“Año de la lucha contra la corrupción e impunidad” Tema: Ciclo: Escuela: Alumno: Polarizacion VME – 1 Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Saavedra Quisel Brayan Aldair Farruko III Ramirez Olivera Daniel Neyser Padilla Valerio Christopher Daniel Quichua Paucarhuanca Avelino Siviruero Aponte Gyancarlo Emilio Docente: Año: Dr. Ing. Gutierrez Ferreyra Javier 2019 POLARIZACION 1 INDICE Índice (pág. 02) Introducción (pág. 03) Objetivos ________________________________________(pág.04) Marco Teórico (pág. 05) Polarizacion Filtro poralizador Polarizacion por reflexión Doble refracción Polarizacion circular Conclusiones Webgrafía (pág. 19) _ (pág. 20) POLARIZACION 2 Introducción: La luz es una onda electromagnética comercial, o sea que los campos eléctricos y magnético oscilan en dirección perpendicular al desplazamiento del rayo, siendo los dos campos perpendiculares entre sí a todo momento. La dirección de oscilación de estos campos no está restringida a una dirección determinada en el espacio, pero bajo algunos métodos el campo eléctrico puede oscilar en una única dirección, por lo cual esta radiación se dice que esta polarizada Si analizamos las características de las ondas transversales, dos ondas pueden tener algunos fenómenos comunes como son: diferencia de fase, polarización lineal, circular o elíptica. Si tenemos dos rayos de luz que avanzan en la misma dirección, pero con campos eléctricos perpendiculares, la resultante es: Ex = Eox COS(KZ-wT) Ey = Eoy COS (KZ-wt+e) E = Ex+Ey POLARIZACION 3 Objetivos: 1.-Produccion de luz Polarizada por diferentes métodos 2.-Estudio de las características de polarizadores y retardadores comerciales 3.-Estudio de la polarización en diferentes medios y soluciones 4.-Apliacaciones de la luz polarizada POLARIZACION 4 1.-La Polarización Es el procedimiento y el resultado de polarizar. Este verbo puede referirse la alteración de la luminosidad mediante la reflexión o la refracción; al aporte de una cierta tensión a un dispositivo electrónico; a la disminución de la corriente eléctrica de una pila a causa de un incremento de la resistencia; o, en un sentido más amplio, al surgimiento de dos sentidos o direcciones que resultan opuestos. La polarización electromagnética se produce cuando la luz u otras ondas similares oscilan en un cierto plano, definido por un vector perpendicular a la difusión de la onda y por otro paralelo. El electromagnetismo clásico define la polarización eléctrica como el campo vectorial que representa la densidad de los momentos eléctricos dipolares inducidos o permanentes en un material dieléctrico. Cabe mencionar que este concepto también se conoce con el nombre de densidad de polarización o sencillamente como polarización. Se trata de uno de los tres campos eléctricos macroscópicos que proporcionan una descripción del comportamiento de los materiales, complementando al desplazamiento eléctrico D y al campo eléctrico E. La polarización electroquímica, por su parte, es el proceso que consiste en reducir la fuerza electromotriz de una pila a partir de los cambios que su funcionamiento genera en los electrolitos y los electrodos. Se conoce con el nombre de polarización química o polarizabilidad a la tendencia relativa que tienen distribuciones de cargas tales como la nube electrónica de una molécula o de un átomo a distorsionarse de su estado normal a causa de un campo eléctrico externo, lo que puede ocurrir por la existencia de un dipolo o un ion cercano. Este fenómeno se define como una cantidad escalar (una clase de magnitud física que es representada simplemente por un número que se observa siempre como un mismo valor). La polarización electrónica, que describe el desplazamiento de cargas cuando se encuentran con campo eléctrico externo y que genera la pérdida de su simetría una reorientación del átomo que acarrea una ligera distorsión, puede describirse de tres formas: POLARIZACION 5 * modelo del dieléctrico uniforme: determina que los modelos permanentes y las cargas tienen una interacción mutua y que se sumergen en un medio con una sola constante dieléctrica. El valor de la constante en el caso de líquidos orgánicos dieléctricos, tanto polares como no polares, es próximo a 2; * modelo de dipolos inducidos: establece que el medio es un dieléctrico en el cual uno o más átomos forman dipolos caracterizados por tener un momento dipolar con un comportamiento isotrópico y lineal con el campo total. A este último, a su vez, lo constituyen el campo externo y el que producen los dipolos, en una relación directa con su momento dipolar; * modelo de constantes dieléctricas locales: define cuerpos polarizables conformados por grupos de átomos, cada cual con una constante dieléctrica diferente y no relacionándose mucho, al ignorar la respuesta de dipolos infinitesimales y de la constante dieléctrica. En el contexto de la política, se habla de polarización cuando la población parece repartirse entre posiciones opuestas. No existe un punto medio o un lugar de encuentro entre las diversas opiniones, que parecen irreconciliables. Por ejemplo: “Me preocupa la polarización de nuestra sociedad”, “Hace años que el país no estaba tan polarizado como ahora”, “La polarización de la nación quedó reflejada en la elección, donde las dos fuerzas más importantes rondaron el 50% de los votos”. La polarización es riesgosa ya que suele estar vinculada a la falta de moderación y a la ausencia de diálogo. Cada posición desconoce la validez de la otra, lo que puede derivar en situaciones de violencia y en diferentes tipos de enfrentamiento. 2.-Filtro polarizador Ir a la navegación Ir a la búsqueda Animación de un Filtro Polarizador en frente de un Monitor LCD POLARIZACION 6 Filtro Polarizador para a Objetivo de una Cámara fotográfica Un filtro polarizador o polarizador es un material que transmite de forma selectiva una determinada dirección de oscilación del campo eléctrico de una onda electromagnética como la luz, bloqueando el resto de "planos de polarización.1 Por lo general se trata de una película polimérica a base de yodo estirada y emparedada entre dos vidrios.2 Principio de funcionamiento Polarización electromagnética por absorción selectiva. La luz es una radiación electromagnética transversal, es decir la oscilación del campo electromagnético es perpendicular a su propagación. En general, fuentes luminosas convencionales, como el Sol, emiten luz con campos eléctricos en cualquier dirección a la dirección de propagación (pero siempre perpendicular a esta). Pero por diferentes mecanismos físicos se puede filtrar una sola dirección de oscilación, en este estado la luz esta polarizada. POLARIZACION 7 Entonces, la luz polarizada es aquella que tiene una determinada dirección de oscilación. Hay tres tipos de luz polarizada: lineal, circular y elíptica. Podemos imaginar, el filtro polarizador es como una rejilla que permite únicamente el paso de la luz que oscila en el plano paralelo al vector normal a la superficie de la reja. La luz transmitida al otro lado del polarizador se considera luz polarizada. En realidad el filtro polarizador comercial consiste en una cadena de polímero estirada al límite, de modo que las moléculas actúan como una rejilla que absorbe fuertemente una componente polarizada de luz y es muy transparente a la otra componente, como describe la Ley de Malus. Aplicaciones En la fotografía Efecto del filtro polarizador en la fotografía de la derecha Un filtro fotográfico polarizador es un filtro, compuesto por un cristal polarizador, que rotándolo se ajusta el efecto deseado. Por su forma, en fotografía existen dos tipos de filtros polarizadores: lineales y circulares. Los lineales quedaron obsoletos debido a que con éstos el enfoque automático (autofocus) de las cámaras no funciona. Por ello surgieron los polarizadores circulares que sí permiten el enfoque automático de las cámaras modernas. Los lineales apenas se usan ya que al realizar la acción de autofocus el filtro gira solidariamente con el objetivo. Los circulares son el mismo filtro, pero montado en una montura circular (de ahí su nombre) que permite reorientar cuando sea necesario. No hay que confundir los filtros circulares polarizadores con los polarizadores circulares, estos últimos permiten obtener luz circular o elípticamente circular.3 Tales polarizadores se suelen fabricar de cristales como el cuarzo, pero son poco populares en fotografía. Efectos Elimina reflejos indeseados sobre superficies no metálicas como agua o cristal, permitiendo la visualización de lo que se encuentra detrás de ellas. También es efectivo en superficies POLARIZACION 8 como plástico y madera. El efecto de la polarización depende del ángulo que mantenga el objetivo respecto a la fuente de luz, y puede previsualizarse accionando el anillo antes del disparo. Mejora el colorido de la hierba y el follaje, debido a que se filtran los reflejos azulados del cielo. Con un filtro polarizado se elimina una gran cantidad de luz de un cielo sin nubes, intensificando el azul del cielo que toma un tono más oscuro. Las nubes blancas destacan considerablemente en el azul del cielo. Este efecto cobra especial intensidad con un ángulo de 90º respecto al sol, en otros ángulos el efecto es menor o incluso nulo. Otras aplicaciones Los filtros polarizadores se emplean en instrumentos científicos como microscopios para resaltar estructuras. Se pueden realizar coloridos vitrales que cambian de color y tono dependiendo del ángulo de la luz polarizada En los polarímetros se usan dos cristales polarizadores para medir la actividad óptica en sustancias orgánicas. El sacarímetro es un polarímetro para medir concentraciones de azúcar. Las pantallas de cristal líquido LCD precisan de un filtro polarizador. En las gafas 3D para ver películas en 3 dimensiones. Es impráctico para fotografiar un arcoiris, sus colores desaparecen a través del filtro polarizador. Sin Filtro polarizador Con Filtro polarizador POLARIZACION 9 POLARIZACION 10 3.-Polarización por reflexión (ángulo de Brewster) El modelo ondulatorio para la luz considera a ésta como una onda electromagnética, constituida por un campo eléctrico E y uno magnético B , propagándose en el vacío con una velocidad c = 300.000 km/s. Ambos campos varían con el tiempo y están situados en planos perpendiculares a la dirección de propagación de la onda, estando relacionados entre sí por las ecuaciones de Maxwell. En general se suele representar la onda luminosa mediante el campo eléctrico y si se trata de luz natural (también se dice luz no polarizada), éste forma con el eje Y, fig.1, cualquier ángulo, si bien, estadísticamente como todos los ángulos son igualmente probables, en los libros de Física se representa la luz por una serie de flechas, las cuales simbolizan el valor máximo de E . Se denomina luz cuando la frecuencia de esa onda pertenece al espectro visible. Fig.1 Si mediante algún procedimiento experimental se consigue que la oscilación del campo E de una luz natural se verifique en una sola dirección, entonces se trata de una luz polarizada longitudinalmente. La representación gráfica de una onda polarizada linealmente corresponde a la figura 2 POLARIZACION 11 Fig.2 Cuando a la luz no polarizada se le interpone en su camino una lámina polarizadora (también llamada polaroide) se consigue que la luz natural pase a ser luz polarizada linealmente. Una explicación gráfica del fenómeno aparece en la figura 3. POLARIZACION 12 Fig.3 Existe en las láminas polarizadoras una dirección característica de polarización, denominada eje de transmisión, tal que sólo las componentes de los vectores del campo eléctrico que vibren paralelamente a esa dirección, atraviesan la lámina sin ser absorbidas y en cambio todas las demás son absorbidas por la lámina. Cuando en el experimento de la figura 3, una vez que la luz está polarizada linealmente, se sitúa un segundo polarizador (llamado analizador), cuya dirección de transmisión es perpendicular a la del primero se produce extinción de la luz. El esquema del proceso está en la figura 4. Fig.4 Ángulo de Brewster Supongamos que luz natural incide sobre una superficie transparente (por ejemplo de vidrio), bajo un determinado ángulo de incidencia i, se produce una reflexión de la luz, siendo el ángulo reflejado igual al incidente, y una refracción con un ángulo que designamos con re. El haz reflejado presenta unas características diferentes que el refractado. Ambos están parcialmente polarizados, pero en el haz G POLARIZACION 13 reflejado predomina la componente del vector E que está en una dirección paralela a la superficie de En el experimento que proponemos mediremos el ángulo de Brewster. Para ello haremos llegar, con distintos ángulos de incidencia, luz no polarizada del láser de He-Ne sobre la superficie plana de un vidrio en forma de lente semicilíndrica. El haz reflejado atravesará un polaroide y detrás de él se colocará una fotorresistencia ó LDR, la cual va unida directamente a un óhmetro, este instrumento mide la resistencia de la LDR, la cual depende de la intensidad de luz que le llegue. El polaroide elimina la componente perpendicular al plano de incidencia y deja pasar solamente la otra componente paralela. Empezamos con ángulos de incidencia pequeños para los que la luz reflejad a estará polarizada parcialmente y como el polaroide sólo puede eliminar la componente perpendicular al plano de incidencia a la fotorresistencia le llega luz; pero cuando se alcance al ángulo de Brewster, la luz reflejada solamente tiene la componente perpendicular al plano de incidencia y el polaroide la elimina casi en su totalidad y entonces la LDR es cuando recibe menor intensidad de luz ( prácticamente nula) y su resistencia alcanza el valor máximo. En la figura 6 se indica de forma esquemática el montaje experimental POLARIZACION 14 G reflexión E p y además existe un determinado ángulo de incidencia, llamado ángulo de Brewster, para el que el haz reflejado está totalmente polarizado en la dirección paralela a la superficie, esto es, G solamente existe la componente de E p del campo eléctrico G En la figura 5, el vector E se puede descomponer en dos componentes perpendiculares entre sí, una G G que es perpendicular al plano de incidencia E p y otra contenida en ese plano E n La luz incidente es luz no polarizada, mientras que la reflejada está polarizada linealmente en dirección paralela a la superficie de reflexión, en cambio la refractada se encuentra parcialmente polarizada, conservando las dos componentes del campo eléctrico. El ángulo θB para el que se produce una luz reflejada totalmente polarizada linealmente, se denomina ángulo de Brewster y entonces el rayo reflejado y el refractado son perpendiculares. Fig.5 Si designamos con n al índice de refracción de la lámina de vidrio y aproximamos por 1 al del aire, se cumple cuando el ángulo de incidencia es el de Brewster. = n senr sen B θ Con el ángulo de Brewster se cumple: θ B De ambas ecuaciones POLARIZACION sen θ 15 = n sen 90( e e B + r = 90º B º− n cos B ⇒ θ)= θ B =n tag θ 1) láser, 2) lente cilíndrica (es una varilla maciza de laboratorio de forma cilíndrica), 3) lente convergente de distancia focal 50 mm, 4) haz de luz incidente, 5) semicírculo graduado, 6) lente de vidrio semicilíndrica, 7) normal a la cara plana de la lente semicilíndrica, 8) haz de luz reflejado en la cara plana de la lente, 9) polaroide, 10) fotorresistencia ó LDR, 11) óhmetro. Fig.7 En la figura 7 pueden observarse los instrumentos que se necesitan para el experimento. POLARIZACION 16 Fig.8 En la figura 8 puede verse la disposición de algunos constituyentes del experimento cuando se realiza una medida. En este caso el ángulo de incidencia es 60º y el óhmetro indica 26,8 kΩ. Medidas En las fotografías 1 a 8 para la toma de datos, se deben medir los ángulos de incidencia y de refracción y las lecturas del óhmetro. Todos los valores se deben colocar en la tabla 1. Observe que las citadas fotografías se han hecho desde distintas perspectivas, con la finalidad de poder leer con la mayor precisión posible las medidas. Las lecturas que indica el óhmetro se han hecho sin luz en el laboratorio, para que a la fotorresistencia solamente le llegue la luz del láser. El aparato de medida lleva una tecla llamada hold que registra la medida a oscuras y la fija en pantalla; esto permite hacer la fotografía posteriormente con la luz necesaria para ello. POLARIZACION 17 Fotografías Fotografía 2 para toma de datos POLARIZACION 18 Fotografía 3 para toma de datos Fotografía 4 para toma de datos POLARIZACION 19 Fotografía 5 para toma de datos Fotografía 6 para toma de datos POLARIZACION 20 Fotografía 7 para toma de datos Fotografía 8 para toma de datos POLARIZACION 21 Tabla 1 ángulo de incidencia i/º ángulo de refracción re/º Resistencia R/k Ω Gráficas 1.- Represente en el eje de ordenadas los valores de la resistencia en kΩ y en el eje de abscisas los valores de los ángulos. Estime a partir de la curva obtenida el ángulo de Brewster y el índice de refracción del vidrio. 2.- Represente en el eje de ordenadas el seno de los ángulos de incidencia y en el eje de abscisas el seno de los ángulos de refracción. Determine el índice de refracción del vidrio. POLARIZACION 22 4.-Doble refracción Cada onda se descompone en dos ondas Cuando un rayo de luz atraviesa un cristal anisótropo se descompone en dos rayos cuyas ondas vibran en planos perpendiculares. Uno de los rayos cumple con las leyes físicas de la refracción (rayo ordinario) mientras que el otro no (rayo extraordinario). Ambos tienen valores diferentes del índice de refracción (vibran con direcciones diferentes). Ambos rayos siguen caminos diferentes dentro del cristal, pero a la salida de este se puede considerar que siguen caminos paralelos aunque las direcciones de vibración continúan siendo perpendiculares. POLARIZACION 23 Esta simplificación es correcta ya que en una emisión de ondas luminosas hay un número infinito de rayos paralelos y, como se muestra en la figura siguiente, el componente extraordinario de un rayo (3e) se superpone con el componente ordinario (2o) de una onda inmediatamente próxima. El resultado es que a la salida del cristal por cada onda primitiva existen dos que vibran en planos perpendiculares siguiendo un único camino de propagación. Como la velocidad será distinta para cada dirección de vibración, estas dos ondas irán desfasadas, habrá un retardo (delta, en la figura) a la salida del cristal que dependerá de la naturaleza del mineral y de su espesor. POLARIZACION 24 Polarización circular La superficie externa de la cetonia dorada, o escarabajo de la rosa, refleja casi exclusivamente la luz polarizada circularmente. En electrodinámica, la polarización circular de una onda electromagnética es una polarización en la que el campo eléctrico de la onda de paso no cambia la fuerza, sino sólo de dirección de una manera rotativa. En electrodinámica, la fuerza y la dirección de un campo eléctrico, se define por lo que se llama un vector de campo eléctrico. En el caso de una onda polarizada circularmente, como se ve en la animación de acompañamiento, la punta del campo eléctrico vector, en un punto dado en el espacio, describe un círculo a medida que avanza el tiempo. Si la onda se congela en el tiempo, el campo de vector eléctrico de la onda describe una hélice a lo largo de la dirección de propagación. La polarización circular es un caso límite de la condición más general de polarización elíptica. El otro caso especial es el más fácil de entender, la polarización lineal. El fenómeno de la polarización surge como consecuencia del hecho de que la luz se comporta como una onda transversal de dos dimensiones. Radio FM El término "polarización circular" a menudo se utiliza erróneamente para describir las señales de polaridad mixta, utiliza sobre todo en radio FM (87,5 a 108,0 MHz en EE.UU.), donde una componente vertical y una horizontal se propagan simultáneamente por un banco (array) único o combinado. Esto tiene el efecto de producir una mayor penetración, en los edificios y áreas de recepción difíciles, que una señal con sólo un plano de polarización. Este sería un caso en que la polarización se llamaría más apropiadamente polarización al azar, debido a que la polarización en un receptor, aunque constante, variará dependiendo de la dirección del transmisor y otros factores en el diseño de la antena transmisora (véase parámetros de Stokes). El término "Radio FM" anterior se refiere al programa de radio, no a la radio de 2 vías (más correctamente llamada Radio Móvil Terrestre), que utiliza la polarización vertical casi exclusivamente. POLARIZACION 25 Antenas Se pueden utilizar varios tipos de elementos de antena para producir una radiación polarizada circularmente (o casi); siguiendo a Balanis se puede utilizar elementos dipolo: "Dos dipolos cruzados proporcionan los dos componentes de campo ortogonales... Si los dos dipolos son idénticos, la intensidad de campo a lo largo de cada cenit... sería de la misma intensidad. Además, si los dos dipolos estuvieran alimentados con un grado de 90° diferencia de tiempo de fase (en cuadratura de fase), la polarización a lo largo de cenit sería circular... Una forma de obtener el tiempo de 90º de diferencia de fase entre las dos componentes de campo ortogonales, radiada, respectivamente, por los dos dipolos, es por la alimentación de uno de los dos dipolos con una línea de transmisión que es un cuarto de longitud de onda más larga o más corta que la de la otra ", p.80; o elementos helicoidales: "Para conseguir polarización circular [en axial o modo de extremo-fuego]... la circunferencia C de la hélice debe ser... con C / longitud de onda = 1 cerca del óptimo, y el espaciamiento cerca de S = longitud de onda / 4. " p.571; o elementos de parche "Se pueden obtener polarizaciones circulares y elípticas utilizando diversas disposiciones de alimentación o ligeras modificaciones hechas a los elementos... La polarización circular puede ser obtenida si dos modos ortogonales son excitados con una diferencia de tiempo de fase de 90º entre ellos. Esto se puede lograr mediante el ajuste las dimensiones físicas del parche... Para un elemento de parche cuadrado, la forma más fácil de excitar idealmente la polarización circular consiste en alimentar el elemento en dos bordes adyacentes... La diferencia de fase en cuadratura se obtiene alimentando el elemento con un divisor de potencia de 90°", p.859. POLARIZACION 26
