризованным или линейно поляризованным (рис. 49).

Если же конец вектора при колебаниях описывает окружность (рис. 50), то свет называется поляризованным по кругу, а если — эллипс, то — эллиптически поляризованным (рис. 51).

Свет также может быть неполяриэованным, или естественным. В этом случае колебания вектора происходят неупорядоченно по всевозможным направлениям, но остаются все время перпендикулярными к направлению распространения.

Неполяризованный свет излучается большинством окружающих нас источников, к которым относятся Солнце, другие звезды, лампы накаливания и т. д.

Поляризованный свет дают экраны калькуляторов, мобильных телефонов, а также жидкокристаллические мониторы и телевизоры. В этом легко убедиться с помощью поляроидных очков, вращая, например, экран мобильного телефона в плоскости, нормальной лучу зрения (см. рис. 48). При некотором положении телефона его экран практически полностью затемнится.

Что такое поляризация света

Явления интерференции и дифракции света доказали, что свет имеет волновую природу. Вам известно из 10-го класса, что волны разделяются на: продольные и поперечные. В продольных волнах направление колебания частицы среды совпадает с направлением распространения волны, а в поперечных волнах направления перпендикулярны.

В течение долгого времени основатели волновой оптики Юнг и Френель считали, что световые волны являются продольными волнами. Так как продольные механические волны могут распространяться в твердых, жидких и газообразных средах. А поперечные механические волны могут распространяться только в твердых телах. Однако многие проведенные эксперименты объяснить невозможно, если рассматривать световые волны как продольные. Рассмотрим один из таких экспериментов.

Пусть из кристалла турмалина, расположенного параллельно одной из осей кристаллической решетки плоскости, вырезана пластина. Эту пластину расположим перпендикулярно лучу света (рис. 4.24).

Медленно вращаем пластину вокруг оси проходящего луча света. Видим, что не происходит никакого изменения в интенсивности света, прошедшего через турмалин. Эксперимент повторим: расположим после пластины еще одну такую же пластину .В этот раз, оставляя в покое пластину , медленно вращаем пластину , вокруг оси. При этом наблюдаем изменение интенсивности света, проходящего через пластины. Интенсивность света уменьшается от максимального значения до нуля в зависимости от вращения пластины , относительно , (рис. 4.24). Исследования показали, что если оси пластин будут параллельными, интенсивность проходящих лучей будет высокой, если перпендикулярны, то равна нулю. В результате эксперимента доказали, что интенсивность проходящего света зависит от

Для объяснения этого явления рассмотрим прохождение продольной и поперечной волн через решетки (рис. 4.25).

Возьмем веревку и закрепим один из ее концов. Второй конец пропустим между двумя щелями решетки и встряхнем. По всей длине веревки создаются поперечные волны. В первом случае из-за того, что решетки расположены параллельно, волны проходят через обе решетки. Если вторую решетку установим поперечно, волна через нее не проходит, а гаснет. Если эксперимент повторить с продольными волнами, можно увидеть, что они проходят через обе решетки.

Читайте также:  Нормы освещенности (таблицы): для производственных, административных и вспомогательных помещений

Если сопоставить явления, наблюдаемые на свету с турмалиновыми пластинками и переход поперечных механических волн через решетки, то выясняется, что они похожи. Отсюда делаем вывод, что световые волны являются поперечными волнами.

На рис 4.25 видно, что если решетку поставить поперечно, то волна через нее не проходит. Но на опыте по прохождению света через турмалиновую пластину видим, что если пластину вращать вокруг своей оси, через нее проходит свет. Когда вращаем пластину уменьшается интенсивность света, падает до нуля. Значит, когда свет проходит через меняются его свойства.

Это можно объяснить следующим образом. Излучаемые волны беспорядочно распространяются в разные стороны из-за неупорядоченного расположения атомов в источнике света и неодновременного испускания луча. Поэтому направления векторов напряженности электрического и магнитного полей будут беспорядочными. Когда они попадают на пластину через кристаллическую решетку лучи проходят в одном определенном направлении (рис. 4.26).


Значит, направления векторов напряженности электрического и магнитного полей световой волны, прошедший через будут упорядоченными. Этот свет называется поляризованным светом. Явление, которое мы наблюдали, называется поляризацией света. Как было сказано выше, на пластину , падает поляризованный свет. Интенсивность света, прошедшего через нее, определяется по закону Малиуса:

Как было сказано выше, свет состоит из электромагнитной волны, образующейся в результате совместного распространения двух взаимно перпендикулярных колебаний (рис. 4.8). Исторически сложилось, что плоскость, на которой лежат колебания вектора напряженности электрического поля называется плоскостью колебания. Плоскость на которой лежат колебания вектора напряженности магнитного поля называется плоскостью поляризации.

Если направления колебания векторов электромагнитной волны каким-то образом упорядочены, то этот свет называется поляризованным светом. Если колебания вектора происходят только в одной плоскости, такой свет называют плоско (или прямолинейно) поляризованным светом.

Прибор, с помощью которого можно поляризовать естественный свет, называется поляризатором. Его изготавливают из турмалина, исландского шпата и других прозрачных кристаллов. Для определения степени поляризации света и положения поляризационной плоскости также используют поляризаторы. В последнем случае их называют анализаторами. На рисунке 4.24 пластина выполняет функцию поляроида, пластина – функцию анализатора.

Стало известно, что поляризация света происходит не только в турмалиновом кристалле, но и в других кристаллах. Например, исландский шпат. Его толщина может быть 0,1 мм и меньше. Приклеивая такую пленку к целлулоиду, получают поляризатор – это пластина площадью несколько квадратных дециметров.

Поляризованный свет широко используют в технике. Например, для получения качественного фото, определения концентрации органических кислот, белка и сахара в растворах.

Определение поляризации света

В результате распространения волн в среде происходят . вспомните пройденное. следующие явления:

  • а) колебательное движение частиц среды, в которой распространяется волна: частицы среды совершают только колебания около положения равновесия, и в волне не происходит перенос вещества;
  • б) взаимодействие частиц среды с соседними частицами: в результате взаимодействия частиц среды происходит перенос энергии.

Поперечная волна – это волна, колебания частиц среды в которой происходят перпендикулярно направлению распространения волны. Поперечные волны могут распространяться в твердых средах и на поверхности жидкостей. Поперечные волны распространяются в среде в виде выпуклостей и впадин.

Свет, отраженный от белого снега зимой, и свет фар встречных автомобилей ночью беспокоят водителей (а) и иногда становятся причиной дорожно-транспортных происшествий. Водителям рекомендуют в таких ситуациях пользоваться поляроидными очками, которые обеспечивают нормальное видение предметов вокруг (b).

Одним из важнейших результатов теории Максвелла стало го, что свет является поперечной электромагнитной волной. Согласно этой теории, свет, являясь электромагнитной волной, представляет собой распространение в пространстве колебаний векторов напряженности электрического и индукции магнитного полей (). Эти колебания происходят по всем направлениям в плоскостях, перпендикулярных друг другу и направлению скорости распространения (е). Например, белый свет, излучаемый Солнцем, является естественной световой волной.

Явления интерференции и дифракции наблюдаются и в продольных, и в поперечных волнах, поэтому с их помощью невозможно определить поперечность световых волн. Однако существует другое оптическое явление, с помощью которого это можно подтвердить. Это явление поляризации света.

Поляризованный свет – часть естественного света, отделенная от него специальным приспособлением, в которой колебания вектора происходят в определенной плоскости (см. е).

Одним из таких приспособлений, поляризующих свет, является кристалл турмалина. Один из опытов, проведенных с помощью кристаллов турмалина, заключается в следующем: на пластину турмалина направляют перпендикулярный луч белого света. На первый взгляд кажется, что прошедший через него свет не изменяется. Но на самом деле кристалл турмалина пропускает свет, в котором вектор колеблется только в одной определенной плоскости М (см. е). Значит, через пластину турмалина проходит плоскополяризованный свет. Такая пластина называется поляроидом. Чтобы проверить, действительно ли поляризован свет, перед прошедшим через поляроид свет ставят вторую такую же пластину – анализатор.

Становится понятно, что свет полностью проходит сквозь обе пластины, когда оси 00′ поляроида и анализатора параллельны (f). При изменениях угла между осями пластин в пределах наблюдается уменьшение интенсивности проходящего сквозь них света – частичное прохождение света. Но когда оси 00′ перпендикулярны друг другу, свет не проходит сквозь анализатор (g).

Читайте также:  Естественное освещение (виды, системы и нормы)

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Поляризация света для “чайников”: определение, суть явления и сущность

  • 12 Январь 2021
  • 8 минут
  • 128 714

В нашем блоге уже можно найти статьи про преломление, дисперсию и дифракцию света. Теперь пришло время поговорить о том, в чем заключается сущность поляризации света.

В самом общем смысле правильнее говорить о поляризации волн. Поляризация света, как явление, представляет собой частный случай поляризации волны. Ведь свет представляет собой электромагнитное излучение в диапазоне, воспринимаемом глазами человека.

Что такое поляризация света

Поляризация – это характеристика поперечных волн. Она описывает положение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Если этой темы не было на лекциях в университете, то вы, вероятно, спросите: что это за колеблющаяся величина и какому направлению она перпендикулярна?

Как выглядит распространение света, если посмотреть на этот вопрос с точки зрения физики? Как, где и что колеблется, и куда при этом летит?

Электромагнитная волна

Свет – это электромагнитная волна, которая характеризуется векторами напряженности электрического поля E и вектором напряженности магнитного поля Н. Кстати, интересные факты о природе света можно узнать из нашей статьи.

Согласно теории Максвелла, световые волны поперечны. Это значит, что векторы E и H взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости распространения волны.

Поляризация наблюдается только на поперечных волнах.

Для описания поляризации света достаточно знать положение только одного из векторов. Обычно для этого рассматривается вектор E.

Если направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, свет называется поляризованным.

Возьмем свет на рисунке, который приведен выше. Он, безусловно, поляризован, так как вектор E колеблется в одной плоскости.

Если же вектор E колеблется в разных плоскостях с одинаковой вероятностью, то такой свет называется естественным.

Поляризация света

Поляризация света по определению – это выделение из естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Откуда берется поляризованный свет?

Свет, который мы видим вокруг себя, чаще всего неполяризован. Свет от лампочек, солнечный свет – это свет, в котором вектор напряженности колеблется во всех возможных направлениях. Но если вам по роду деятельности приходится весь день смотреть в ЖК-монитор, знайте: вы видите поляризованный свет.

Естественный, поляризованный и частично поляризованный свет

Чтобы наблюдать явление поляризации света, нужно пропустить естественный свет через анизотропную среду, которая называется поляризатором и «отсекает» ненужные направления колебаний, оставляя какое-то одно.

Анизотропная среда – среда, имеющая разные свойства в зависимости от направления внутри этой среды.

В качестве поляризаторов используются кристаллы. Один из природных кристаллов, часто и давно применяемых в опытах по изучению поляризации света – турмалин.

Еще один способ получения поляризованного света – отражение от диэлектрика. Когда свет падает на границу раздела двух сред, луч разделяется на отраженный и преломленный. При этом лучи являются частично поляризованными, а степень их поляризации зависит от угла падения.

Читайте также:  Закон преломления света: формулировка и формула и описание явления преломления

Поляризация отражением

Связь между углом падения и степенью поляризации света выражается законом Брюстера.

Когда свет падает на границу раздела под углом, тангенс которого равняется относительному показателю преломления двух сред, отраженный луч является линейно поляризованным, а преломленный луч поляризован частично с преобладанием колебаний, лежащих в плоскости падения луча.

Линейно поляризованный свет – свет, который поляризован так, что вектор E колеблется только в одной определенной плоскости.

Практическое применение явления поляризации света

Поляризация света – не просто явление, которое интересно изучать. Оно широко применяется на практике.

Пример, с которым знакомы почти все – 3D-кинематограф. Еще один пример – поляризационные очки, в которых не видно бликов солнца на воде, а свет фар встречных машин не слепит водителя. Поляризационные фильтры применяются в фототехнике, а поляризация волн используется для передачи сигналов между антеннами космических аппаратов.

Фото, сделанные с применением поляризационного фильтра и без него

Поляризация – не самое сложное для понимания природное явление. Хотя если копнуть глубоко и начать основательно разбираться с физическими законами, которым она подчиняется, могут возникнуть сложности.

Чтобы не терять время и преодолеть трудности максимально быстро, обратитесь за советом и помощью к нашим авторам. Мы поможем выполнить реферат, лабораторную работу, решить контрольные задания на тему “поляризация света”.

  • Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
  • Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
  • Курсовая работа 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
  • Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Физика. 11 класс

Конспект урока

Физика, 11 класс

Урок 18. Поляризация света. Корпускулярная и волновая теории света

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

  1. поляризация света;
  2. естественный и плоскополяризованный свет;
  3. применение поляризации световых волн;
  4. корпускулярная и волновая теории света.

Глоссарий по теме:

Свет электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.

Поляризация света процесс упорядочения колебаний вектора напряженности электрического поля световой волны при прохождении света сквозь некоторые вещества (при преломлении) или при отражении светового потока.

Естественный свет – световой поток, в котором колебания векторов и происходят по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения волн.

Плоскополяризованный свет – свет, в котором колебания вектора происходят только в одной определённой плоскости.

Поляроид – тонкая (0,1 мм) плёнка кристаллов герапатита, нанесённая на целлулоид или стеклянную пластинку.

Корпускулярная теория света свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами во все стороны.

Волновая теория света свет имеет волновую природу, то есть ведёт себя как электромагнитная волна, от длины которой зависит цвет видимого нами света.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 225 – 228.

2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс – М.:Дрофа,2009. – С. 149.

3. Элементарный учебник физики. Учебное пособие в 3 т./под редакцией академика Ландсберга Г. С.: Т.3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. – 12-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. С. 367 – 373.

4. Савельев И.В. Курс общей физики, том III. Оптика, атомная физика, физика атомного ядра и элементарных частиц. М.: Изд. «Наука», 1970 г. С. 157.

5. Джанколи Д.К. Физика в двух томах. Т.2. М: «МИР», 1989. С. 441 – 454.

Основное содержание урока

Свет – электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.

В соответствии с двумя способами передачи энергии от источника тока к приёмнику возникли и начали развиваться две совершенно разные теории, объясняющие, что такое свет, какова его природа. Эти теории возникли почти одновременно в XVII веке.

Одна из этих теорий связана с именем Ньютона, другая – с именем Гюйгенса.

Читайте также:  Комбинированное освещение: описание, разновидности и методы проектирования

Ньютон придерживался так называемой корпускулярной теории света, согласно которой свет – это поток частиц, идущих от источника во все стороны (перенос вещества).

Согласно же представления Гюйгенса свет – это волны, распространяющиеся в особой гипотетической среде – эфире, заполняющем всё пространство и проникающем внутрь всех тел.

Обе теории длительное время существовали параллельно.

На основе корпускулярной теории трудно объяснить, почему световые пучки, пересекаясь в пространстве, никак не действуют друг на друга. Ведь световые пучки должны сталкиваться и рассеиваться. Волновая же теория это легко объясняла.

Однако прямолинейное распространение света, приводящее к образованию за предметами резких теней, трудно объяснить на основе волновой теории. По корпускулярной же теории прямолинейное распространение света является просто следствием закона инерции.

В начале XIX века впервые были изучены явления дифракции и интерференции света. Эти явления присущи исключительно волновому движению. Объяснить их с помощью корпускулярной теории нельзя. Поэтому казалось, что волновая теория одержала окончательную победу.

Такая уверенность особенно окрепла, когда Максвелл во второй половине XIX века доказал, что свет – это частный случай электромагнитных волн.

Работами Максвелла были заложены основы электромагнитной теории.

После экспериментального обнаружения электромагнитных волн Герцем никаких сомнений в том, что при распространении свет ведёт себя как волна, не осталось. Нет их и сейчас.

Однако в начале XX века представления о природе света начали тем не менее коренным образом меняться. Оказалось, что при излучении и поглощении свет ведёт себя подобно потоку частиц. Были обнаружены прерывистые, или, как говорят, квантовые свойства света.

Возникла необычная ситуация: явления интерференции и дифракции по-прежнему можно было объяснить, если считать свет волной, а явления излучения и поглощения – если считать свет потоком частиц. Такую двойственность поведения света называют корпускулярно-волновым дуализмом.

Опыт с турмалином

Возьмём прямоугольную пластину турмалина, вырезанную таким образом, чтобы одна из её граней была параллельна оси кристалла. Если направить нормально на такую пластину пучок света от электрической лампы или солнца, то вращение пластины вокруг пучка никакого изменения интенсивности света, прошедшего через неё, не вызовет. Световое пятно лишь приобретает зеленоватую окраску.

Если мы заставим пучок света пройти через второй точно такой же кристалл турмалина, параллельный первому, то при одинаково направленных осях кристаллов опять ничего интересного не происходит: просто световой пучок ещё более ослабляется за счет поглощения во втором кристалле. Но если второй кристалл вращать, оставляя первый неподвижным, то обнаружится гашение света. И когда оси перпендикулярны друг другу, свет не проходит совсем. Он целиком поглощается вторым кристаллом.

Выводы из опыта:

  1. свет – поперечная волна;
  2. кристалл турмалина обладает способностью пропускать световые волны с колебаниями, происходящими в одной определённой плоскости.

Кристалл турмалина преобразует естественный свет в плоскополяризованный.

Поляризация света – процесс упорядочения колебаний вектора напряженности электрического поля световой волны при прохождении света сквозь некоторые вещества (при преломлении) или при отражении светового потока.

Естественный свет – световой поток, в котором колебания векторов и происходят по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения волн.

Плоскополяризованный свет – свет, в котором колебания вектора происходят только в одной определённой плоскости.

Поляроид – тонкая (0,1 мм) плёнка кристаллов герапатита, нанесённая на целлулоид или стеклянную пластинку.

Поляризация света широко применяется в светотехнике, астрофизике, спектроскопии, медицине, геологии, минералогии, кристаллографии и т.д.

Разбор тренировочного задания

1. Свет, отраженный от поверхности воды, является частично поляризованным. Как убедиться в этом, имея поляроид?

Чтобы убедиться в этом, нужно смотреть на воду через поляроид, поворачивая его, пока изображение не исчезнет.

2. Если смотреть на спокойную поверхность неглубокого водоёма через поляроид и постепенно поворачивать его, то при некотором положении поляроида дно водоёма будет лучше видно. Объясните явление.

Отражённый и частично поляризованный свет не пройдет через поляроид и не будет «слепить» глаза.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: