Polarizzazione

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From the course by Politecnico di Milano

Introduzione alla fisica sperimentale: elettromagnetismo, ottica, fisica moderna

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Politecnico di Milano

Introduzione alla fisica sperimentale: elettromagnetismo, ottica, fisica moderna

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Il corso affronta le tematiche dell'elettromagnetismo e dell'ottica, fornendo le nozioni che risultano utili per affrontare insegnamenti di fisica di base, a partire dalla comprensione del metodo sperimentale per poi mostrare le grandezze fondamentali e loro relazioni in tali ambiti, imparando a identificarle, distinguerle e utilizzarle. Gli argomenti affrontati relativamente all'elettromagnetismo sono, divisi per settimane: · campo elettrico, conduttori, condensatori e materiali dielettrici · corrente elettrica, campo magnetico e materiali magnetici mentre per l'ottica si ha · onde elettromagnetiche, ottica geometrica e ottica ondulatoria con un'ultima settimana di accenno alla fisica moderna. All’interno di ogni settimana si trovano video relativi a lezioni, esercizi ed approfondimenti su alcuni argomenti, nonché quiz a risposta chiusa allo scopo di fornire allo studente l’opportunità di un primo feedback di auto-valutazione. Ognuna delle tematiche si chiude poi con un quiz riepilogativo per verificare l’acquisizione delle nozioni presentate.

From the lesson

Ottica

Quando i campi elettrico o magnetico non sono più statici, le interazioni che nascono sono variabili nel tempo e portano alla nascita delle onde elettromagnetiche, o radiazione. Non ha quindi più senso parlare separatamente di campo elettrico e magnetico, ma piuttosto di un campo elettromagnetico. L’ottica è la disciplina che studia la propagazione della radiazione (non solo quella visibile) e il suo comportamento nell’interazione con la materia: tale comportamento dipende dalla relazione tra la lunghezza d’onda della radiazione e la dimensione caratteristica degli ostacoli incontrati, e si può suddividere in ottica geometrica o ottica ondulatoria.

Interferenza6:04

Diffrazione7:17

Polarizzazione8:20

Trattamento antiriflesso (exe)7:37

Interferenza da due sorgenti (exe)7:53

Interferenza ed effetto Moiré (exe)7:15

Diffrazione da apertura circolare (exe)7:56

Meet the Instructors

Maurizio Zani
Assistant Professor
Physics Department

Consideriamo l’onda elettromagnetica associata alla luce.

Quello che succede, come possiamovedere in questo schema, è che il campo elettrico, e il campo magnetico, dell’onda, possono oscillare nello spazio

in una qualunque direzione, purché entrambi si mantengano perpendicolari a se stessi e perpendicolari alla direzione di propagazione.

Un’onda elettromagnetica si dice polarizzata se la direzione di oscillazione del campo elettrico è definita nello spazio.

Di conseguenza, anche la direzione di oscillazione del campo magnetico sarà fissata nello spazio, in quanto deve essere sempre perpendicolare a quella del campo elettrico.

Allora possiamo dire che, in una configurazione come quella che abbiamo rappresentato qui,

il campo elettrico oscilla sempre nella stessa direzione e, in particolare, possiamo dire che quest’onda è polarizzata linearmente.

L’onda può avere polarizzazione lineare verticale, ad esempio, se la direzione di oscillazione del campo elettrico è verticale,

oppure orizzontale, se la direzione di oscillazione del campo elettrico è orizzontale.

Ci possono essere altre configurazioni di polarizzazione, ad esempio la polarizzazione circolare,

in cui la direzione di oscillazione del campo elettrico ruota attorno alla direzione di propagazione, formando, con la punta della freccia, una circonferenza.

Il piano formato dalla direzione del campo elettrico e dalla direzione di propagazione è il piano di polarizzazione e qualunque onda polarizzata

si può ottenere come sovrapposizione di un’onda polarizzata linearmente in direzione verticale e un’onda polarizzata linearmente in direzione orizzontale.

Come possiamo ottenere luce polarizzata? Un primo modo è quello di far attraversare, alla luce, un mezzo particolare, cioè la polarizzazione per trasmissione.

E che tipo di mezzo può essere? Un filtro polarizzatore, ovvero un oggetto costituito da un materiale, di molecole allungate,

che, nella fase di costruzione, sono state piazzate sul filtro, tutte lungo una certa direzione.

A questo punto, la luce che attraversa il filtro viene assorbita preferenzialmente nella direzione in cui sono allungate le molecole

e quindi la luce trasmessa è polarizzata nella direzione perpendicolare. Cosa succede, quindi, se metto insieme l’effetto di due filtri polarizzatori?

La luce, passando attraverso il primo, viene polarizzata linearmente in una certa direzione.

Adesso, ne prendo un altro, lo associo a questo, e la luce, passando attraverso il secondo, verrà trasmessa a seconda della sua direzione di polarizzazione.

Dunque, cambiando la direzione di polarizzazione, ovvero l’angolo tra i due filtri polarizzatori, posso passare da una condizione di illuminazione

a una condizione di buio totale, nel quale la luce non attraversa i filtri. Vediamo nel dettaglio come funziona.

Se questa è la direzione di polarizzazione del filtro polarizzatore, e abbiamo il campo elettrico dell’onda incidente polarizzata linearmente, con un certo angolo,

rispetto alla direzione di polarizzazione del filtro, soltanto la componente del campo elettrico, proiettata nella direzione del filtro polarizzatore, verrà trasmessa.

Questa componente, quindi, è pari alla componente iniziale moltiplicata per il coseno dell’angolo compreso tra le due direzioni.

Da questo deduciamo che l’intensità, trasmessa dal filtro polarizzatore, sarà l’intensità iniziale moltiplicata per il coseno al quadrato dell’angolo tra il campo elettrico

e la direzione di polarizzazione, perché l’intensità dell’onda è proporzionale al campo elettrico al quadrato.

Questa Legge è nota con il nome di Legge di Malus e la mettiamo nel nostro Formulario.

La Legge dice che l’intensità, trasmessa da un polarizzatore, in caso di polarizzazione incidente lineare, è l’intensità incidente

per il coseno al quadrato dell’angolo compreso tra la direzione di polarizzazione dell’onda incidente e la direzione di polarizzazione del polarizzatore.

Un altro modo in cui si può polarizzare la luce è attraverso il fenomeno della riflessione.

In questo caso quello che succede è che se la luce viene riflessa da una superficie metallica, la superficie non distingue le varie direzioni di polarizzazione

e riflette l’onda con la proprietà di polarizzazione dell’onda incidente. Ma se la superficie, invece, non è metallica, come per esempio uno specchio d’acqua,

allora questa superficie riflette maggiormente la parte della radiazione incidente che è polarizzata parallelamente al piano della superficie.

Questo fenomeno è all’origine di quel baluginio che vediamo, spesso, quando la luce si riflette, per esempio, su una superficie d’acqua oppure sull’asfalto.

Infatti, si utilizzano occhiali da sole con lenti polarizzate proprio per eliminare questi riflessi.

Un terzo modo per polarizzare la luce è attraverso il fenomeno della rifrazione. Esistono dei particolari materiali, detti bi – rifrangenti,

in cui la luce, che attraversa questi materiali, viene trasmessa lungo direzioni diverse a seconda della direzione di polarizzazione.

In questo modo, quindi, la luce viene, naturalmente, separata nelle sue componenti a diversa polarizzazione.

Un esempio di materiale che presenta questo comportamento è la calcite.

Un altro fenomeno, nel quale si può avere una polarizzazione della luce, è quello della diffusione.

In questo caso, la luce che attraversa un mezzo torbido, ne fuoriesce parzialmente polarizzata. Questo fenomeno è ben noto agli appassionati di fotografia.

Infatti, se vogliamo fare una fotografia di un panorama con un cielo, delle nuvole, possiamo utilizzare un filtro polarizzatore

per diminuire l’intensità luminosa del cielo e aumentare il contrasto della fotografia, rendendo le nuvole e gli altri elementi del paesaggio molto più visibili.

Ci sono molte e interessanti applicazioni della polarizzazione alla vita quotidiana. Un esempio, sotto gli occhi di tutti, è quello del cinema tridimensionale.

In un cinema tridimensionale, noi assistiamo alla proiezione della stessa scena che viene ripresa da due telecamere,

ad un angolo leggermente diverso, e viene poi proiettata, da destra e da sinistra degli spettatori, con due polarizzazioni diverse.

Noi indossiamo degli occhiali con lenti polarizzate, le cui lenti hanno direzione di polarizzazione ortogonale tra di loro.

Il risultato finale di questo insieme è che noi vediamo, con l’occhio destro, solamente la scena proiettata dal proiettore sinistro

e, con l’occhio sinistro, la scena proiettata dal proiettore destro e questo ci dà la percezione della profondità.

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