Zjawisko polaryzacji światła

Pole elektryczne w danym punkcie w czasie i przestrzeni opisuje wektor natężenia pola

elektrycznego E, a pole magnetyczne wektor indukcji magnetycznej B. Światło emitowane przez

źródła  makroskopowe  jest  zwykle  mieszaniną  fal,  których  kierunki  drgań  wektorów  E  (oraz

prostopadłych  do  nich  wektorów  B)  mogą  rozchodzić  się  różnie.  O  takim  świetle  możemy

powiedzieć, że jest niespolaryzowane.

Z definicji wynika, że polaryzacja to zjawisko, które polega na uporządkowaniu płaszczyzny drgań

wektora E.

Jeżeli fala opisywana przez wektor E znajduje się w jednej płaszczyźnie, to znaczy, że została

spolaryzowana  liniowo.  Urządzenia,  które  porządkują  w  taki  sposób  pola  elektryczne  i

magnetyczne, nazywamy polaryzatorami.

Polaryzator przepuszcza jedynie tę falę, którą opisuje wektor E, czyli falę o kierunku zgodnym z

kierunkiem polaryzacji.

Jeżeli fala wcześniej spolaryzowana pada na inny polaryzator, to część energii, którą niesie, zostaje

pochłonięty w materiale polaryzatora, a fala jest spolaryzowana zgodnie z jego kierunkiem. Ten

drugi polaryzator może więc zmienić kierunek polaryzacji światła, które na niego pada. Odgrywa

on rolę analizatora – obracając go wokół osi x, można sprawdzić, czy światło, które na niego pada

było, już spolaryzowane, a jeżeli było, to w jakiej płaszczyźnie.

Najpopularniejszymi polaryzatorami są używane przez fotografów polaroidy, wykonane z płytki

polimerów. Naturalnymi polaryzatorami są np. występujące w przyrodzie kryształy dwójłomne

(kalcyt).

Światło ulega też polaryzacji przy odbiciu od powierzchni przeźroczystych izolatorów (np. szkła).

Całkowita  polaryzacja  zachodzi  tylko  dla  określonego  kąta  padania,  nazywanego  kątem

Brewstera. Kątem Brewstera nazywamy kąt padania, przy którym promień załamany tworzy z

promieniem odbitym kąt 90

o

.

Kąt Brewstera jest związany ze współczynnikiem załamania materiału odbijającego wzorem:

W świetle odbitym drgania wektora E odbywają się w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny

padania (patrz rysunek).

Przedstawimy  teraz  praktyczne  zastosowania  zjawiska  polaryzacji.  Jeśli  na  drodze

niespolaryzowanego światła ustawimy dwa polaryzatory o prostopadłych kierunkach polaryzacji,

to wiązka zostanie prawie całkowicie pochłonięta – wykorzystuje się to do znacznego osłabienia

światła reflektorów nadjeżdżających z przeciwka samochodów. Tym sposobem unika się oślepienia

kierowcy. Wiele substancji organicznych to materiały \"optycznie czynne\". Światło przechodzące

nie ulega znaczącemu osłabieniu, za to zmienia się kierunek polaryzacji. Ten efekt to skręcenie

płaszczyzny  polaryzacji.  Efekt  ten  nazywamy  skręceniem  płaszczyzny  polaryzacji.  Kąt,  o  jaki

zmienia się kierunek polaryzacji, jest proporcjonalny do grubości warstwy l i stężenia roztworu c,

czyli: α ~ cl, gdzie α to kąt, o jaki należy obrócić analizator, aby oglądane pole było znowu jasne.

Efekt  skręcenia  płaszczyzny  polaryzacji  jest  używany  do  pomiaru  zawartości  cukru  w  soku

wytłoczonym z buraków cukrowych.