Polarización electromagnética | una propiedad de algunos tipos de ondas

Luz

La luz reflejada por materiales brillantes y transparentes está parcial o totalmente polarizada, excepto cuando la luz es perpendicular a la superficie. La polarización fue descubierta por primera vez en 1808 por el matemático Etienne Louis Malus. Se puede utilizar un filtro polarizador, como unas gafas de sol polarizadoras, para observar este efecto girando el filtro mientras se mira a través de él el reflejo de una superficie horizontal lejana. En determinados ángulos de rotación, la luz reflejada se reducirá o eliminará. Los filtros polarizadores eliminan la luz polarizada a 90° respecto al eje de polarización del filtro. Si se colocan dos polarizadores uno encima del otro en ángulos de 90°, muy poca luz puede pasar a través de ambos.

La polarización por dispersión se observa cuando la luz atraviesa la atmósfera. La luz dispersada produce el brillo y el color en los cielos despejados. Esta polarización parcial de la luz dispersa puede utilizarse para oscurecer el cielo en las fotografías, aumentando el contraste. Este efecto es más fácil de observar al atardecer, en el horizonte, a un ángulo de 90° del sol poniente. Otro efecto fácil de observar es la drástica reducción del brillo de las imágenes del cielo y las nubes reflejadas desde superficies horizontales. Por ello, los filtros polarizadores se utilizan a menudo en las gafas de sol. Las gafas de sol polarizadas también muestran patrones parecidos a los del arco iris, causados por los efectos birrefringentes dependientes del color, por ejemplo, en el vidrio templado (por ejemplo, las ventanas de los coches) o en los artículos fabricados con plásticos transparentes. El papel que desempeña la polarización en el funcionamiento de las pantallas de cristal líquido (LCD) también suele ser evidente para el usuario de gafas de sol polarizantes, que pueden reducir el contraste o incluso hacer que la pantalla sea ilegible.

Filtro de polarización

La polarización de la luz es útil, después de haberla filtrado. Un filtro separará la luz con un tipo de polarización de otros tipos. La mayor parte de la luz del día, o la luz de una bombilla, tiene una mezcla de polarizaciones (los láseres son una excepción). El filtro funciona de forma parecida a cuando se intenta pasar una carta de juego por un peine: sólo si la carta se gira en la dirección correcta encajará. La luz que se gire en otra dirección será bloqueada por el filtro. Las pantallas de cristal líquido (LCD) utilizan esto para bloquear la luz para hacer letras o números en una pantalla. Las gafas que tienen filtros de polarización diferentes para cada ojo pueden separar la luz destinada al ojo izquierdo y al derecho. Esta es una forma habitual de hacer películas en 3D y televisión en 3D.

En la naturaleza, a veces la luz que rebota en una superficie tiene la misma polarización, lo que se denomina "resplandor" de una ventana o del agua. Un filtro de polarización en una cámara eliminará este resplandor para ayudar a ver a través de la ventana o el agua (o puede aumentar el resplandor, dependiendo de cómo se gire).

La fotografía de la derecha fue tomada con gafas de sol polarizadas y a través de la ventanilla trasera de un coche. La luz del cielo es reflejada por el parabrisas del otro coche en un ángulo, lo que hace que la polarización sea mayoritariamente horizontal. La ventanilla trasera es de vidrio templado. La tensión producida por el tratamiento térmico del vidrio altera la polarización de la luz que lo atraviesa, como una placa de ondas. Sin este efecto, las gafas de sol bloquearían la luz polarizada horizontalmente que se refleja en la ventanilla del otro coche. Sin embargo, la tensión de la luna trasera cambia parte de la luz polarizada horizontalmente en luz polarizada verticalmente que puede atravesar las gafas. Como resultado, el patrón regular del tratamiento térmico se hace visible.

 
Las gafas de sol polarizadas revelan la tensión en la ventanilla del coche (véase el texto para la explicación.)  


Los efectos de un filtro polarizador sobre el cielo en una fotografía. La fotografía de la derecha utiliza el filtro.  


Efecto de un polarizador en la reflexión de los barros. En la imagen de la izquierda, el polarizador está girado para transmitir los reflejos lo mejor posible; girando el polarizador 90° (imagen de la derecha) se bloquea casi toda la luz solar reflejada especularmente.  

Electromagnético

Otras ondas electromagnéticas también tienen polarización, pero puede ocurrir de diferentes maneras.

Polarización general: Algunas ondas pueden describirse teniendo el campo eléctrico perpendicular a la dirección de la onda, y éstas se llaman ondas TE (eléctricas transversales). Otras tienen el campo magnético perpendicular a la dirección de la onda, y éstas se denominan ondas TM (magnéticas transversales). Estos son los tipos más generales de polarización de las ondas. También pueden llamarse ondas de polarización vertical u horizontal. Si tanto el campo eléctrico como el magnético son perpendiculares a la dirección de la onda, ésta se denomina TEM (electromagnética transversal). Las polarizaciones lineal, circular y elíptica son casos específicos de polarización TEM.

Las polarizaciones lineal, circular y elíptica son tres tipos específicos de polarización TEM. No pueden medirse cerca de una antena. Lejos de una antena los campos son TEM, por lo que se pueden utilizar. Son fáciles de imaginar si se mira la onda de frente.

Polarización lineal

Mirando a lo largo de la dirección de la onda, el campo eléctrico es una única línea recta. Si la dirección del campo eléctrico permanece constante, aunque se permita cambiar su tamaño o magnitud, el estado de polarización se denomina lineal. Esto se debe a que la punta del vector del campo eléctrico traza una línea recta en el plano perpendicular a la dirección de avance de la onda. (Es similar a agitar una cuerda de saltar hacia arriba y hacia abajo, mirando la cuerda desde un extremo. La cuerda en movimiento tendrá la forma de una línea).

Polarización circular

Mirando a lo largo de la dirección de la onda, el campo eléctrico traza la forma de un círculo. Si la magnitud del campo eléctrico permanece constante y se permite que la dirección varíe, el estado de polarización se denomina circular, porque la punta del campo eléctrico traza un círculo en el plano perpendicular a la dirección de avance de la onda. En particular, el círculo puede trazarse en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario (cuando la onda se aleja). (Esto es similar a cuando se balancea una cuerda para saltar, se hace la forma de un círculo).

Polarización elíptica

Es como la polarización circular, pero la magnitud cambia al girar, formando una elipse.