Polarización de la luz . Polarización por absorción selectiva

Polarización de la luz

La polarización es una propiedad exclusiva de las ondas transversales consistente en la vibración del campo eléctrico y del magnético en una dirección preferente sobre las demás.

En general, las ondas electromagnéticas no están polarizadas, lo que quiere decir que el campo magnético y el campo eléctrico pueden vibrar en cualquiera de las infinitas direcciones que son perpendiculares a la dirección de propagación de las ondas. Se produce el fenómeno de la polarización cuando se consigue que la vibración de las ondas se realice en una dirección determinada.

Polarización por absorción selectiva

En 1938, el inventor americano Land descubrió un material formado pro finas láminas que contienen moléculas de hidrocarburos alineadas en largas cadenas. Se llamó polaroide o polarizador. Cuando el campo eléctrico de la luz tiene la dirección de estas moléculas se generan corrientes de electrones libres a lo largo de ella y la luz es absorbida. Si la luz del campo eléctrico oscila en la dirección perpendicular a la alineación de las moléculas no sufre apenas variación y atraviesa el filtro. A esta dirección se le denomina eje de transmisión del filtro.

Nota: Gafas de sol polaroid: La luz solar que se refleja sobre superficies lisas como la nieve, el agua o el asfalto y que provoca un deslumbramiento muy molesto a la vista está polarizada horizontalmente. Las gafas polaroid contienen sucesiones de cristales microscópicos alineados que son capaces de absorber esta luz polarizada horizontalmente evitando el deslumbramiento asociado a la luz reflejada.

Experiencia: Vamos a hacer atravesar la luz por dos filtros idénticos. Al primero lo llamaremos polarizador y al segundo analizador. La luz no polarizada se polarizará al atravesar el polarizador según la dirección de su eje de transmisión. Si la dirección del eje de transmisión del analizador coincide con la del polarizador la luz atravesará el analizador. Pero si lo vamos girando, vemos que la luz se va absorbiendo hasta que no pasa, cuando son perpendiculares.

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Esto había sido enunciado por el francés Malus en 1809:

I = Io cos2 θ, donde I es la intensidad de la luz emergente del analizador, Io la intensidad de la luz incidente en él y θ es el ángulo que forman los ejes de transmisión de ambas láminas polarizadoras. A la expresión se le conoce como ley de Malus. Se deduce que la luz emergente es igual a la incidente cuando los ejes de transmisión son paralelos y es nula cuando ambos ejes son perpendiculares. Se dice que los polarizadores están cruzado.

Polarización por reflexión

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En 1808 el francés Malus descubrió que si la luz natural incide sobre una superficie pulimentada de vidrio, la luz reflejada está total o parcialmente polarizada, dependiendo del ángulo de incidencia.

En 1812, el escocés Brewster descubrió que la polarización es total para un ángulo de incidencia tal que el rayo reflejado y el refractado formen un ángulo de 90°. A este ángulo se le llama ángulo de polarización o de Brewster.

OJO: r + r’ = 90; i = r por las leyes de la reflexión.

Para un rayo que incide desde el aire (índice n1) sobre un medio con índice de refracción n1 tendremos n2/n1= sen i / sen r’ = sen i / sen (90-r) = sen i /cos r = sen i / cos i = tag i;

n2/n1 = tg i;

La polarización es total cuando la tangente del ángulo de incidencia es igual al índice de refracción del medio en el que tiene lugar la refracción.

• La polarización se encuentra en todas partes en nuestra vida diaria. Es un principio importante que facilita el funcionamiento adecuado de muchas cosas que nos son familiares, desde lentes para el sol hasta relojes digitales y pantallas de computadores.
• Los pescadores a menudo usan lentes de sol polarizados para tratar de reducir el efecto del brillo del sol en la superficie del agua. Puede realizar el siguiente experimento: Si el lente está vertical, toda la luz solar reflejada en el agua pasa a través de él. Si el lente está horizontal, ninguna luz reflejada lo atraviesa. Porqué es importante la forma en que sostengo el lente?
• Los medios birrefringentes poseen una o dos direcciones en el espacio en las que no se comportan como tales: a estas direcciones se les llama “ejes ópticos”.
• La Polarimetría es la Ciencia basada en el uso del polarímetro. Entre otras aplicaciones está la de caracterizar y distinguir estereoisómeros, compuestos con la misma composición y estructura, pero con átomos quirales dentro de la molécula. Otra aplicación importante es su uso en el estudio de algunas cinéticas, por ejemplo la de inversión de la sacarosa.

Polarización en naturaleza, ciencia, y tecnología

Efectos de la polarización en la vida diaria

La luz reflejada sobre materiales brillantes transparentes es parcial o totalmente polarizada, excepto cuando la luz incide endirección normal (perpendicular) a la superficie reflectante. Un filtro polarizador, como el de unas gafas de sol polarizada, puede utilizarse para observar este fenómeno haciendo girar el filtro y mirando a través de él. Para determinados ángulos, se atenuará la luz o será totalmente bloqueada. Los filtros polarizadores bloquean el paso de luz polarizada a 90º respecto al plano polarizador del filtro. Si dos filtros polarizadores (polarizador y analizador) se colocan uno en frente del otro de forma que ambos sean atravesados por un haz de luz que no estaba polarizado previamente, la intensidad luminosa del haz que sale del segundo filtro será proporcional al coseno del ángulo que forman los planos polarizadores de ambos filtros entre sí. Si ese ángulo es de 90º, el paso de la luz es bloqueado.
La polarización por dispersión puede observarse cuando la luz pasa por la atmósfera de la Tierra. La dispersión de la luz produce el resplandor y el color cuando el cielo está despejado. Esta polarización parcial de la luz dispersada puede ser usada para oscurecer el cielo en fotografías, aumentando el contraste. Este efecto es fácil de observar durante la puesta de sol, cuando el horizonte forma un ángulo de 90° respecto a la dirección del observador hacia el sol. Otro efecto fácilmente observado es la reducción drástica del resplandor de las imágenes del cielo reflejadas sobre superficies horizontales, que es la razón principal por la que a menudo se usan filtros polarizadores en gafas de sol. También puede verse con frecuencia que un filtro polarizador muestre algunos arcoíris a causa de la dependencia del color de los efectos de la birrefringencia, por ejemplo en las ventanas de cristal laminado de los automóviles o en artículos hechos de plástico transparente. El papel desempeñado por la polarización en una pantalla LCD puede verse con unas gafas de cristal polarizado, pudiendo reducir el contraste incluso hasta a hacer la visión de la pantalla ilegible.

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