Polarització electromagnètica: diferència entre les revisions
Contingut suprimit Contingut afegit
m Robot posa sintaxi correcta al tag br, center, span, div o small |
Traducció ampliada al català |
||
Línia 2:
En [[electrodinàmica clàssica]], la '''polarització electromagnètica''' (o simplement '''polarització''') és una característica de les [[ona|ones]], com la [[llum]] o altres [[Radiació electromagnètica|radiacions electromagnètiques]], que descriu la direcció de travessa d'un [[camp elèctric]]. De manera més general, la polarització d'una [[ona transversal]] descriu la direcció d'oscil·lació en el pla perpendicular a la direcció en què viatja l'ona. A diferència de fenòmens més familiars com les ones a l'aigua o les [[so|ones acústiques]], que són [[Ona longitudinal|ones longitudinals]], no presenten polarització perquè en aquest tipus d'ones la direcció de l'oscil·lació és la mateixa que la de desplaçament de l'ona.
En una ona electromagnètica, tant el camp elèctric com [[Camp magnètic]] són oscil·lants, però en diferents direccions; ambdues perpendiculars entre sí i perpendiculars a la direcció de propagació de l'ona. Per convenció, el pla de polarització de llum es refereix a la polarització del camp elèctric.
=== Ones Planes ===▼
== Camp elèctric i camp magnètic d'una ona electromagnètica ==
Una ona electromagnètica és una ona transversal composta per un [[Camp elèctric]] i un [[Camp magnètic]] simultàniament. Ambdós camps oscil·len perpendicularment entre sí; les [[Equacions de Maxwell]] modelen aquest comportament.
Habitualment es decideix per conveni que per l'estudi de la polarització electromagnètica es pari atenció exclussivament al camp elèctric, ignorant el camp magnètic, ja que el vector del camp magnètic pot obtenir-se a partir del vector del camp elèctric, ja que és perpendicular i proporcional a ell.
== Polarització d'ones planes ==
La manifestació més simple de polarització que es pot observar és la d'una [[ona plana]], que és una bona aproximació per a molts tipus d'ones lluminoses (una ona plana és una ona amb un [[front d'ona]] infinit en longitud i amplitud. Totes les ones electromagnètiques es propaguen al [[buit]] o en un material uniforme d'extesió infinita amb camps, [[Camp elèctric|elèctric]] i [[Camp magnètic|magnètic]], que són perpendiculars a la direcció de propagació.
== Tipus de polarització == Una descripció de l''''estat de polarització''' seria la forma que traçaria sobre un pla fix el vector de camp elèctric a mesura que una ona plana el recorre, aquesta traça seria una [[corba de Lissajous]]. [[Fitxer:Onde electromagnetique.svg|thumbnail|center|600px|Ona lluminosa amb un camp magnètic <math>\vec B</math> i un camp elèctric <math>\vec E</math> i un angle recte entre ambdós (en el cas d'una polarització rectilínia).]]
Linha 23 ⟶ 32:
A més, les ones es propaguen i, per tant, l'el·lipse que descriu el camp elèctric <math>\vec E</math> és en realitat una [[Hèlix (geometria)|hèlix]]. Les següents imatges mostren en tres dimensions alguns exemples de l'evolució del vector camp elèctric (en blau) al llarg del temps (l'eix vertical), amb els seus components ''x'' i ''y'' (vermell/esquerra i verd/dreta) i la traça que deixa el vector sobre el pla (porpra):
Cada un dels tres exemples correspon a un tipus de polarització.
<div style="float:left;width:170px">
Linha 36 ⟶ 46:
<center>''Polarització el·líptica''</center>
</div>
{{clear|both}}A la figura de l'esquerra, la polarització és lineal, i l'oscil·lació del pla perpendicular a la direcció de propagació es produeix al llarg d'una línia recta. Es pot representar cada oscil·lació descomposant-la en dos eixos X i Y. La polarització lineal es produeix quan ambdós components estan en '''fase''' (amb un angle de desfasament nul, quan els dos components arriben als seus màxims i mínims simultàniament) o en '''contrafase''' (amb un angle de desfasament de 180º, quan cada un dels components arriba als seus màxims a la vegada que l'altre arriba als seus mínims). La relació entre les amplituds d'ambdós components determina la direcció de l'oscil·lació , que és la direcció de la polarització lineal.
A la figura central, els dos components ortogonals tenen exactament la mateixa amplitud i estan desfasades exactament 90º. En aquest cas, un component s'anul·la quan l'altre assoleix la seva amplitud màxima o mínima. Existeixen dues possibles relacions que satisfan aquesta exigència, de forma que el component X pot estar 90º adelantat o retrassat respecte al component Y. El sentit (horari o antihorari) en el que gira el camp elèctric depen de quina d'aquestes dues relacions s'esdevingui. En aquest cas especial, la trajectòria traçada en el pla per la punta del vector del camp elèctric, té la forma d'una circumferència, per la qual cosa en aquest cas es parla de polarització circular.
A la figura de la dreta, es representa la polarització el·líptica. Aquest tipus de polarització correspon a qualsevol altre cas diferent als anteriors, és a dir, els dos components tenen diferents amplituds i l'angle de desfasament entre elles és diferent a 0º i a 180º (no estan en fase ni en contrafase)
=== Com determinar la polarització d'una ona plana ===
Per descobrir el tipus de polarització de l'ona, és necessari analitzar el camp (elèctric o magnètic). L'anàlisi es realitzarà per el camp elèctric, però és similar al del camp magnètic. L'amplitud d'ona sempre va en la direcció de la polarització de l'ona. És per això que és necessari analitzar-la per veure quin tipus de polarització tenim.
Es pot descomposar l'amplitud d'ona com la suma d'un vector paral·lel al pla d'incidència i un altre vector perpendicular a aquest pla.
== Radiació incoherent ==
A la natura, la radiació electromagnètica és produïda sovint per un gran conjunt de radiadors individuals que produeixen ones de manera independent. Aquest tipus de llum rep el nom d{{'}}'''[[Coherència (física)|incoherent]]'''. En general no hi ha una única [[freqüència]] sinó un [[espectre]] de diverses freqüències presents, i fins i tot filtrant arbitràriament per una gamma estreta de freqüències arbitràries és possible que no hi hagi un estat consistent de polarització. Tanmateix, això no significa que la polarització sigui tan sols una característica de la radiació coherent. La radiació incoherent pot mostrar una [[correlació]] estadística entre els components del camp elèctric, això es pot interpretar com una '''polarització parcial'''. En general és possible descriure un camp d'ona com la suma de la part incoherent (sense correlacions) i de la part polaritzada. Llavors podem descriure la llum en termes del '''grau de polarització''' i dels paràmetres de la polarització el·líptica.
== Obtenció de llum polaritzada ==
A continuació s'explicaran breument alguns dels procediments experimentals que permeten l'obtenció de llum polaritzada a partir d'una emissió de llum natural. Per obtenir llum polaritzada linealment s'ha de fer que el vector elèctric vibri en un únic pla (pla de polarització) dels que contenen la direcció de la propagació.
Existeixen diferents mètodes per obtenir llum polaritzada: absorció selectiva, per reflexió, refracció i per difusió.
=== Polarització per absorció selectiva ===
Alguns materials absorbeixen selectivament un dels components transversals del camp elèctric d'una ona. Aquesta propietat es denomina [[Dicroisme]]. La llum experimenta una [[Absorció]] en certs estats de polarització. El terme ''dicroisme'' prové de les observacions realitzades en èpoques molt primerenques de la teoria òptica sobre certs vidres, tals com la [[Turmalina]]. En aquests vidres, l'efecte del dicroisme varia en gran mesura amb la longitud d'ona de la llum, fent que apareguin diferents colors associats a la visió de diferents colors amb diferents plans de polarització. Aquest efecte també és anomenat [[Pleocroisme]], i la tècnica es fa servir en [[Mineralogia]] per identificar els diferents minerals. En alguns materials, tals com la herapatita (sulfat de iodoquinina) o les capes [[Polaroide|Polaroid]], l'efecte no és tan fortament dependent de la longitud d'ona, i aquesta és la raó per la qual el terme ''dicroic'' s'utilitza molt poc.
El dicroisme ocorre també com a fenòmen òptic en els [[Cristall líquid|Cristalls líquid]]<nowiki/>s, degut en part a l'[[Anisotropia]] òptica que presenten les estructures mol·leculars d'aquests materials. A aquest efecte se'l va denominar posteriorment "efecte hoste-convidat" (''guest-host effect'' en anglès).
=== Polarització per reflexió ===
En reflexar-se un feix de llum no polaritzat sobre una superfíci, la llum reflexada pateix una polarització parcial de forma que el component del camp elèctric perpendicular al pla d'incidència (pla que conté la direcció del raig d'indicència i el vector normal a la superfície d'incidència) té major amplitud que el component contingut en el pla d'incidència.
Quan la llum incideix sobre una superfície no absorbent amb un determinat angle, el component del camp elèctric paral·lel al pla d'incidència no és reflectit. Aquest angle, conegut com [[Angle de Brewster]], en honor al físic britànic [[David Brewster]], s'assoleix quan el raig reflectit és perpendicular al raig refractat. La tangent de l'angle de Brewster és igual a la relació entre els [[Índex de refracció]] del segon i el primer mitjà.
=== Polarització per birefringència ===
La '''birefringència''' o '''doble refracción''' és una propietat de certa cossos, com l'[[Espat d'Islàndia]], de desdoblar un raig de llum incident en dos rajos linealment polaritzats de manera perpendicular entre sí com si el material tingués dos [[Índex de refracció]] diferents.
La primera de les dues direccions segueix les lleis normals de la [[Refracció]] i s'anomena ''raig ordinari''; l'altra té una velocitat i un índex de refracció variables i s'anomena ''raig extraordinari''. Aquest fenòmen només pot tenir lloc si l'estructura del material és anisótropa. Si el material té un sol eix d'anisotropia, (és a dir, és ''uniaxial''), la birefringència pot formalitzar-se assignant dos índex de refracció diferents al material per a les diferents polaritzacions.
La birefringència també pot aparèixer en materials magnètics, però són extranyes les variacions substancials en la [[Permeabilitat magnètica]] de materials. El paper de [[Cel·lofana]] és un material birefringent comú.
== Polarització en naturalesa, ciència i tecnologia ==
=== Efectes de la polarització a la vida diària ===
La llum relfectida sobre materials brillants transparents és parcial o totalment polaritzada, excepte quan la llum incideix en direcció normal (perpendicular) a la superfície refectant. Un [[Filtre polaritzador]], com el d'unes ulleres de sol polaritzades, pot utilitzar-se per observar aquest fenòmen fent girar el filtre i mirant a través d'ell. Per a determinats angles, s'atenuarà la llum o serà totalment bloquejada. Els filtres polaritzadors bloquegen el pas de llum polaritzada a 90º respece al pla polaritzador del filtre. Si dos filtres polaritzadors (''polaritzador i analitzador'') es col·loquen l'un davant de l'altre de manera que tots dos siguin atravessats per un feix de llum que no estava polaritzat prèviament, la [[Intensitat lluminosa]] del feix que surt del segon filtre serà proporcional al cosinus de l'angle que formen els plans polaritzadors d'ambdós filtres entre sí. Si aquest angle és de 90º, el pas de la llum és bloquejat.
La polarització per dispersió pot observar-se quan la llum passa per l'[[Atmosfera terrestre]]. La dispersió de la llum produeix la resplendor i el color quan el cel està clar. Aquesta polarització parcial de la llum dispersada pot ser utilitzada per enfosquir el cel a les fotografies, augmentant el contrast. Aquest efecte és fàcil d'observar durant la posata de sol, quan l'horitzó forma un angle de 90º respecte a la direcció de l'observador cap al sol. Un altre efecte fàcilment observat és la reducció dràstica de la resplandor de les imatges del cel reflectides sobre superfícies horitzontals, que és la raó principal per la que sovint s'utilitzen filtres polaritzadors en ulleres de sol. També es pot veure amb freqüència que un filtre polaritzador mostri alguns [[Arc de Sant Martí|Arcs de Sant Martí]] a causa de la dependència del color dels efectes de la birefringència, per exemple a les finestres de vidre laminat dels automòbils o en articles fets de plàstic transparent. El paper desenvolupat per la polarització en una pantalla [[Lcd]] pot veure's amb unes ulleres de vidre polaritzat, que redueixen el contrast fins i tot fins a fer la visió de la pantalla il·legible.
Molts animals poden ser capaços de percebre la polarització de llum, utilitzant aquesta habilitat amb objectius de navegació, ja que la polarització lineal de la llum del cel és sempre perpendicular a la direcció del sol. Aquesta capacitat és molt comuna entre els insectes, incloses les abelles, que utilitzen aquesta informació per orientar la seva [[Dansa de les abelles]]. La sensibilitat a la polarització també ha sigut observada en espècies de pops, calamars, sepies i mantis. El ràpid canvi en la coloració de la pell de la sepia s'utilitza per la comunicació, polaritzant la llum que es reflectex sobre seu. La [[Mantis religiosa]] és coneguda per tenir un teixit reflexiu selectiu que polaritza la llum. Fa temps es pensava que la polarització de la [[Ull humà|llum]] del cel era percebuda pels coloms i que era una de les ajudes dels [[Colom missatger|Coloms missatger]]<nowiki/>s, però algunes investigacions senyales que això no és més que un mite popular.
L'[[Ull humà]] és dèbilment sensible a la polarització, sense necessitat de la intervenció de filtres externs. La llum polaritzada crea un dibuix model molt dèbil a prop del camp visual, anomenat respall de Haidinger. Aquest dibuix és molt difícil de veure, però amb la pràctica es pot aprendre a descobrir la llum polaritzada a simple vista.
=== Geologia ===
La propietat de la birefingència lineal és comuna a molts minerals cristal·lins i el seu estudi va ajudar a descobrir el fenòmen de la polarització. En [[Mineralogia]], aquesta propietat és estudiada amb freqüència fent servir [[Microscopi de llum polaritzada|Microscopis de llum polaritzada]], amb l'objectiu d'identificar minerals.
=== Química ===
La polarització és de principal importància en la química degut al [[Dicroisme circular]] i la rotació del pla de polarització (birefringència circular) mostrada per mol·lècules quirals òpticament actives. Aquesta rotació del pla de polarització pot medir-se utilitzant un [[Polarímetre]].
La polarització també pot observar-se en l'efecte inductiu o la resonància dels enllaços o en la influència d'un [[Grup funcional]] en les propietats elèctriques (per exemple, el [[Moment dipolar]]) d'un [[Enllaç covalent]] o d'un àtom.
=== Astronomia ===
En moltes àrees de l'astronomia, l'estudi de la radiació electromagnètica polaritzada de l'[[Espai exterior]] és de gran importància. Encara que generalment no es produeix en la [[Radiació tèrmica]] de les estrelles, la polarització està també present en la radiació d'algunes fonts astronòmiques coherents (per exemple, algunes masses de [[Metanol]] o d'[[Hidròxid]]<nowiki/>s), i de fonts incoherents com els grans lòbuls de radi en galàxies actives, i la radiació pulsatòria de radi (que s'especula que pugui ser a vegades coherent), i també s'imposa sobre la llum de les estrelles dispersant [[Pols interestel·lar]]. A banda de l'aportació d'informació sobre les fonts de radiació i dispersió, la polarització també s'utilitza per explorar el [[Camp magnètic]] aplicant l'[[Efecte Faraday]]. La polarització de la [[Radiació de fons de microones]] serveix per estudiar la física del principi de l'univers. La [[Radiació de sincrotró]] està severament polaritzada. També utilitzant un filtre polaritzador, en el Telescopi Infraroig Britànic (UKIRT) s'ha aconseguit per primera vegada veure amb claredat el disc de matèria al voltant d'un [[Forat negre]], diferenciant-lo dels núvols de gas i pols que l'envolten.
{{Commonscat}}
| |||