Ley de Malus (Primera parte)

Transcripción

1 Ley de Malus (Primera parte) Fundamento La luz emitida por una fuente que se propaga en una dirección está formada por trenes de onda independientes. Cada tren de onda está formado por un campo eléctrico E y uno magnético B, ambos oscilan en direcciones perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de avance del tren de ondas. 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. En la figura 1 se representa mediante el vector eléctrico E la luz procedente de una fuente luminosa, como puede ser la que emite una bombilla. Esta luz se la denomina natural o luz no polarizada. Fig.1 En la figura 1 cada flecha representa el valor máximo de E. El modulo de cada uno de los trenes de onda E, varía con el tiempo, pero su correspondiente plano de vibración se mantiene fijo y siempre perpendicular al de avance de la luz. Existen procedimientos experimentales mediante los cuales se consigue que la oscilación del campo E de una luz no polarizada, se verifique en una sola dirección, a ese nuevo tipo de luz se la denomina luz polarizada linealmente. La representación gráfica de esta onda corresponde a la figura 2.

2 Uno de los métodos, quizás el más sencillo, para conseguir de una luz no polarizada, una luz polarizada linealmente, es interponer en su camino una lámina polarizadora o polaroide. Fig.2 Un polaroide es una lámina que está formada por cadenas largas de moléculas que se mantienen alineadas y paralelas entre sí. Esto determina que el polaroide tenga un comportamiento asimétrico, en otras palabras, existe una dirección característica de polarización, denominada eje de transmisión tal que todas las componentes de la luz cuyos vectores eléctricos vibren paralelamente a esa dirección atraviesan la lámina y en cambio todas las demás son absorbidas. Cuando a la luz no polarizada se le interpone en su camino un polaroide se consigue que la luz natural pase a ser luz polarizada linealmente. Una explicación del fenómeno aparece en la figura 3. Fig.3

3 Supongamos, como se indica en a figura 4, que a la luz polarizada linealmente le interponemos en su camino un segundo polarizador llamado analizador. Fig.4 En la figura 4 se observa que en la luz polarizada linealmente, debido al polaroide 1, el vector eléctrico E forma un ángulo con la dirección vertical, el mismo ángulo que forma el eje de transmisión del polaroide 1. La componente del vector E en la dirección vertical vale E cos En la figura se ha representado mediante la componente vertical que es la que deja pasar el analizador. El polaroide 2 o analizador, tiene su eje de transmisión en la dirección vertical y por tanto solamente permite el paso de esa componente, lo que determina que la luz que atraviesa el analizador esté polarizada linealmente pero con un campo eléctrico inferior y de valor E cos. Si =90º, esto es, que los ejes de transmisión del polaroide 1 y del analizador sean perpendiculares, entonces se produce extinción completa de E y por tanto de la luz. En cambio si =0º, los dos ejes de transmisión tienen la misma dirección y la intensidad de la luz transmitida es máxima.

4 Por otra parte sabemos que la intensidad luminosa es proporcional al cuadrado del módulo del campo eléctrico. El valor máximo de la intensidad de la luz I o, ocurre cuando los dos ejes de transmisión de los polaroides tienen la misma dirección, lo que equivale a = 0º y será nula cuando sean perpendiculares, =90º y para ángulos intermedios se verifica: La ecuación anterior se conoce como ley de Malus. I I cos 2 o En este experimento comprobaremos la ley citada mediante el montaje cuyo esquema aparece en la figura 5. Fig.5 1) foco luminoso, consiste en una bombilla de filamento recto de 12 V, 2) lente convergente de focal 50 mm, su misión es formar un haz paralelo de la luz procedente del foco, 3) polaroide 1, 4) haz de luz paralelo, 5) cilindro hueco de metal que evita la llegada de luz dispersa a 6, 6) analizador, un polaroide que lleva incorporada una escala, 7) diafragma iris, limita el paso de luz a 8, 8) detector de la intensidad luminosa, 9) luxómetro, registra en pantalla la intensidad luminosa que llega al detector. Fig.6 La figura 6 es la fotografía lateral de los distintos constituyentes del experimento

5 Fig.7 La figura 7 es una vista del montaje del experimento. El detector no se ve en la fotografía puesto que queda tapado por el diafragma iris La figura 8 es una fotografía en la que el montaje se ve desde su parte posterior, en ella se aprecia perfectamente la escala del analizador. Fig.8