4.5: Polarización
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Tutorial 4.5: Polarización
En la última simulación se definió una onda polarizada como una onda electromagnética que tiene su campo eléctrico confinado al cambio en una sola dirección. En esta simulación investigaremos más a fondo las ondas polarizadas. En la simulación la pequeña gráfica en la parte superior derecha (que se puede expandir con la casilla de verificación Phasor) muestra los componentes del campo eléctrico para una onda plana que viaja recto hacia usted en la\(+y\) dirección y el campo resultante,\(E(y,t)=E_{\text{max}}\sin (ky-\omega t)\), en azul. Las otras dos gráficas representan los\(E_{z}\) componentes\(E_{x}\) y del campo eléctrico. La magnitud de\(E_{x}\) se fija en\(6.0\text{ N/C}\). No se muestra el componente magnético, siempre perpendicular al componente eléctrico. En todos los casos los componentes son sinusoidales (se muestra el componente de tiempo del campo\(\omega =1\) y una ubicación fija de\(y=0\)).
Polarización
Preguntas:
Ejercicio\(\PageIndex{1}\)
Juega la simulación. Describe lo que ves. El gráfico de la derecha, que se puede agrandar con la casilla de verificación fasor, es lo que sucedía en caja roja en el caso inicial de la simulación anterior; un campo eléctrico que oscila en la\(x\) dirección -dirección. ¿Cuál es el campo máximo en el presente caso? ¿Es esta una onda polarizada?
El vector Poynting es el producto cruzado vectorial de los vectores de campo eléctrico y magnético:\(\mathbf{S}=\mathbf{E}\times\mathbf{B}/ \mu_{0}\) donde\(\mu_{0}\) es una constante llamada permeabilidad (recuerde de la simulación tres que la velocidad de una onda electromagnética viene dada por\(c=(1/ \mu_{0}\varepsilon_{0})^{1/2}\) donde\(\mu_{0}\) está la permeabilidad y\(\varepsilon_{0}\) es la permitividad. La magnitud del vector da la intensidad de una onda electromagnética adentro\(\text{W/m}^{2}\) y el vector apunta en la dirección en la que la onda está viajando. Dado que la amplitud del campo magnético es proporcional a la amplitud del campo eléctrico, el vector Poynting (la intensidad) es proporcional a la amplitud del campo eléctrico al cuadrado.
Ejercicio\(\PageIndex{2}\)
Si el vector Poynting apunta fuera de la pantalla hacia ti, ¿qué dirección apunta el campo magnético que corresponde al vector de campo eléctrico mostrado inicialmente en la simulación?
Ejercicio\(\PageIndex{3}\)
El\(x\) -componente del campo eléctrico se fija en\(6\text{ N/C}\). Utilice el control deslizante para elegir un valor de\(6\text{ N/C}\) para el valor para el\(z\) -componente del campo eléctrico y jugar la simulación. Describe lo que ves. ¿En qué se parece este caso al de la pregunta 4.2.7? ¿Es esta una onda polarizada?
Ejercicio\(\PageIndex{4}\)
Pruebe algunos otros valores para\(E_{z}\). Describir el caso para\(E_{x}=6\text{ N/C}\) y\(E_{z}=4\text{ N/C}\). ¿De qué manera apunta el vector de campo eléctrico? Todas estas son ondas polarizadas con diferentes orientaciones.
La fase,\(\varphi\), determina la fase entre\(E_{x}\) y\(E_{z}\). Para la fase cero los dos componentes vectoriales comienzan en cero al mismo tiempo y aumentan juntos, en fase.
Ejercicio\(\PageIndex{5}\)
Para\(E_{z}=6\text{ N/C}\) elegir una diferencia de fase de\(1\:\pi\) radianes (use el control deslizante para establecer la fase en\(1.0\)). ¿Qué observas?
Ejercicio\(\PageIndex{6}\)
Restablecer la simulación, usar\(E_{z}=6\text{ N/C}\) y probar\(0.5\:\pi\) radianes. A este caso se le llama luz polarizada circularmente. Tenga en cuenta que los\(y\) componentes\(x\) - y -siguen siendo ondas sinusoidales pero el vector eléctrico total (flecha azul) tiene una magnitud fija. Describe lo que ves.
Si el ángulo de fase no\(\varphi\) es un número entero o la mitad de un número entero veces π, la luz se polariza elípticamente.
Ejercicio\(\PageIndex{7}\)
Pruebe otros valores para la fase con las amplitudes máximas iguales. Describe lo que ves. ¿Qué se puede concluir sobre números enteros de\(\pi\) radianes para una diferencia de fase? ¿Y la mitad de los números enteros? ¿Qué pasa con los valores intermedios?
Ejercicio\(\PageIndex{8}\)
En sus propias palabras, describa cómo se ve una onda electromagnética polarizada elípticamente a medida que prueba a través del espacio. (Recuerde que la ola está viajando en la dirección y que está fuera de la pantalla hacia usted en este caso).
Las ondas polarizadas circular y elípticamente pueden polarizarse circularmente a la derecha o polarizarse circularmente a la izquierda dependiendo del signo del ángulo de fase.
Ejercicio\(\PageIndex{9}\)
Pruebe algunos valores negativos para la fase. ¿Cuál es la diferencia entre valores negativos y positivos de fase? ¿En qué caso la polarización gira en el sentido de las agujas del reloj como la onda probeta hacia adelante?
Ejercicio\(\PageIndex{10}\)
Explicar la diferencia entre polarización circular izquierda y derecha.