POLARIZZAZIONE DELLA LUCE e LEGGE DI MALUS

Il caso più semplice di onda elettromagnetica è quello di un campo elettrico che oscilla su un determinato piano insieme al relativo campo magnetico che oscilla in fase su un piano perpendicolare al primo. 

Ma in generale i campi E e B possono cambiare la direzione di oscillazione a condizione che rimangano tra loro perpendicolari e entrambi perpendicolari alla direzione di propagazione. 
La radiazione si dice Polarizzata solo se il piano di oscillazione del campo E è uno solo (detto piano di polarizzazione)
La direzione di polarizzazione è per definizione quella di oscillazione del campo elettrico E. 

Esempio di un'onda polarizzata è quella prodotta da un'antenna bipolare.

FUNZIONAMENTO DELLA LENTE POLAROID: Si basa sulla polarizzazione per assorbimento (o per trasmissione). Consideriamo un'onda elettromagnetica polarizzata che in incide su fili conduttori paralleli. Sia 𝛂 l'angolo che la direzione di oscillazione del campo E che forma con i fili conduttori. Sia E⟘ la componente di E perpendicolare ai fili e E// quella parallela . (vedi figura sotto)

E// genera una corrente su i fili conduttori e quindi l'energia associata viene dissipata per effetto Joule. L'onda elettromagnetica viene modificata ed esce con la sola componente E⟘. Possiamo dire che la radiazione è polarizzata nella direzione perpendicolare al filo conduttore.

Nelle lenti Polaroid i fili conduttori paralleli sono delle catene di polimeri e l'asse di trasmissione è quella perpendicolare.

Se su una lente polaroid incide un'onda elettromagnetica POLARIZZATA di intensità I₀ e la cui direzione di polarizzazione forma un angolo 𝝰 allora la luce esce con minore intensità I data dalla LEGGE DI MALUS:

Infatti l'intensità dell'OEM è data da :

In presenza di un filtro con direzione di polarizzazioneche forma un angolo 𝝰 esce solo la componente del campo E//=Ecos𝝰. Sostituendo alla E nell'equazione dell'intensità troviamo:

e quindi:

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Semplice verifica della polarizzazione della luce con occhiali da sole con lenti polarizzate

In particolare se la direzione di polarizzazione del filtro è perpendicolare alla direzione di polarizzazione della luce l'angolo è 90° e l'intensità uscente è nulla.

Se un fascio di luce non polarizzata e di intensità I₀ attraversa un filtro di polarizzazione il fascio uscente ha sempre metà dell'intensità iniziale data da I=1/2 I₀.
Infatti si deve considerare il valore medio di cos²𝝰 che è 1/2. 

POLARIZZAZIONE TOTALE DELLA LUCE RIFLESSA:


Quando un fascio di luce incide sulla superficie di separazione tra due mezzi con indici di rifrazione diversi, la luce viene in parte riflessa e in parte trasmessa. 

La frazione di luce riflessa dipende dall'angolo di incidenza e, se l’angolo di incidenza è diverso da zero, la luce riflessa risulta PARZIALMENTE POLARIZZATA nella direzione orizzontale.(quella parallela alla superficie ) 

Questo giustifica il perché le lenti Polaroid hanno l'asse di polarizzazione verticale: serve ad eliminare i fastidiosi riflessi di luce che arrivano agli occhi polarizzati in direzione orizzontale.  Tale polarizzazione risulta apprezzabile intorno a un valore particolare dell'angolo di incidenza, chiamato ANGOLO DI BREWSTER (1812) .

Si può dimostrare che l'angolo di Brewster corrisponde all'angolo di incidenza quando il raggio riflesso è perpendicolare al raggio rifratto.

Ricordando la legge di Snell: n₁sen𝛃=n₂sen𝝰

dove :  𝛃 è l'angolo di Brewster e 𝝰 è l'angolo di rifrazione

Se il raggio incidente è perpendicolare a quello rifratto risulta:

𝛃+90°+𝝰=180° e quindi 𝝰=90°-𝛃

Di conseguenza la legge di Snell diventa: 
n₁sen𝛃=n₂sen(90°-𝛃)

n₁sen𝛃=n₂cos𝛃 e quindi l'angolo di Brewster è dato dal rapporto tra gli indici di rifrazione:

tg 𝛃=n₂/n₁

ESPERIMENTO SULLA POLARIZZAZIONE DELLA LUCE