La polarizzazione delle onde
Nel caso di onde elettromagnetiche, la polarizzazione delle onde riguarda la direzione dei vettori campo elettrico e campo magnetico.
Ad esempio, se un’onda si propaga in un piano, e la direzione dei vettori è sempre perpendicolare a quella di propagazione, si dice che l’onda è polarizzata linearmente.
In particolare, poi, possiamo distinguere due tipi di polarizzazione in base al fatto che l’onda si propaghi in un piano verticale o in un piano orizzontale. Nel primo caso, infatti, si dice che l’onda è polarizzata verticalmente, nel secondo caso invece che l’onda è polarizzata orizzontalmente.
In natura, una polarizzazione lineare della luce si ha, ad esempio, quando la luce viene riflessa dall’acqua, da alcuni tipi di plastica, o dal vetro; in generale, quindi, quando la luce viene riflessa da materiali isolanti.
Quando invece l’onda non si propaga solo in un piano, ma i vettori campo elettrico o magnetico ruotano attorno alla direzione di propagazione, si dice che l’onda è polarizzata circolarmente:
In natura, la polarizzazione circolare si ha quando la luce viene riflessa su superfici metalliche.
In alcuni casi, invece, le direzioni dei vettori campo elettrico e campo magnetico non sono sempre perpendicolari alla direzione di propagazione, ma si distribuiscono in maniera casuale, come nel caso della luce naturale. In questo caso, quindi, si parla di luce non polarizzata.
I polarizzatori
I polarizzatori sono dei particolari filtri che permettono il passaggio solo di un determinato tipo di luce polarizzata.
Questi strumenti sono costituiti da lamelle conduttrici parallele e separate tra loro con spazi di ampiezza pari alla lunghezza d’onda della luce incidente. Il loro funzionamento permette di impedire l’oscillazione delle onde che si propaga in direzione il cui campo elettrico oscilla parallelamente alle fibre di cui è composto.
I principali polarizzatori che si utilizzano sono quelli lineari e quelli circolari.
Il polarizzatore lineare, costituito da fibre conduttrici parallele, permette il passaggio di luce polarizzata linearmente, ma solo di quella che presenta un campo elettrico che oscilla perpendicolarmente alle fibre conduttrici. Le onde che oscillano in direzione parallela alle fibre conduttrici, invece, vengono assorbite da esse.
Il polarizzatore circolare, invece, permette di generare delle onde il cui piano di propagazione nello spazio ruota con regolarità.
In particolare, questo tipo di polarizzatore fa si che vi sia una variazione ciclica dell’orientamento delle forze elettrica e magnetica.
I filtri polarizzatori sono utilizzati in molti campi: vediamo alcune applicazioni:
- nella fotografia, i filtri polarizzatori impediscono il passaggio di onde luminose riflesse in specchi d’acqua o superfici trasparenti, così da dare profondità all’immagine, ed evitare effetti chiari o bianchi;
- negli occhiali per la visione di immagini stereoscopiche sono applicati dei filtri a polarizzazione lineare o circolare nelle lenti; creando una polarizzazione differente nella lente destra e in quella sinistra, le immagini proiettate sullo schermo vengono visualizzate separatamente, e possono essere individuate dall’occhio cui sono destinate;
- in alcuni tipi di occhiali da sole vengono utilizzati dei filtri polarizzatori per attenuare i raggi ultravioletti e per bloccare la radiazione elettromagnetica.
L’irradiamento
Come sappiamo, le onde elettromagnetiche trasportano energia. Possiamo, quindi, calcolare quanta energia viene trasmessa ad una superficie nell’unità di tempo; in generale, l’irradiamento di una superficie si calcola come rapporto tra l’energia media che attraversa la superficie, e il prodotto tra superficie e intervallo di tempo:
$ I_e = frac(W)(∆S * ∆t)$
Possiamo inoltre esprimere l’irradiamento in funzione dell’energia media trasportata dall’onda e della velocità della luce:
$ I_e = c * w = c * 1/2 ε_0 * E_0 ^2 $
dove $E_0$ indica l’ampiezza massima del campo elettrico.
Vediamo ora come esprimere l’irradiamento della luce uscente da un filtro di polarizzazione.
Consideriamo un fascio di luce polarizzato linearmente che viene filtrato da un polarizzatore, formando con esso un angolo α; supponiamo che il fascio di luce irradi la superficie del polarizzatore con un irradiamento $I_0$. L’irradiamento della luce uscente dal filtro è dato dalla formula seguente, detta anche legge di Malus:
$I_e = I_e ^(0) * cos^2 α$
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