El Fascinante Mundo del Electromagnetismo: Ondas, Luz y Percepción Visual
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La proeza máxima de James Clerk Maxwell fue demostrar que un haz de luz es una onda viajera de campos eléctrico y magnético: una onda electromagnética.
La óptica, estudio de la luz visible, es una rama fundamental del electromagnetismo.
En la época de Maxwell se conocía la luz visible, la radiación infrarroja y ultravioleta. Heinrich Hertz había descubierto ya las ondas de radio y había comprobado experimentalmente que tenían la misma velocidad que la luz visible.
La Percepción Visual Humana
Los conos son sensibles al color, mientras que los bastones perciben tonos de gris.
Por cada diez conos, seis son sensibles al verde, tres al rojo y uno al azul.
La 'mezcla' de color ocurre en el nervio óptico.
Aproximadamente, un ojo humano cuenta con seis millones de conos; en cambio, hay unos 125 millones de bastones.
Los bastones generan claridad sin color y actúan en grupo; se activan cuando hay poca luz.
El sistema visual humano es más sensible al color verde.
400-650 conos 650-700 bastones.
Leyes Fundamentales del Electromagnetismo
Ley de Gauss para la Electricidad
Relaciona el flujo eléctrico neto y la carga eléctrica neta encerrada.
Ley de Gauss para el Magnetismo
Relaciona el flujo magnético neto con la carga magnética neta encerrada.
Ley de Faraday
Relaciona el campo eléctrico inducido con el flujo magnético cambiante.
Ley de Ampere-Maxwell
Relaciona el campo magnético inducido con el flujo eléctrico cambiante y con la corriente.
La Ley de Lenz
La regla para determinar la dirección de la corriente fue propuesta en 1834 por Heinrich F. Lenz (1804-1805), y se conoce como la Ley de Lenz.
En un circuito conductor cerrado, la corriente inducida aparece en una dirección tal que se opone al cambio que la produce.
Características de la Onda Electromagnética Viajera
Los campos E y B son siempre perpendiculares a la dirección de avance de la onda; por lo tanto, la onda es transversal.
Además, E y B son perpendiculares entre sí.
El producto vectorial (E x B) siempre indica la dirección de avance de la onda.
Los campos siempre varían senoidalmente, al igual que las ondas transversales estudiadas previamente. Tienen la misma frecuencia y están en fase (sincronismo) entre sí.
Transporte de Energía y el Vector de Poynting
Este vector recibe su nombre en honor a John Henry Poynting (1852-1914).
La magnitud de S está relacionada con la rapidez a la cual una onda transporta energía por unidad de área en cualquier instante.
Polarización de la Luz
En Inglaterra, las antenas VHF (muy alta frecuencia) están orientadas verticalmente, pero en EE. UU. lo están de manera horizontal.
Esto se debe a la diferencia en la oscilación de las ondas electromagnéticas producidas: en EE. UU. están polarizadas verticalmente y en Inglaterra, horizontalmente.
Las ondas emitidas por una estación de televisión tienen la misma polarización, pero la luz de una bombilla eléctrica o la del sol está polarizada aleatoriamente o no está polarizada.
Podemos transformar la luz visible no polarizada en luz polarizada si la hacemos pasar por una hoja polarizante (polaroids o filtros polaroid, inventados en 1932).
Una hoja polarizante está hecha de ciertas moléculas largas incrustadas en plástico; se estira en su proceso para alinearlas. Cuando la luz pasa, las componentes del campo eléctrico (E) a lo largo de una dirección pasan por la hoja, mientras que las otras componentes son absorbidas por las moléculas.
Intensidad de la Luz Polarizada Transmitida
La componente del campo eléctrico (E) de la luz polarizada que se aproxima a una hoja polarizante puede descomponerse en los elementos Ey y Ez. La componente Ez será absorbida.