29: Polarización
En la última simulación se define una onda polarizada como una onda electromagnética que tiene su campo eléctrico confinado a cambiar en una sola dirección. En esta simulación vamos a investigar más a fondo las ondas polarizadas. En la simulación la gráfica de la derecha muestra el componente(s) del campo eléctrico para una onda plana que viaja en la dirección positiva de Y directamente hacia usted: E(y,t) = Emax sen (ky - ωt). El gráfico superior muestra componentes Ex y Ez del campo eléctrico. El componente magnético, siempre perpendicular al componente eléctrico, no se muestra. En todos los casos los componentes son sinusoidales (el componente de tiempo del campo se muestra para ω = 1 una posición fija de z = 0).
Preguntas:
29.1. Ejecute la simulación. Describe lo que ves. El gráfico de la derecha es lo que estaba sucediendo en el cuadro rojo en el caso inicial de la simulación anterior; un campo eléctrico oscilante en la dirección x. ¿Cuál es el campo máximo en el presente caso? ¿Es esta una onda polarizada?
El vector de Poynting es el producto vectorial de los vectores de campo eléctrico y magnético: S = E × B / μo donde μo es una constante llamada la permeabilidad (recuerde de la simulación 3 que la velocidad de una onda electromagnética está dado por c = (1/μoεo)1/2 donde μo es la permeabilidad y εo es el la permitividad. La magnitud del vector da la intensidad de una onda electromagnética en W/m2 e indica la dirección que la onda está viajando. Dado que la magnitud del campo magnético es proporcional a la amplitud del campo eléctrico, el vector de Poynting (la intensidad) es proporcional a la amplitud del campo eléctrico al cuadrado.
29.2. Si el vector de Poynting señala fuera de la pantalla hacia usted, qué dirección del campo magnético señala que corresponde al vector de campo eléctrico que se muestra en la simulación inicialmente?
29.3. El componente x del campo eléctrico se fija en 6 N/C. Utilice el control deslizante para seleccionar un valor de 6 N/C para la componente z del campo eléctrico y ejecute la simulación. Describe lo que ves. ¿Cómo es este caso similar al de la pregunta 26.7? ¿Es esta una onda polarizada?
29.4. Pruebe algunos otros valores para Ez. Describir el caso de Ex = 6 N/C y Ez = 4 N/C. ¿Hacia dónde apunta el vector de campo eléctrico? Estas son todas las ondas polarizadas con diferentes orientaciones.
La diferencia de fase determina la fase entre Ex y Ez. Para la fase cero los dos componentes del vector comienzan en cero al mismo tiempo. Una fase de π adianes significa que la componente x es cero cuando la componente y es un máximo, y viceversa.
29.5. Para Ey = 6 N/C elija una diferencia de fase de 1,0 π radianes (utilice el control deslizante para establecer el número de radianes a 1,0). ¿Qué observas? Ahora intent 0,5 π radianes. Este caso se llama luz polarizada circularmente. Tenga en cuenta que las direcciones x e y componentes siguen siendo ondas sinusoidales, pero el vector eléctrica total tiene una magnitud fija
Si el ángulo de fase no es un número entero o la mitad de número multiplicado por π la luz está polarizada elípticamente.
29.6. Pruebe otros valores para la fase con las amplitudes máximas iguales. Describe lo que ves. ¿Qué se puede concluir acerca de los números enteros de π radianes para una diferencia de fase? ¿Qué pasa con la mitad de los números enteros? ¿Qué pasa con los valores intermedios?
29.7. En sus propias palabras, describe cómo una onda electromagnética polarizada elípticamente luce cuando se propaga a través del espacio. (Recordemos que la onda se desplaza en la dirección z que está fuera de la pantalla hacia usted en este caso.)
Ondas polarizadas circular y elípticamente pueden estar circularmente polarizadas a la derecha o circularmente polarizadas a la izquierda dependiendo del signo del ángulo de fase.
29.8. Pruebe algunos valores negativos para la fase. ¿Cuál es la diferencia entre los valores negativos y positivos de fase? En qué caso la polarización gira en sentido horario cuando la onda se propaga hacia adelante?
© 2015, Wolfgang Christian y Kyle Forinash.
Publicado bajo una licencia: 