Polarización

Polarización de ondas electromagnéticas planas

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Práctica 5. Polarización de ondas electromagnéticas planas
1.- OBJETIVOS - Estudiar las características de la luz polarizada, comprobar experimentalmente las leyes de Brewster y Malus. - Como aplicación, comprobar la ley de Biot. 2.- MATERIAL - Filtros polarizador y analizador con soporte. - Cubeta de vidrio con soporte. - Espejo, vidrio. -Láser. - Fuente de luz blanca. - Pantalla. 3.- FUNDAMENTO TEÓRICO La luz es una onda electromagnética transversal, es decir, la vibración (los campos eléctrico y magnético) es perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Consideraremos en lo sucesivo el campo eléctrico. Si una onda luminosa que se propaga en la dirección z no está polarizada, el campo eléctrico puede tener cualquierdirección contenida en el plano perpendicular al eje z. Pero si la dirección del vector campo es siempre paralela a una línea fija del espacio, se dice que la onda está polarizada linealmente (ver figura 1, E siempre tiene dirección y).

Figura 1 Se puede obtener luz polarizada a partir de una luz no polarizada debido a alguno de estos cuatro fenómenos: absorción, dispersión, reflexión obirrefringencia. En este contexto nos interesa aclarar el fundamento de dos de ellos.

2 a) Polarización por absorción

Polarización de ondas electromagnéticas planas

Existen materiales denominados polarizadores (algunos cristales, las láminas Polaroid...) que no absorben la energía luminosa cuando el vector campo eléctrico incide sobre ellos en una determinada dirección, pero que si la absorbenpara otras direcciones. La dirección para la que el material no absorbe luz se denomina eje de transmisión del polarizador. En la práctica se estudia la polarización haciendo pasar la luz a través de dos polarizadores (el segundo se denomina analizador) cuyos ejes de transmisión forman entre sí un ángulo θ, según el montaje de la figura 2.

θ

Figura 2 La intensidad I de la luz transmitida(proporcional al cuadrado de la amplitud del campo eléctrico) obedece la ley de Malus:

I = I 0 cos 2 θ b) Polarización por reflexión

(1)

La luz reflejada en una superficie plana que separa dos medios transparentes está parcialmente polarizada, y el grado de polarización depende del ángulo de incidencia y de los índices de refracción de ambos medios. Como se indica en la figura 3, la luzreflejada está completamente polarizada cuando el ángulo de incidencia (θP) es tal que los rayos reflejado y refractado son perpendiculares entre si. La luz reflejada con ángulo θP, denominado ángulo de polarización o ángulo de Brewster, está totalmente polarizada en un plano perpendicular

Polarización de ondas electromagnéticas planas

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al plano de incidencia. En la figura 3 el plano deincidencia es el del dibujo, y la dirección de polarización del rayo reflejado es perpendicular al plano del dibujo. La luz reflejada está
n1

totalmente polarizada, cumpliéndose la ley de
Brewster:

tg θP =
n2

n2 n1

(2)

siendo n1 y n 2 los índices de refracción de los medios 1 y 2, respectivamente.

Figura 3

ACTIVIDAD ÓPTICA Se denominan sustancias ópticamente activas a aquellasque producen un giro en el plano de polarización de la luz polarizada linealmente que pasa a su través. Serán dextrógiras si, mirando hacia la fuente luminosa, el giro se produce en el sentido de las agujas del reloj, y levógiras en caso contrario. El ángulo girado por el plano de vibración es proporcional al espesor de sustancia atravesado y depende de la longitud de onda de la luz. En general seconsidera como referencia la raya amarilla D del sodio. Un ejemplo de sustancia ópticamente activa es una disolución de sacarosa (C12 H22 O11, constituyente principal del azúcar). Cuando la sustancia ópticamente activa es una disolución, el ángulo α girado por el plano de vibración es proporcional al espesor atravesado
l (en dm) y a la concentración c (en gr/cm3 ) de la disolución, obedeciendo...