Polarización de la luz Las ondas luminosas no suelen estar polarizadas, de forma que la vibración electromagnética se produce en todos los planos. La luz que vibra en un solo plano se llama luz polarizada. Supongamos un dispositivo experimental consistente en dos polarizadores superpuestos (polarizador y analizador), de forma que un haz de luz los atraviese, y que uno de ellos puede girar respecto del otro, que permanece estático. La intensidad luminosa transmitida por el sistema variará con el ángulo de giro, de tal manera que pasará por dos puntos de máxima luminosidad separados 180º, con dos puntos de oscuridad total a 90º de los anteriores. Entre estos extremos la intensidad va creciendo y decreciendo paulatinamente, según los casos. Este fenómeno de polarización solo se da con ondas transversales, pero no con longitudinales, ya que implica una asimetría respecto del eje en la dirección de propagación. Si se demuestra que un haz luminoso puede ser polarizado, llegaremos a la conclusión de que las ondas luminosas son transversales. La luz emitida por un manantial está constituida por una serie de trenes de ondas procedentes de átomos distintos; en cada uno de estos trenes de ondas el campo eléctrico oscila en un plano determinado pero, en general, su orientación es distinta de unos a otros. Dado el enorme número de moléculas y átomos de un manantial luminoso, se comprende el gran número de trenes de ondas que constituye un haz de luz y, por consiguiente, la existencia en éste de ondas polarizadas en todas las direcciones transversales posibles. Veamos algunos casos en los que se produce polarización de la luz. Polarización por reflexión. Sabemos que si sobre una superficie reflectora incide luz natural parte de la luz se refleja y parte se refracta. Malus descubrió en 1808 que si hacemos incidir una luz sobre una superficie pulimentada de vidrio con un ángulo de incidencia i de 57º aproximadamente, la luz reflejada está polarizada, siendo el plano de vibración perpendicular al plano de incidencia de los rayos. Si el ángulo de incidencia no es de 57º habrá también polarización pero será menor a medida que el rayo incidente vaya siendo mayor o menor que dicho ángulo. Más tarde Brewster descubrió que si el rayo reflejado y el refractado forman entre si un ángulo de 90º, el ángulo de incidencia es precisamente el ángulo de polarización. El ángulo de polarización depende del índice de refracción "n" del medio. En el caso del vidrio, que acabamos de ver, el ángulo es aproximadamente 57º. Hay que señalar también que para este ángulo, el rayo refractado está polarizado parcialmente, coincidiendo su plano de vibración con el de incidencia, mientras que el rayo reflejado está completamente polarizado.
Polarización de la luz
Las ondas electromagnéticas que constituyen la luz por ser transversales vibran perpendicularmente a la dirección de propagación.
El plano determinado por la dirección de vibración y la dirección de propagación se denomina plano de onda o de oscilación. Cuando un rayo se desplaza en una determinada dirección alrededor de ella habrá una infinidad de planos en los que pueden vibrar las ondas luminosas. Si se hace pasar el rayo a través de un cristal de calcita (feldespato de Islandia) u otro filtro adecuado, sólo emergen las ondas luminosas que vibran en uno de los planos, mientras que las demás son absorbidas por el filtro. Cuando esto ocurre la luz obtenida está polarizada.
El fenómeno de polarización de la luz puede ser por reflexión en superficies metálicas o por refracción al atravesar ciertas sustancias como cuarzo, turmalina, el vidrio, etc.
Si se colocan dos filtros cuyos planos de
polarización son perpendiculares entre sí, el primer filtro deja pasar la luz en un determinado plano de oscilación (polariza la luz), mientras que el segundo la detiene y, por lo tanto, el rayo polarizado se anula.
Esta propiedad se usa en los vidrios polarizados, anteojos para sol, etc. La parte de la luz solar está polarizada horizontalmente, por reflexión en diversas superficies (como el agua, por ejemplo), es detenida por los vidrios polarizados ya que estos la transmiten en dirección vertical.
Etienne-Louis Malus En 1808 descubrió la polarización de la luz por medio de la reflexión al observar que la luz, al reflejarse en el agua o vidrio, presentaba el mismo fenómeno que cada una de las dos imágenes que aparecían por birrefringencia al pasar a través del espato de Islandia. Este fenómeno consiste en que, al ser observadas a través de un segundo trozo de espato de Islandia, la imagen aparece o desaparece según su orientación. A este fenómeno lo llamó polarización.
La glucosa es un ejemplo de las muchas sustancias químicas que presentan la propiedad de variar el plano de polarización de la luz. En general, estas sustancias tienen estructuras moleculares
con un carbono asimétrico, es decir, unido a cuatro grupos sustituyentes diferentes, por lo que dan lugar a enantiómeros, moléculas que difieren sólo por su estructura espacial y que no son imágenes especulares superponibles. Por ello, los enantiómeros presentan una simetría semejante a
las manos (que tampoco son imágenes superponibles) y, por ello, las sustancias que presentan estas características se denomina "quirales", expresión procedente de la palabra griega que significa "mano").
Polarímetro
Los polarímetros sirven para la determinación rápida, precisa y fiable de la concentración de una sustancia en una solución ópticamente activa.
Son usados en la industria química, hospitales, institutos, universidades y laboratorios de investigación ya que, midiendo la rotación óptica de las sustancias orgánicas con la ayuda del polarímetro, podemos conocer el peso específico, grado de pureza, concentración y contenido de cientos de materiales activos ópticamente como soluciones de azúcar, trementina, aceites industriales, alcanfor, etc.
El filtro de polarizado sólo permite que la luz que proviene en una sola dirección pase, impidiendo el paso de la luz que va en otras direcciones. Un bulbo o foco o bombillo eléctrico emite luz en todas las direcciones lo mismo que pasa con una vela. La forma de hacer que se polarice la luz es mediante la aplicación de un filtro de polarizado. Esto es lo que se hace con las cámaras fotográficas para lograr fotos nítidas en condiciones de luz difusa.
Clasificación de la Polarización La luz en la forma de una onda plana en el espacio, se dice que está linealmente polarizada. La luz es una onda electromagnética transversal, pero la luz natural por lo general no está polarizada, todos los planos de propagación son igualmente probables. Si la luz está compuesta de dos ondas planas de igual amplitud pero con una diferencia de fase de 90°, entonces se dice que la luz está polarizada circularmente. Si las dos ondas planas tienen diferente amplitud y están desfasadas entre sí 90°, o si el desfase es distinto de 90°, la luz se dice que está polarizada elípticamente. LUZ POLARIZADA Así pues, la luz es un movimiento ondulatorio formado por ondas transversales. ¿Qué es lo que la produce?¿Qué es lo que vibra? Lo que vibra es un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación de las ondas. Por ello, decimos que la luz esta formada por ondas electromagnéticas.
Fijémonos en el campo eléctrico, si la oscilación (vibración) es en un plano, el movimiento ondulatorio está polarizado linealmente. Lo habitual es que la luz no esté polarizada (luz natural). La luz que emiten los objetos que tenemos a nuestro rededor se produce en los átomos de los que están formados; más concretamente, en los saltos de los electrones que envuelven los núcleos atómicos. Como hay muchísimos átomos, y cada uno produce luz en direcciones cualesquiera, el resultado es que no haya un plano definido de oscilación de las ondas, es decir, la luz no está polarizada.
OBTENCIÓN DE LUZ POLARIZADA Veremos aquí dos formas de obtener luz polarizada: Por reflexión. En 1808, el científico francés Étienne Louis Malus descubrió que si se hace incidir un rayo de luz sobre una superficie de vidrio con un ángulo aproximado de 57º, el rayo de luz reflejado está completamente polarizado, siendo el plano de vibración perpendicular al plano de incidencia. Para ángulos diferentes la polarización es parcial. En general, se demuestra que, en una reflexión sobre una superficie, el ángulo de polarización (de incidencia) cumple la siguiente relación: tg i = n, siendo n el índice de refracción de la sustancia sobre la que se refleja el rayo de luz.
UN FILTRO POLARIZADOR ES UNA RED FINISIMA CAPAZ DE ELIMINAR TODAS LAS DIRECCIONES DE VIBRACION DE LA ONDA EXCEPTO UNA
POLARIZACIÓN POR REFLEXIÓN Cuando la luz no polarizada se refleja en una superficie plana entre dos medios transparentes, por ejemplo la que separa el aire y el agua o el aire y el vidrio, la luz reflejada está parcialmente polarizada. El grado de polarización depende del ángulo de incidencia y de los índices de refracción de ambos medios. cuando el ángulo de incidencia es tal que los ángulos reflejado y refractado son perpendiculares entre sí, la luz reflejada está completamente polarizada. La figura siguiente muestra la luz incidente con el ángulo de polarización øp para el cual la luz reflejada está completamente polarizada.
Polarización Artículo principal: Polarización electromagnética
Polarizador.
El fenómeno de la polarización se observa en unos cristales determinados que individualmente son transparentes. Sin embargo, si se colocan dos en serie, paralelos entre sí y con uno girado un determinado ángulo con respecto al otro, la luz no puede atravesarlos. Si se va rotando uno de los cristales, la luz empieza a atravesarlos alcanzándose la máxima intensidad cuando se ha rotado el cristal 90° sexagesimales respecto al ángulo de total oscuridad. También se puede obtener luz polarizada a través de la reflexión de la luz. La luz reflejada está parcial o totalmente polarizada dependiendo del ángulo de incidencia. El ángulo que provoca una polarización total se llama ángulo de Brewster. Muchas gafas de sol y filtros para cámaras incluyen cristales polarizadores para eliminar reflejos molestos.
Ángulo de Brewster Saltar a: navegación, búsqueda
En física óptica, el ángulo de Brewster (nombrado en honor al físico escocés Sir David Brewster) corresponde al ángulo de incidencia de luz sobre una superficie que anula la componente con polarización paralela al plano de incidencia. El resultado cuando se aplica un rayo de luz no polarizada sobre una superficie bajo el ángulo de Brewster es la obtención de un rayo reflejado de luz polarizada en una dirección (cuyo vector de polarización es perpendicular al plano de incidencia).
Ley de Brewster Cuando un haz de luz incide sobre la superficie que separa dos medios no conductores caracterizados por distintas permitividad eléctrica y permeabilidad magnética , parte del mismo se refleja de vuelta al medio de origen, y parte se transmite al segundo medio. En 1812 Brewster observó que cuando las direcciones de los haces transmitido y reflejado formaban un ángulo de 90° (como se ve en la figura), el haz de luz reflejado resultaba polarizado linealmente. Dicho de otra manera: La polarización por reflexión es máxima cuando la tangente del ángulo de incidencia es igual al índice de refracción de la sustancia. La polarización es nula para la incidencia normal.
Explicación Al incidir un haz de luz con el ángulo de Brewster , la componente de la polarización paralela al plano de incidencia se anula en el haz reflejado. Por este motivo, el haz que vemos reflejado posee una polarización lineal, justamente en la dirección perpendicular al plano de incidencia, independientemente del tipo de polarización propia del haz incidente. Se debe notar que en el caso particular de incidir con un haz linealmente polarizado en la dirección paralela al plano de incidencia, el haz reflejado se anula en el ángulo de Brewster. En este caso, se produce una transmisión total del haz entre ambos medios. En general, el ángulo de Brewster entre dos medios depende de las características electromagnéticas de los mismos (permitividad eléctrica y permeabilidad magnética). En el caso en que las permeabilidades magnéticas de ambos medios no varían (el caso más frecuente), el ángulo de Brewster se puede calcular a partir de los índices de refracción de ambos medios: