2013年2月4日

科學玩具-光學-偏振片的作用原理


偏振片(polarizer),又稱為偏光片、極化片,一般是指那種深褐色的透明片,雖然外觀上看不出來的的性質,但是在兩片偏振片重疊的情況下,會產生有時能讓光通過,有時卻不允許光通過的現象。一般常見的用途是用在看3D立體電影所戴的特殊眼鏡上。

而光是一種有著各式各樣偏振方向的電磁波,即電場、磁場與光前進方向垂直的橫波。光在空間中的每一點行進時,電、磁場會隨時間週期性變化,人眼只能感受到光的強度,但無法看出其中的電磁場,而且因頻率太高,所以肉眼根本無法察覺。
瞧!這一大袋通通是戰利品,完完全全都是紙製的偏光眼鏡
數量有多少呢?機車腳踏墊上的空間是放不進去的

若光線的電磁場只能在固定方向且週期性的振盪變化,就稱為偏振光(polarized light),雷射光就屬於其中一種;但若是不同方向偏振光組合出一個混合電磁場,形成沒有固定方向且週期性的振盪變化,就稱為非偏振光(unpolarized light),像是日光燈、燭光、螢火蟲所發出之冷光都屬於此類。
這麼辦好了,請初登場的小小模特兒做個比例對照
整個袋子的體積比一歲小孩大上許多,不論是尺寸還是重量

由於在製造過程中的偏振片已經具有特定的長鏈狀分子配置,而偏振軸向決定了是否讓偏振光線通不通過的決定關鍵。偏振光的電場振動若平行於分子長鏈方向,則能量會被材料分子所吸收,鮮少能通過;若電場垂直長鏈,則被分子吸收的量很少,也就是偏振光大部份是可以通過的。因此偏振片只允許特定方向振動的偏振光通過,而禁止其他方向振動的光通過。
但是整理好之後呢,疊合起來的體積只有這樣而已
根據熱力學第二定律,我作了很大的功讓原本有極大的熵的它們變得有秩序

利用偏振片可以進行許多實驗。如果只是自己單獨一個人做,可以從觀看立體劇場的紙製偏光眼鏡上取下,只要遮得住眼睛的兩片就夠了。另外可以搭配的實驗材料有塑膠板或玻璃板、透明膠帶、透明水果盒(聚丙烯)、塑膠袋(聚乙烯)以及CDDVD的透明盒。

如果你所使用的是自行購得的偏振片,就必須撕下偏振片上的原始保護貼膜,再透過其中一片看室外的景色,不然你會覺得暗很多,而且會看到黯淡的虹彩七色光。如果直接用肉眼觀察遠處的玻璃窗和屋頂上的淺色塗料,會看到這些易反光的材質在日光下閃耀著,讓人幾乎睜不開眼睛。但如果透過偏振片觀察,慢慢地轉動偏振片,原本刺眼的反射光線便會時強時弱。這是因為經由玻璃窗或是屋頂塗料上反射的日光形成了偏振光。
因為鏡面上的長鏈分子也會在光線穿透的過程中吸收部分能量
重疊時數量一多,即使偏振軸都相同,也能讓光無法穿透過去

接著再將兩片偏振片疊合後看外面的景色。用其中一隻手拿住一片偏振片固定不動,另外一隻手讓另一片偏振片慢慢地旋轉。隨著偏振片重疊角度的旋轉變化,一會兒看到的是漆黑一片,一會兒又恢復原狀。

拍攝立體電影時,是依人眼視差角度以兩部偏振軸互相垂直的攝影機同步拍攝。放映時,再將兩部影片分別以垂直偏振軸的偏振光同時放映,因此觀眾必須戴上兩邊偏振眼鏡,不同偏振軸的偏振光進入特定的眼睛,任一眼僅能接收特定的偏振光影片,最後在腦中重疊成立體影像。這裡所使用的偏振眼鏡(立體眼鏡)的鏡片,其偏振軸必須互相垂直配置,才能完整接收特定的訊息。如果不戴,而以肉眼裸視,就只能在螢幕上看到重疊的模糊影像。
裸眼看立體電影就是這樣,重疊的影像雖然看得出影片內容,但卻是模糊的

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