UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE NICARAGUA, MANAGUA

UNAN - MANAGUA

FACULTAD REGIONAL MULTIDISCIPLINARIA

FAREM - Estelí

Recinto “Leonel Rugama Rugama”

Asignatura: Óptica y física moderna

Carrera/Año: Física – Matemática III Año

Prof.:

Lic. Manuel de Jesús Torres

Elaborado por:

Lesdy Joan Jiménez Jiménez

Estelí, 15 de Noviembre del 2014

Polarización

Cuando pensamos en luz polarizada, quizá visualizamos los anteojos polarizados (o Polaroid) para sol, porque ésta es una de las aplicaciones más comunes de la polarización. Cuando algo se polariza, tiene una dirección u orientación preferente. En términos de ondas luminosas, la polarización se refiere a la orientación de las oscilaciones transversales de sus ondas (campo eléctrico).

La luz es una onda electromagnética, con vectores de campo eléctrico y magnético (E⃗ y B⃗ y respectivamente) oscilatorios, perpendiculares (transversales) a la dirección de propagación. La luz de la mayor parte de las fuentes consiste en una gran cantidad de ondas electromagnéticas que emiten los átomos de esa fuente. Cada átomo produce una onda con determinada orientación, que corresponde a la dirección de su vibración atómica. Sin embargo, como son muchos los átomos que producen las ondas electromagnéticas de una fuente típica, son posibles muchas orientaciones aleatorias de los campos ( E⃗ y B⃗ y en la luz compuesta que se emite. Cuando los vectores de campo tienen orientación aleatoria, se dice que la luz es no polarizada. Por lo regular, esta situación se representa de forma esquemática en función del vector campo eléctrico.

La polarización se representa con la orientación del plano de vibración de los vectores de campo eléctrico.

a) Cuando los vectores tienen orientación aleatoria, la luz no es polarizada. Los puntos representan una dirección del campo eléctrico perpendicular al papel, y las flechas verticales indican una dirección del campo eléctrico hacia arriba y hacia abajo. La luz no polarizada se representa con cantidades iguales de flechas y puntos.

b) Cuando la orientación de los vectores de campo es preferente, la luz está parcialmente polarizada. En este caso hay menos puntos que flechas.

c) Cuando los vectores están en un plano, la luz es plano polarizada, o linealmente polarizada. En este caso no se ven puntos

Cuando un haz de luz no polarizada llega a un medio transparente y liso, como el vidrio, por ejemplo, se refleja en forma parcial y se transmite también en forma parcial. La luz reflejada puede estar total o parcialmente polarizada, o no polarizada, dependiendo del ángulo de incidencia. El caso no polarizado se presenta para 0°, es decir, la incidencia normal. Al variar el ángulo de incidencia a partir de 0°, se polarizan parcial- mente tanto la luz reflejada como la refractada. Por ejemplo, los componentes del campo eléctrico normales a la superficie se reflejan con más intensidad y producen polarización parcial). Sin embargo, en determinado ángulo de incidencia, el haz reflejado está totalmente polarizado.

Suponiendo un ángulo de incidencia θ1 que se modifica hasta el ángulo que se forma entre los rayos reflejado y refractado que es de 90 °. En este ángulo de incidencia en particular, el rayo reflejado estará totalmente polarizado (con su vector de campo eléctrico paralelo a la superficie), y el rayo refractado estará todavía sólo parcialmente polarizado. El ángulo de incidencia en que se presenta la polarización se conoce como ángulo de polarización θp.

θp+90°+θ2=1800 Por consiguiente θ2=90 °−θp Con la ley de Snell para la

refracción:

n2n1

=Senθ1Senθ2

=SenθpSenθ2

Porque Senθ2=Sen (90 °−θp )=cosθ p escrita esta expresión de la forma

n2n1

=Senθpcosθp

Lo que quiere decir que

tanθ p=n2n1

La expresión anterior se conoce como ley de Brewster, y en ocasiones también al ángulo de polarización θp se le llama ángulo de Brewster, en honor a su descubridor, David Brewster (1781-1868). Porque para una sustancia específica n varía en función de la longitud de onda, el ángulo de Brewster es también una función de la longitud de onda.

la luz no polarizada cuando incide sobre una lámina de un material polarizador comercial llamado Polaroid. La lámina transmite sólo aquellas componentes del tren de ondas cuyos vectores del campo eléctrico vibran paralelamente a esta dirección y absorben a los que vibran en ángulo recto a esta dirección. La luz que emerge de la lámina está polarizada linealmente. La dirección de polarización de la lámina se fija durante el proceso de fabricación al incorporar ciertas moléculas de cadena larga en una lámina de plástico flexible y estirando luego la lámina de modo que las moléculas se alineen paralelamente entre sí. La radiación con su vector E⃗ paralelo a las moléculas largas se absorbe fuertemente, mientras que la

radiación con su vector E⃗ perpendicular a esa dirección atraviesa la lámina.

Dos componentes del vector, E⃗ z (de magnitud E senθ) y E⃗ y (de magnitud E cosθ),

pueden reemplazar a E⃗, una paralela a la dirección de polarización y la otra en

ángulo recto con ella. Sólo se transmite la componente E⃗ ; la componente E⃗ z se

absorbe en la lámina. Cuando incide luz no polarizada sobre una lámina polarizadora ideal, la intensidad de la luz polarizada transmitida a través de la lámina es la mitad de la intensidad incidente, independientemente de cuál sea la orientación de la lámina Puesto que esta componente de la luz se transmitiría completamente y la otra se absorbería completamente, la lámina transmite el 50% de la luz incidente.

Si la amplitud de la luz polarizada linealmente que incide sobre P2 es Em, la

amplitud de la luz que emerge es Emcosθ, donde θ es el ángulo entre las

direcciones polarizadoras deP1 y P2 Recordando que la intensidad del haz luminoso es proporcional al cuadrado de la amplitud, se ve que la intensidad I transmitida varía con θ de acuerdo con:

I=Imcos2θ

Donde Im el valor máximo de la intensidad transmitida, ocurre cuando las

direcciones de polarización de P1 y P2 son paralelas, esto es cuando:

θ=0o180 °.

En la que dos láminas polarizadoras que se traslapan están en la posición paralela θ=0o180 °. La intensidad de la luz transmitida a través de la región del traslape tiene su valor máximo.

Cuando la luz monocromática se propaga en el vidrio, su velocidad es igual en todas direcciones, y el vidrio se caracteriza por tener un solo índice de refracción. Todo material que tiene esta propiedad se llama isotrópico, lo que significa que tiene las mismas características ópticas en todas las direcciones. Algunos materiales cristalinos, como el cuarzo, la calcita y el hielo, son anisotrópicos; esto es, la rapidez de la luz y por consiguiente el índice de refracción es diferente en direcciones distintas dentro del mate- rial. La anisotropía origina algunas propiedades ópticas interesantes. Se dice que esos materiales son doblemente refringentes, o que poseen birrefringencia, y en este fenómeno interviene la polarización.

Un momento cinético o angular de la luz, el vector que representa y cuantifica la rotación del campo electromagnético que constituye la luz. Así, un haz de luz, mientras que de forma aproximada viaja en línea recta, puede también estar rotando sobre su propio eje de propagación. Esta rotación, que no es visible al ojo

humano, se manifiesta a través de la interacción de los rayos de luz con la materia.

Cuando la luz incide en una suspensión de partículas, como las moléculas del aire, parte de ella se absorbe y se vuelve a irradiar. A este proceso se le llama dispersión. La dispersión de la atmósfera produce algunos efectos interesantes, que incluyen la polarización de la luz celeste (la luz que ha dispersado la atmósfera), el color azul del cielo y el color rojo de los crepúsculos y los amaneceres.

En conclusión, Cuando un polarizador emite luz polarizada de intensidad Im y luego incide sobre un analizador, la luz transmitida a través del analizador tiene

una intensidad igual a I=Imcos2θ donde θ es el ángulo entre los ejes de

transmisión del polarizador y el analizador.

En general, la luz reflejada se polariza parcialmente. Sin embargo, la luz reflejada está completamente polarizada cuando el ángulo de incidencia es tal que el ángulo entre los haces reflejado y refractado es de 90°. Este ángulo de incidencia, llamado ángulo de polarización up, satisface la ley de Brewster:

tanθ p=n2n1

Donde n1 es el índice de refracción del medio donde viaja inicialmente la luz y n2 es el índice de refracción del medio reflector.