Polarisatie (elektromagnetisme)
Van Wikipedia
Polarisatie van elektromagnetische straling, bijvoorbeeld zichtbaar licht houdt in dat het vlak van het trillende elektrische veld dusdanig beïnvloed wordt dat het niet langer een willekeurige richting heeft. Men spreekt dan van gepolariseerd licht.
Inhoud |
[bewerk] Kenmerken
Elektromagnetische straling gedraagt zich als een transversale golf. Dit betekent dat zowel de elektrische als de magnetische veldcomponent loodrecht op de voortplantingsrichting staan. In de vrije ruimte staan beide veldcomponenten ook loodrecht op elkaar. Wanneer we het over de polarisatie van een elektromagnetische golf hebben, bedoelen we altijd de polarisatie van de elektrische veldcomponent. De magnetische veldcomponent staat loodrecht hierop.
Een elektromagnetische golf kan lineair of circulair gepolariseerd zijn. In het eerste geval is de polarisatierichting constant, in het tweede geval draait de polarisatie 360 graden over 1 golflengte. Dit kan linksom zijn, of rechtsom.
Bij reflectie van een elektromagnetisch golf op een materiaal met een andere dichtheid kan de polarisatie van de gereflecteerde golf anders zijn dan die van de invallende golf. Dit is goed te zien wanneer men op een zonnige dag een Polaroid® zonnebril voor zich houdt terwijl men naar reflecties van zonlicht op water of een venster kijkt. Als de bril van horizontaal naar verticaal gedraaid wordt, is te zien dat het materiaal waaruit de glazen van deze bril zijn gemaakt, licht met verschillende polarisatie in verschillende mate verzwakt.
Wanneer men twee glazen op elkaar legt kan men bij draaiing van een ervan zien dat er een richting is waarbij vrijwel alle licht geblokkeerd wordt. Men spreekt dan van gekruiste polarisatoren.
Sommige dieren kunnen de polarisatie van het licht waarnemen. De mens kan dat ook, maar dat is niet eenvoudig. Zie Bundel van Haidinger.
[bewerk] Manieren van polarisatie
[bewerk] Polarisatie door dubbelbreking
Als licht een anisotroop medium binnendringt vindt dubbelbreking plaats, waarbij het ongepolariseerde licht in twee lichtstralen met loodrecht op elkaar staande golfbeweging. Nu kan lineair gepolariseerd licht gemaakt worden door één van de twee stralen weg te filteren. Dit kan op twee manieren.
Filteren kan door absorptie van één van de twee stralen. Sommige mineralen, zoals toermalijn, hebben de eigenschap invallend licht met een bepaalde golfrichting te absorberen (zogenaamd pleochroisme), terwijl licht met andere golf richtingen gerefracteerd wordt. De lichtstraal die het toermalijnkristal binnenvalt zal in twee stralen splitsen, beide met ongeveer dezelfde hoeveelheid energie. Daarna zal het mineraal één van de twee absorberen, waarna slechts één lichtstraal, van lineair gepolariseerd licht, overblijft. Filteren door absorptie wordt bijvoorbeeld toegepast bij polarisatiefilters.
Een tweede manier om één van de twee door dubbelbreking geproduceerde stralen te elimineren is door gebruik te maken van de kritieke hoek. Nadat de lichtstraal in een anisotroop medium binnengaat zal deze splitsen in de twee lineair gepolariseerde stralen. Door de anisotropie van het materiaal is de lichtsnelheid in verschillende richtingen anders, waardoor de ene straal zich iets sneller voortplant dan de andere. De brekingsindex is daarom ook verschillend, en hiervan kan gebruikgemaakt worden wanneer een tweede oppervlak aan te brengen waarop één van beide stralen reflecteerd. Dit gebeurt bijvoorbeeld in een Nicol prisma.
[bewerk] Polarisatie door weerkaatsing (reflectie)
Als licht gereflecteerd wordt door een glad oppervlak zal de gereflecteerde lichtstraal lineair gepolariseerd zijn in een richting parallel met het oppervlak, als de hoek tussen de gereflecteerde en gerefracteerde stralen 90° bedraagt. De invalshoek van het licht om deze hoek tussen de gereflecteerde en gerefracteerde stralen te krijgen heet de hoek van Brewster, en is met de Wet van Snellius eenvoudig te berekenen.
[bewerk] Polarisatie door verstrooiing
Polarisatie door verstrooiing komt in de natuur voor als licht in de dampkring op stof en de moleculen waaruit de lucht bestaat botst, waarna het op een zelfde manier als bij reflectie gepolariseerd raakt. Dit veroorzaakt de blauwe kleur van de lucht, omdat uit lichtstralen door de atmosfeer het blauw licht door deze botsingen het meest verstrooid, en naar beneden gezonden wordt. Als de Zon ondergaat of opkomt, is de lucht daar juist oranje, omdat tijdens de lange weg die deze straling door de atmosfeer aflegt, al het blauwe licht weg verstrooid is.
[bewerk] Toepassingen
Gepolariseerd licht kent veel toepassingen.
In de natuur gebruiken de bijen de polarisatierichting van zonlicht om zich te oriënteren. Als de zon achter de wolken staat, zien ze aan de polarisatie van de onbewolkte hemel waar de zon staat.
Polaroid-zonnebrillen vinden toepassing bij het uitschakelen van hinderlijke reflecties.
In de microscopie wordt polarisatie ook vaak toegepast. Wanneer men een object tussen gekruiste polarisatoren aanbrengt ziet men een donker beeld wanneer het materiaal amorf is, maar indien het kristallijn is met een voldoende lage symmetrie vindt er door dubbelbreking draaiing van het polarisatievlak plaats en glipt er licht door de analysator, het tweede polarisatie filter. Aangezien de draaiing afhangt van de golflengte is dit vaak de aanleiding tot een beeld met prachtige kleuren omdat sommige kleuren wel en andere niet doorgelaten worden. Men gebruikt dit bijvoorbeeld om asbestvezels te onderscheiden van glasvezels.
Polarisatie kan ook optreden bij andere delen van het elektromagnetisch spectrum, bijvoorbeeld bij Röntgenstraling. Men moet bijvoorbeeld bij Röntgendiffractie daarmee rekening houden bij het bepalen van de intensiteit van de refecties.
In de Scheikunde spreekt met van optische activiteit van een stof, als deze stof de richting van de polariteit van doorvallend licht verandert (zie ook optische isomerie). De termen linksdraaiend en rechtsdraaiend die soms vermeld staan op de verpakking van voedingsmiddelen zijn oorspronkelijk hiervan afkomstig.
Een vloeibaar kristal draait de polarisatierichting als er een elektrische spanning over staat. Door een polarisatiefilter voor en achter het vloeibare kristal aan te brengen, wordt de spanning zichtbaar, zodat het vloeibare kristal bruikbaar is als scherm voor horloges en dergelijke.
Bij projectie van stereofoto's wordt gepolariseerd licht gebruikt. De toeschouwers dragen een bril met polariserende glazen, waardoor elk oog een ander beeld ziet. Ook de Cobox werkt volgens dit principe.
