polarizzazióne

Lessico

sf. [sec. XIX; da polarizzare].

1) Fenomeno per cui un certo ente perde delle simmetrie di comportamento; nello studio delle onde la polarizzazione riguarda solo le onde trasversali. In particolare, in elettrologia, polarizzazione dielettrica; polarizzazione magnetica, espressione talora usata per magnetizzazione, polarizzazione di una pila.

2) Fig., attrazione completa ed esclusiva esercitata da qualche cosa o qualcuno: polarizzazione della folla; lo sport esercita una forte polarizzazione sulle masse.

3) In elettronica, polarizzazione automatica o autopolarizzazione, tensione di griglia di un tubo termoelettronico prodotta nello stesso stadio amplificatore dalla corrente del tubo attraverso una resistenza che collega il catodo a terra.

Fisica: generalità

Un'onda trasversale si definisce come la propagazione di una certa grandezza fisica che vibra perpendicolarmente alla direzione di propagazione stessa. Assumendo come asse di riferimento la direzione di propagazione, la grandezza che caratterizza l'onda si può rappresentare vettorialmente mediante un vettore variabile situato in un piano perpendicolare a tale direzione. In questo modo si può associare alla grandezza che si propaga, cioè alla perturbazione, un vettore perpendicolare al vettore velocità di propagazione dell'onda. Prendendo come sistema di riferimento una terna di assi cartesiani X, Y, Z in maniera che l'asse X coincida con la direzione di propagazione, la perturbazione può esprimersi nella forma: n=n₁i+n₂j in cui i e j sono i versori degli assi Y e Z. La relazione tra n₁ e n₂ determina l'inclinazione relativa a uno qualunque degli assi Y e Z del vettore n. Quando in tutti i punti del mezzo nel quale ha luogo il moto ondulatorio rimane costante il rapporto n₁/n₂ si dice che si ha polarizzazione rettilinea, ovvero che l'onda è polarizzata linearmente; al contrario, quando l'estremo del vettore n descrive un'ellisse, si dice che si ha polarizzazione ellittica, ovvero che l'onda è polarizzata ellitticamente. Un caso particolare di polarizzazione ellittica è quello in cui il modulo del vettore n resta costante e cioè in cui l'estremo del vettore n descrive una circonferenza in ciascun punto del mezzo in cui l'onda si propaga: si ha cioè polarizzazione circolare. Quando tra n₁ e n₂ non esiste nessuna relazione precisa o, ciò che è equivalente, tale relazione varia continuamente nel tempo e nello spazio, si dice che l'onda non è polarizzata. È importante notare che i fenomeni di polarizzazione sono caratteristici delle onde trasversali; nelle onde longitudinali, quali per esempio le onde sonore, il vettore rappresentativo della perturbazione è sempre diretto secondo la direzione di propagazione dell'onda. Il piano di vibrazione "Per la figura 1 vedi il lemma del 15° volume." "Vedi figura 1 vol. 17, pag. 325" è il piano XZ definito dalla direzione di propagazione Y e dalla direzione Z in cui avviene il fenomeno vibratorio, che è descritto da un vettore spostamento per le onde elastiche trasversali e dal vettore intensità di campo elettrico E per le onde elettromagnetiche. Il piano di polarizzazione è il piano XY perpendicolare al precedente, che lo interseca lungo la direzione di propagazione X.

Fisica: la luce

Nel caso della luce, l'osservazione di fenomeni di polarizzazione ha confermato storicamente la natura di onda trasversale del fenomeno luminoso. C. Huygens, per primo, alla fine del sec. XVII, osservò fenomeni di polarizzazione di un fascio di luce che aveva attraversato un cristallo di spato d'Islanda. Nel 1808 E. L. Malus ottenne luce polarizzata per riflessione e A. Fresnel, poco dopo, interpretò tali fenomeni nell'ambito della sua teoria ondulatoria della luce. La teoria elettromagnetica della luce di Maxwell identifica le variazioni del campo elettrico e del campo magnetico associate al campo elettromagnetico con le perturbazioni elastiche postulate da Fresnel. Le apparenti difficoltà della teoria elettromagnetica risiedono nel fatto che in essa le grandezze vibranti sono due: l'intensità del campo elettrico e l'induzione magnetica. Dato che i due campi sono legati tra loro, nella descrizione dei fenomeni di polarizzazione nell'ambito dell'elettromagnetismo si prende in considerazione la variazione di una sola di dette grandezze, generalmente l'intensità del campo elettrico. La luce proveniente da una generica sorgente luminosa si può considerare composta da onde elettromagnetiche emesse da tanti dipoli vibranti distinti quanti sono gli atomi costituenti la sorgente in questione. Con ciò si ammette che l'onda luminosa risulti dalla sovrapposizione di onde trasversali e polarizzate linearmente emesse da ciascun atomo costituente la sorgente luminosa. In ciascuna delle singole onde elementari la direzione del vettore intensità di campo elettrico è funzione della direzione del dipolo vibrante che la emette e, dato che tale direzione varia nel tempo, l'onda risultante è tale che in ciascun punto il suddetto vettore campo elettrico ha direzione totalmente casuale, mantenendosi però sempre in un piano perpendicolare alla direzione di propagazione. Nel piano YZ tutte le direzioni sono ugualmente probabili, per cui l'onda, come le onde longitudinali, ha una struttura simmetrica rispetto alla direzione di propagazione. Questo spiega come sia necessario porsi in condizioni molto particolari per osservare fenomeni di polarizzazione. Uno dei metodi più semplici che permettono di ottenere luce polarizzata linearmente si basa sui fenomeni di riflessione della luce. Quando un fascio di luce non polarizzata, cioè di luce naturale, incide con un determinato angolo, detto angolo di polarizzazione, su una superficie riflettente, tutti i componenti del campo elettrico paralleli al piano di incidenza subiscono una riflessione nulla, per cui il fascio riflesso risulta composto di onde in cui il campo elettrico è normale al piano di incidenza ed è, di conseguenza, polarizzato linearmente. L'angolo di polarizzazione è legato agli indici di rifrazione dei mezzi separati dalla superficie riflettente attraverso la legge di Brewster: in cui β è l'angolo di polarizzazione, n ed n´ gli indici di rifrazione assoluti dei due mezzi. "Per la figura 2 vedi il lemma del 15° volume." "Vedi figura 2 vol. 17, pag. 325" Si può studiare il fenomeno considerando un raggio luminoso A "Per la figura 3 vedi il lemma del 15° volume." "Vedi figura 3 vol. 17, pag. 325" riflesso dallo specchio M₁M₁; il raggio riflesso R₁R₂ a sua volta incida sullo specchio M₂M₂ e si rifletta nel raggio C. Se ora lo specchio M₂M₂ viene fatto ruotare attorno alla direzione R₁R₂ si osserva che il raggio riflesso C ha un'intensità che varia periodicamente: a ogni giro corrispondono due massimi, che si hanno quando i due piani AR₁R₂ e R₁R₂C coincidono, e due minimi che si hanno quando i due piani sono perpendicolari. In particolare, i minimi corrispondono a intensità nulla se i due angoli di incidenza sui due specchi hanno il valore brewsteriano. In tale caso, il fenomeno viene interpretato nel senso che nel raggio luminoso riflesso R₁R₂ il vettore vibrante E è diretto normalmente al piano AR₁R₂C; se l'orientazione dello specchio M₂M₂ è tale che per il raggio riflesso il vettore vibrante è ancora perpendicolare al piano AR₁R₂C è massima l'intensità del raggio C; se per tale raggio il vettore vibrante è invece perpendicolare rispetto al caso precedente, l'intensità è nulla. Vale a questo proposito la legge di Malus per cui l'intensità luminosa I varia con la legge I=I₀ cos^2α dove I₀ è l'intensità massima e α è l'angolo del piano R₁R₂N₂ con il piano per il quale il flusso è massimo. Se l'incidenza non è brewsteriana la polarizzazione è solo parziale, cioè solo una parte del fascio luminoso uscente da M₁M₁ è polarizzato, ossia il vettore intensità del campo elettrico, per il raggio riflesso R₁R₂, è sempre normale al raggio, ma con orientazione casuale rispetto al tempo e rispetto alla distanza da M₁M₁. I raggi rifratti dai due specchi sono anch'essi polarizzati totalmente o parzialmente nei due casi, ma con vettori E diretti perpendicolarmente rispetto alla direzione assunta nei raggi riflessi; si può ottenere, cioè, luce polarizzata anche per rifrazione. La diffusione della luce da parte dei dipoli molecolari messi in oscillazione dalla luce stessa dà luogo a luce diffusa linearmente polarizzata. La polarizzazione è totale nelle direzioni perpendicolari a quella della luce incidente sul dipolo. Luce parzialmente polarizzata linearmente si trova in natura in misura notevole; la luce dell'arcobaleno è polarizzata totalmente, quella riflessa da superfici lisce (vetri, laghi, mari, ecc.) è parzialmente polarizzata.

Fisica: la birifrangenza

Quando la superficie di separazione su cui incide il fascio di luce separa un mezzo da un altro che non è isotropo, si osserva il fenomeno della birifrangenza o doppia rifrazione. Il fascio incidente dà luogo a due fasci rifratti, uno detto ordinario perché soddisfacente alle ordinarie leggi della rifrazione e uno detto straordinario che non le soddisfa. I due fasci sono entrambi polarizzati linearmente in due piani perpendicolari tra loro. Di conseguenza, un cristallo anisotropo birifrangente può essere utilizzato per ottenere luce polarizzata separando i due fasci. Un dispositivo di questo tipo è costituito dal prisma di Nicol (polarizzatore). Alcune sostanze che non sono birifrangenti allo stato naturale, lo diventano se sottoposte ad azioni meccaniche: l'osservazione con luce polarizzata permette pertanto di studiare gli sforzi meccanici a cui vengono sottoposte: è questa la base della fotoelasticità. Il fenomeno della doppia rifrazione può essere sfruttato per produrre luce polarizzata ellitticamente; ciò si ottiene, per esempio, facendo incidere normalmente su una lamina birifrangente della luce polarizzata linearmente, quando la lamina ha l'asse ottico parallelo al piano di incidenza. In questo caso i raggi ordinario e straordinario, polarizzati in piani ortogonali, sono coincidenti, ma viaggiano a diversa velocità. Le due vibrazioni escono in generale sfasate di un certo angolo: componendosi danno luogo a luce ellittica che diventa circolare se lo sfasamento corrisponde esattamente a un quarto di periodo della luce usata. Una lamina di questo tipo è detta lamina quarto d'onda; in questo caso la differenza di cammino dei due raggi nella lamina corrisponde a un multiplo dispari di λ/4; nelcaso invece in cui la differenza di cammino fosse uguale a mezzo periodo e cioè a 180º si avrebbe una lamina mezz'onda.

Fisica: i compensatori

Per trasformare una radiazione monocromatica polarizzata circolarmente in luce polarizzata linearmente si usano dispositivi detti compensatori. Ne esistono di vari tipi: quello detto di Sénarmont sfrutta una lamina quarto d'onda per la luce monocromatica impiegata, una lamina cioè il cui spessore è tale da creare una differenza di fase di ±π/2 fra le vibrazioni parallele ai due assi cristallografici (perpendicolari fra di loro) della lamina. Ruotando la lamina in modo da ottenere detto parallelismo, si potrà fare in modo che le radiazioni componenti di una luce polarizzata ellitticamente entrante, già sfasate fra di loro di +π/2, si sfasino di -π/2 all'interno della lamina e quindi all'uscita siano in fase e cioè polarizzate rettilinearmente. Altri compensatori trasformano invece luce monocromatica polarizzata ellitticamente in luce polarizzata circolarmente; fra questi vi sono i cunei ottici costituiti da cristalli di quarzo a cuneo con indice di rifrazione dipendente dalla direzione, ossia maggiore nella direzione dell'asse del cuneo e minore in direzione trasversale. Un altro tipo di compensatore è quello di Bravais costituito da due prismi identici equivalenti a una lamina di spessore variabile, a facce piane parallele. Analizzatori di luce polarizzata ellitticamente sono infine le bilamine, costituite da un insieme di due lamine di materiale ottico a facce parallele, accostate una all'altra dopo essere state ruotate l'una rispetto all'altra di un certo angolo. Per esempio, la bilamina di Bravais-Perucca è costituita da due sottili lamine di mica ottenute da una lamina unica e riavvicinate dopo essere state ruotate di 90º.

Fisica: la polarizzazione rotatoria

Polarizzazione rotatoria è un'espressione usata impropriamente per indicare il potere rotatorio di una sostanza, cioè la proprietà di quella sostanza di far ruotare di un certo angolo il piano di polarizzazione di un fascio di luce polarizzato rettilinearmente. Per determinare il potere rotatorio di una sostanza si possono usare i cosiddetti biquarzi, costituiti da due lamine di quarzo sovrapposte di cui una levogira e una destrogira.

J. A. Stratton, Teoria dell'elettromagnetismo, Torino, 1952; E. Perucca, Fisica generale e sperimentale, Torino, 1960; M. Born, E. Wolf, Principles of Optics, New York, 1964; W. A. Shurchliff, S. S. Ballard, Polarized Light, Princeton, 1964; P. Fleury, J. P. Mathieu, La luce, Bologna, 1968; R. Feynman, R. Leighton, M. Sands, La fisica di Feynman, Malta, 1969; J. R. Reitz, J. Milford, Elettromagnetismo, Milano, 1971; F. A. Jenkin, H. E. White, Ottica, Milano, 1972; A. Bettini, Elettromagnetismo, Bologna, 1991.