Il polarizzazione della luce È il fenomeno che si verifica quando l'onda elettromagnetica che costituisce la luce visibile oscilla in una direzione preferenziale. Un'onda elettromagnetica è composta da un'onda elettrica e un'onda magnetica, entrambe trasversali alla direzione di propagazione. L'oscillazione magnetica è simultanea e inseparabile dall'oscillazione elettrica e si verifica in direzioni reciprocamente ortogonali..
La luce emessa dalla maggior parte delle sorgenti luminose, come il Sole o una lampadina, è non polarizzata, il che significa che entrambe le componenti: elettrica e magnetica, oscillano in tutte le direzioni possibili, anche se sempre perpendicolari alla direzione di propagazione..
Ma quando c'è una direzione di oscillazione preferenziale o unica della componente elettrica allora si parla di un'onda elettromagnetica polarizzata. Inoltre, se la frequenza dell'oscillazione è nello spettro visibile, allora si parla di luce polarizzata..
Successivamente vedremo i tipi di polarizzazione e i fenomeni fisici che producono luce polarizzata..
Indice articolo
La polarizzazione lineare si verifica quando il piano di oscillazione del campo elettrico dell'onda luminosa ha un'unica direzione, perpendicolare alla direzione di propagazione. Questo piano è preso, per convenzione, come il piano di polarizzazione.
E la componente magnetica si comporta allo stesso modo: la sua direzione è perpendicolare alla componente elettrica dell'onda, è unica ed è anche perpendicolare alla direzione di propagazione..
La figura in alto mostra un'onda polarizzata linearmente. Nel caso mostrato, il vettore del campo elettrico oscilla parallelamente all'asse X, mentre il vettore del campo magnetico oscilla simultaneamente a quello elettrico, ma nella direzione Y. Entrambe le oscillazioni sono perpendicolari alla direzione Z di propagazione..
La polarizzazione lineare obliqua si può avere come risultato della sovrapposizione di due onde che oscillano in fase e hanno piani di polarizzazione ortogonali, come il caso mostrato nella figura sotto, dove il piano di oscillazione del campo elettrico nell'onda luminosa è mostrato in blu ..
In questo caso, l'ampiezza dei campi elettrico e magnetico dell'onda luminosa ha un'ampiezza costante, ma la sua direzione ruota con velocità angolare costante nella direzione trasversale alla direzione di propagazione..
La figura in basso mostra la rotazione dell'ampiezza del campo elettrico (in colore rosso). Questa rotazione risulta dalla somma o sovrapposizione di due onde con la stessa ampiezza e polarizzate linearmente in piani ortogonali, la cui differenza di fase è π / 2 radianti. Sono rappresentati nella figura seguente rispettivamente come onde blu e verdi.
Il modo per scrivere matematicamente i componenti X e Y del campo elettrico di un'onda con polarizzazione circolare destra, ampiezza Eo e questo si diffonde nella direzione z è:
E = (Es io; Hey j; Ez K) = Eo (Cos [(2π / λ) (c t - z)] io; Cos [(2π / λ) (c t - z) - π / 2] j; 0 K)
Invece, un'onda con polarizzazione circolare sinistrorsa ampiezza Eo che si diffonde nella direzione z è rappresentato da:
E = (Es io; Hey j; Ez K) = Eo (Cos [(2π / λ) (c t - z)] io, Cos [(2π / λ) (c t - z) + π / 2] j, 0 K)
Si noti che il segno viene modificato dalla differenza di fase di un quarto d'onda del componente Y, per quanto riguarda il componente X.
Questo per quanto riguarda il caso destro-rotatorio Che cosa mancino, il vettore del campo magnetico B è correlato al vettore del campo elettrico E per prodotto vettoriale tra il vettore unitario nella direzione di propagazione e E, compreso un fattore di scala uguale all'inverso della velocità della luce:
B = (1 / c) oz ｘ E
La polarizzazione ellittica è simile alla polarizzazione circolare, con la differenza che l'ampiezza del campo ruota descrivendo un'ellisse invece di un cerchio..
L'onda con polarizzazione ellittica è la sovrapposizione di due onde polarizzate linearmente in piani perpendicolari con un anticipo o un ritardo di π / 2 radianti in fase di uno rispetto all'altro, ma con l'aggiunta che l'ampiezza del campo in ciascuna delle componenti è diversa.
Quando un raggio di luce non polarizzato colpisce una superficie, ad esempio il vetro, o la superficie dell'acqua, parte della luce viene riflessa e parte viene trasmessa. La componente riflessa è parzialmente polarizzata, a meno che l'incidenza del raggio non sia perpendicolare alla superficie.
Nel caso particolare che l'angolo del fascio riflesso formi un angolo retto con il fascio trasmesso, la luce riflessa ha una polarizzazione lineare totale, nella direzione normale al piano di incidenza e parallela alla superficie riflettente. L'angolo di incidenza che produce la polarizzazione totale per riflessione è noto come Angolo Brewster.
Alcuni materiali consentono la trasmissione selettiva di un certo piano di polarizzazione della componente elettrica dell'onda luminosa.
Questa è la proprietà utilizzata per la fabbricazione dei filtri polarizzatori, in cui viene generalmente utilizzato un polimero a base di iodio, teso al limite e allineato come una griglia, compattato tra due lastre di vetro..
Una tale disposizione agisce come una griglia conduttiva che "cortocircuita" la componente elettrica dell'onda lungo le scanalature e consente alle componenti trasversali di passare attraverso il fascio polimerico. La luce trasmessa viene così polarizzata nella direzione trasversale dello striato.
Posizionando un secondo filtro polarizzatore (chiamato analizzatore) sulla luce già polarizzata, si può ottenere un effetto otturatore..
Quando l'orientamento dell'analizzatore coincide con il piano di polarizzazione della luce incidente, tutta la luce passa attraverso, ma per la direzione ortogonale la luce è completamente spenta.
Per le posizioni intermedie è previsto il passaggio parziale della luce, la cui intensità varia a seconda della Legge di Malus:
I = Io CosDue(θ).
La luce nel vuoto, come tutte le onde elettromagnetiche, si propaga con una velocità c di circa 300.000 km / s. Ma in un mezzo traslucido la sua velocità v è un po 'meno. Il quoziente tra c Y v è chiamato indice di rifrazione del mezzo traslucido.
In alcuni cristalli, come la calcite, l'indice di rifrazione è diverso per ogni componente di polarizzazione. Per questo motivo, quando un fascio luminoso attraversa un vetro birifrangente, il fascio viene separato in due fasci con polarizzazione lineare in direzioni ortogonali, come verificato con un filtro polarizzatore-analizzatore..
La luce riflessa dalla superficie dell'acqua del mare o del lago è parzialmente polarizzata. La luce del cielo azzurro, ma non delle nuvole, è parzialmente polarizzata.
Alcuni insetti come lo scarabeo Cetonia aurata riflette la luce con polarizzazione circolare. La figura sotto mostra questo interessante fenomeno, in cui la luce riflessa dal coleottero può essere successivamente osservata senza filtri, con un filtro polarizzatore destro e poi con un filtro polarizzatore sinistro..
Inoltre è stato posizionato uno specchio che produce un'immagine con uno stato di polarizzazione invertito rispetto a quello della luce riflessa direttamente dallo scarabeo..
I filtri polarizzatori vengono utilizzati in fotografia per eliminare l'abbagliamento prodotto dalla luce riflessa dalle superfici riflettenti come l'acqua..
Sono utilizzati anche per eliminare l'abbagliamento prodotto dalla luce del cielo blu parzialmente polarizzata, ottenendo così fotografie con un migliore contrasto..
In chimica, così come nell'industria alimentare, uno strumento chiamato polarimetro, che permette di misurare la concentrazione di alcune sostanze che in soluzione producono una rotazione dell'angolo di polarizzazione.
Ad esempio, attraverso il passaggio di luce polarizzata e con l'ausilio di un polarimetro, è possibile determinare rapidamente la concentrazione di zucchero in succhi e bevande per verificarne la conformità agli standard e ai controlli sanitari del produttore.
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