Polarización de la luz concepto y aplicación en la física
La comprensión de las leyes físicas a través de la astrofísica es esencial para aplicaciones prácticas y sirve como herramienta educativa en la enseñanza de la física. Específicamente, la polarización de la luz es un concepto de gran importancia en la física electromagnética y permite el estudio de diversos objetos astrofísicos como estrellas, planetas y galaxias. Este estudio se basa en una revisión histórica del fenómeno de polarización, abarcando conceptos fundamentales de la física descritos por las ecuaciones de Maxwell. Se presentarán conceptos como los estados de polarización, los parámetros de Stokes y los procesos de polarización. Asimismo, se abordarán aplicaciones en la física solar, sistemas planetarios, materia interestelar, Masers astronómicos, púlsares y núcleos activos de galaxias (AGNs).
Diferentes formas de polarización y sus características
Existen diferentes formas en las que las ondas pueden polarizarse: lineal, circular o elíptica. Cada una tiene características específicas, aplicaciones distintas y se generan en diferentes contextos.
La polarización lineal se produce cuando las oscilaciones transversales de una onda quedan confinadas en un plano que contiene su trayectoria.
En el caso de las ondas electromagnéticas, esto ocurre cuando el campo eléctrico está limitado a un plano, lo que indica que la luz también estará polarizada linealmente. En realidad, en este caso, dado que tenemos tanto ondas eléctricas como magnéticas, hay dos planos en los que se confinarán cada una de estas señales. Sin embargo, esta situación ideal no suele ser habitual.
Efecto Hanle
Efecto Hanle: Es el fenómeno en el que la luz es dispersada por partículas materiales pequeñas con capacidad de polarizarla. La presencia de un campo magnético débil puede modificar esta polarización y sus efectos observables, si su desdoblamiento Zeeman es similar a la anchura natural del nivel atómico degenerado considerado [24][24].Un ejemplo donde se puede apreciar claramente el efecto Hanle es en el Sol. Supongamos un fotón que emerge de la superficie solar y es desviado en ángulo recto por una partícula de las capas superiores de la atmósfera hacia un observador. En este caso, la luz natural se transforma en polarizada linealmente. Sin embargo, si este proceso de dispersión ocurre en presencia de un pequeño campo magnético en la misma dirección del observador, el grado de polarización disminuye http://www.sea-astronomia.es/drupal/sites/default/files/archivos/descubre/como_medimos_campo_magnetico.pdf. El efecto Hanle se utiliza con frecuencia junto con el efecto Zeeman para...
Dispersión de luz y polarización: El efecto Hanle se produce cuando la luz es dispersada por partículas pequeñas y a la vez se polariza. Si un campo magnético débil está presente durante la dispersión, la polarización y los efectos observables pueden ser alterados si la diferencia de energía Zeeman es semejante al ancho natural del nivel atómico degenerado en consideración [24][24] R.M. Saínz, Polarización por procesos de dispersión y el efecto Hanle en atmósferas estelares débilmente magnetizadas. Tesis Doctoral, Universidad de La Laguna, San Cristóbal de La Laguna (2002).El Sol es un ejemplo donde podemos observar el efecto Hanle. Supongamos que un fotón emerge de la superficie del Sol y es desviado a 90° por una partícula en la atmósfera superior, hacia un observador. La luz, que inicialmente era natural, se polariza linealmente. Sin embargo, si este proceso ocurre en presencia de un pequeño campo magnético en la misma dirección del observador, el grado de polarización disminuye http://www.sea-astronomia.es/drupal/sites/default/files/archivos/descubre/como_medimos_campo_magnetico.pdf. Este efecto se combina con el efecto Zeeman para...
Polarización
Polarización y su significadoLa palabra "polarización" deriva del término griego Polos, lo que se traduce como "orientación". Se utiliza para describir el fenómeno en el que la luz u otra radiación electromagnética se limita a una dirección de propagación. Si una onda electromagnética no presenta una dirección preferencial, se dice que no está polarizada, mientras que si existe una dirección preferencial, se considera que está polarizada [15][15] D. Clarke y J. Grainger Polarized Light and Optical Measurement (Pergamon Press, New York, 1971).
Por ejemplo, la luz emitida por una lámpara de tungsteno no está polarizada, mientras que la luz solar dispersa que ocasiona el color azul del cielo se encuentra polarizada. Este fenómeno se debe a...
Tipos de polarizaciónExisten diferentes tipos de polarización, entre ellos se encuentran la elíptica, lineal y circular. Estos estados se pueden describir mediante la fase ϕ de la onda electromagnética. En el caso de la polarización elíptica, ϕ es distinto de cero, lo que provoca que el vector del campo eléctrico describa una elipse en el plano perpendicular a la dirección de propagación (Figura 2).
Se dice que una onda está polarizada linealmente cuando las componentes x e y del campo eléctrico se encuentran en fase ϕ1=ϕ2=0 o en oposición de fase ϕ=π. En este caso, el campo eléctrico describe una recta en el plano. Para el caso en el que ϕ1=ϕ2=0, las componentes del campo eléctrico son:
Dicroísmo
El Fenómeno Optico del Dicroísmo:El dicroísmo, también conocido como absorción selectiva, se refiere a la capacidad de ciertos materiales de absorber luz en diferentes grados según su polarización. [10[10] S. Trippe Journal of the Korean Astronomical Society 1, 25 (2014)., 16[16] I.S. McLean Electronic imaging in astronomy. Detector and instrumentation (Praxis Publishing Ltd,Chichester 2008) 2ª ed.] Los polarizadores lineales dicroicos, como los polaroids, están compuestos por capas de polímeros orgánicos. Fue Edwin Land, fundador de la Polaroid Corporation en 1937 en Cambridge, Massachusetts, quien descubrió esta propiedad.
La Ley de Malus:La intensidad transmitida por un polarizador depende de la intensidad incidente y del ángulo entre el plano de polarización y el eje del polarizador. Esta relación es conocida como la Ley de Malus:
I(θ) = Io cos2(θ)
Donde Io es la intensidad inicial y θ es el ángulo entre el plano de polarización inicial y el eje del polarizador.
Maximizando la absorsión de luz:Cuando θ= 0, la intensidad transmitida I(θ) = Io, indicando que la luz pasa sin ser afectada. Sin embargo, cuando θ=π/2, I(θ) = 0, lo que significa que la intensidad transmitida es mínima. [22][22] S. Burbano, E. Burbano y M.C. García Física General (Editorial Tébar Flores, Madrid, 2003). Por lo tanto, para minimizar la intensidad de luz que pasa a través de los polaroids, su eje de polarización debe estar dispuesto verticalmente.
Explorando las funciones de la polarización En qué se puede aplicar
Las ondas tienen una oscilación determinada que las polariza. Si estas ondas son no polarizadas, significa que presentan polarizaciones diferentes y no relacionadas entre sí, también conocidas como polarizaciones aleatorias. Esto se traduce en una distribución caótica de oscilaciones, de la cual no podemos extraer una polarización definida.
Para convertir la luz no polarizada en polarizada, existen los polarizadores, dispositivos que son capaces de atenuar la intensidad de la luz en todas las direcciones, excepto en aquellas que queremos percibir. Un ejemplo conocido son las gafas de sol, que cuentan con un polarizador que disminuye la cantidad de luz que recibimos al atenuar las ondas en direcciones específicas.
Es importante recordar que las ondas transportan energía, y al ser reducida o neutralizada una parte de la luz, también se reduce en proporción la cantidad de energía. Sin embargo, debido a que los polarizadores no son perfectos, la atenuación no es total y siempre percibimos una fracción de la intensidad de la luz original.
Polarización Puntos clave
Las gafas de Sol contienen polarizadores que tienen la función de reducir la intensidad de ciertas ondas incidentes, permitiéndonos observar sin molestias.Un polarizador es un dispositivo que solo permite el paso de ondas con una polarización específica, típicamente ondas electromagnéticas, también conocido como polarizador de luz.
Existen tres tipos de polarización para las ondas transversales, cuyos nombres se deben a la dirección en la que oscilan en relación a la propagación de la onda. Se denominan polarización lineal, polarización circular y polarización elíptica.
