Subido por Deysi Katterine Ramirez Olivera

Polarizacion Semana 7

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“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)
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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
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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
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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:
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* 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
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Animación de un Filtro Polarizador en frente de un Monitor LCD
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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.
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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
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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
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POLARIZACION
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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
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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.
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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
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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
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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
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sen
θ
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= 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.
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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.
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Fotografías
Fotografía 2 para toma de datos
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Fotografía 3 para toma de datos
Fotografía 4 para toma de datos
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Fotografía 5 para toma de datos
Fotografía 6 para toma de datos
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Fotografía 7 para toma de datos
Fotografía 8 para toma de datos
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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