El polarímetro es un instrumento mediante el cual podemos determinar el valor de la desviación de la luz polarizada por un estereoisómero óptimamente activo(enantiómero) A partir de un rayo de luz, a través de un filtro polarizador obtenemos un rayo de luz polarizada plana, que al pasar por un porta muestras que contiene un enantiómero en disolución, se desvía. Según la orientación relativa entre los ejes de los dos filtros polarizantes, la luz polarizada pasará por el segundo filtro o no.

Su uso práctico permite estudiar los materiales sólidos utilizando las birrefringencias locales creadas por las deformaciones de los materiales, fenómeno que se conoce con el nombre de fotoelasticidad.

El polarímetro se utiliza en la industria azucarera para determinar la concentración en azúcar de los jugos azucarados. El polarímetro recibe, en este caso, el nombre de sacarímetro, y la escala de lectura en el analizador, graduado a menudo en grados sacarimétricos, permite seguir por medidas directas las variaciones de la concentración. Un grado sacarimétrico corresponde a una concentración de 1 gramo de sacarosa por cada 100 gramos de disolución.

Tipos de polarímetro

• Polarímetro manual modelo 404
• Polarímetro automático digital modelo 412
• Polarímetro automático digital modelo 418
• Polarímetro automático digital modelo 418 (sacarímetro)
• Polarímetro automático digital modelo 430

Aplicaciones de la polarimetría

• se aplica las medidas con polarímetros para aditivos alimenticios, esencias y perfumes.

Polarización

La Polarización es el proceso por el cual en un conjunto originariamente indiferenciado se establecen características o rasgos distintivos que determinan la aparición en él de dos o más zonas mutuamente excluyentes llamadas polos. Existen diferentes tipos de polarización, entre ellas tenemos:

-Polarización de una onda: Propiedad de las ondas transversales: La vibración es perpendicular a la dirección de propagación. Se define la dirección de polarización como la dirección de vibración del campo eléctrico E

-Polarización lineal: La vibración se mantiene fija respecto a una línea fija en el espacio

-Polarización elíptica o circular: El vector campo eléctrico va cambiando en el tiempo describiendo elipses o circunferencias

-Polarización por absorción: Un polarizador ideal deja pasar el 100% de la luz incidente en dirección de su eje de transmisión y bloquea toda la luz que incide vibrando en la dirección perpendicular

-Angulo de Brewester: Para este ángulo la luz reflejada está totalmente polarizada en dirección perpendicular al plano de incidencia. No hay reflexión si se incide con luz polarizada en el plano de incidencia

-Polarización por dispersión: Las moléculas de aire son centros de dispersión para la luz solar. à La molécula absorbente actúa como una antena dipolarà emite luz polarizada en su plano de vibración. La luz que atraviesa la molécula es no polarizada. El observador situado al medio día o al atardecer ve luz no polarizada mientras el situado más allá del medio día la observa parcialmente polarizada.

Luz polarizada:

La luz polarizada está formada por fotones individuales cuyos vectores de campo eléctrico están todos alineados en la misma dirección. La luz normal es no polarizada, porque los fotones se emiten de forma aleatoria.
Cuando la luz atraviesa un filtro polarizador, el campo eléctrico interactúa más intensamente con las moléculas orientadas en una determinada dirección.
Un filtro horizontal absorbe los fotones con vector eléctrico vertical. Un segundo filtro girado 90° respecto al primero absorbe el resto de los fotones; si el ángulo es diferente sólo se absorbe una parte de la luz.

Obtención de luz polarizada: aquí tenemos diferentes tipos de cómo obtener la luz polarizada:

-Polarización por absorción selectiva: Algunos materiales absorben selectivamente una de las componentes transversales del campo eléctrico de una onda. Esta propiedad se denomina dicroísmo. La luz experimenta una absorción en ciertos estados de polarización. El término dicroísmo proviene de las observaciones realizadas en épocas muy tempranas de la teoría óptica sobre ciertos cristales, tales como la turmalina. En estos cristales, el efecto del dicroísmo varía en gran medida con la longitud de onda de la luz, haciendo que aparezcan diferentes colores asociados a la visión de diferentes colores con diferentes planos de polarización. Este efecto es también denominado pleocroísmo, y la técnica se emplea en mineralogía para identificar los diferentes minerales. En algunos materiales, tales como la herapatita (sulfato de iodo quinina) o las capas Polaroid, el efecto no es tan fuertemente dependiente de la longitud de onda, y ésta es la razón por la que el término dicroico se emplea muy poco.

-Polarización por reflexión: Al reflejarse un haz de luz no polarizada sobre una superficie, la luz reflejada sufre una polarización parcial de forma que la componente del campo eléctrico perpendicular al plano de incidencia (plano que contiene la dirección del rayo de incidencia y el vector normal a la superficie de incidencia) tiene mayor amplitud que la componente contenida en el plano de incidencia.

Cuando la luz incide sobre una superficie no absorbente con un determinado ángulo, la componente del campo eléctrico paralela al plano de incidencia no es reflejada. Este ángulo, conocido como ángulo de Brewster, en honor del físico británico David Brewster, se alcanza cuando el rayo reflejado es perpendicular al rayo refractado. La tangente del ángulo de Brewster es igual a la relación entre los índices de refracción del segundo y el primer medio.

-Polarización por birrefringencia: La birrefringenciao doble refracciónes una propiedad de ciertos cuerpos, como el espato de Islandia, de desdoblar un rayo de luz incidente en dos rayos linealmente polarizados de manera perpendicular entre sí como si el material tuviera dos índices de refracción distintos.

La primera de las dos direcciones sigue las leyes normales de la refracción y se llama rayo ordinario; la otra tiene una velocidad y un índice de refracción variables y se llama rayo extraordinario. Este fenómeno sólo puede ocurrir si la estructura del material es anisótropa. Si el material tiene un solo eje de anisotropía, (es decir es uniaxial), la birrefringencia puede formalizarse asignando dos índices de refracción diferentes al material para las distintas polarizaciones.

La birrefringencia está cuantificada por la relación:

donde n_oy n_eson los índices de refracción para las polarizaciones perpendicular (rayo ordinario) y paralela al eje de anisotropía (rayo extraordinario), respectivamente.

La birrefringencia puede también aparecer en materiales magnéticos, pero variaciones sustanciales en la permeabilidad magnética de materiales son raras a las frecuencias ópticas. El papel de celofán es un material birrefringente común.

Efectos de la polarización en la vida diaria:

Para mucha gente, hablar de luz polarizada es referirse a algo extraño, muy técnico y alejado de nuestra realidad cotidiana, porque nuestro ojo no distingue si la luz está polarizada. Para poder detectarla necesitamos un filtro polarizador, que en función de su orientación la deja  pasar o no. Sin embargo, la luz polarizada y los polarizadores están más cerca de nosotros de lo que inicialmente podríamos sospechar.

Por ejemplo, podemos comenzar por las pantallas planas de televisión. Todas las pantallas LCD o de cristal líquido llevan en su interior un filtro polarizador, de forma que siempre emiten luz polarizada, tal como se mostraba en el artículo que publicamos en el número anterior. Pero no sólo las pantallas de televisión, también las del teléfono móvil, calculadoras, relojes, juegos de vídeo, ordenadores, PDA, etc.

Incluso, pueden encontrarse filtros polarizadores incorporados a los parabrisas de algunos automóviles de alta gama, de forma que protegen al conductor de reflejos indeseados que pudieran molestarle o distraerle en su conducción

Cuando la luz del Sol se refleja en distintos objetos (por ejemplo, un metal, las olas del mar o la nieve de la montaña) se emite, en este caso refleja, luz polarizada. Por ello, en fotografía se utilizan filtros polarizadores que se ponen delante del objetivo y ayudan a eliminar reflejos que podrían estropear la foto o resaltan determinado colores y objetos. esto hace que también se utilicen los filtros en algunos tipos de gafas de sol (gafas de la gama polaroid), especialmente para practicar deportes de alta montaña o marinos.

La luz reflejada sobre materiales brillantes transparentes es parcial o totalmente polarizada, excepto cuando la luz incide en dirección normal (perpendicular) a la superficie reflectante. Un filtro polarizador, como el de unas gafas de sol polarizada, puede utilizarse para observar este fenómeno haciendo girar el filtro y mirando a través de él. Para determinados ángulos, se atenuará la luz o será totalmente bloqueada. Los filtros polarizadores bloquean el paso de luz polarizada a 90º respecto al plano polarizador del filtro. Si dos filtros polarizadores (polarizadory analizador) se colocan uno en frente del otro de forma que ambos sean atravesados por un haz de luz que no estaba polarizado previamente, la intensidad luminosa del haz que sale del segundo filtro será proporcional al coseno del ángulo que forman los planos polarizadores de ambos filtros entre sí. Si ese ángulo es de 90º, el paso de la luz es bloqueado.

La polarización por dispersión puede observarse cuando la luz pasa por la atmósfera de la Tierra. La dispersión de la luz produce el resplandor y el color cuando el cielo está despejado. Esta polarización parcial de la luz dispersada puede ser usada para oscurecer el cielo en fotografías, aumentando el contraste. Este efecto es fácil de observar durante la puesta de sol, cuando el horizonte forma un ángulo de 90° respecto a la dirección del observador hacia el sol. Otro efecto fácilmente observado es la reducción drástica del resplandor de las imágenes del cielo reflejadas sobre superficies horizontales, que es la razón principal por la que a menudo se usan filtros polarizadores en gafas de sol. También puede verse con frecuencia que un filtro polarizador muestre algunos arcoíris a causa de la dependencia del color de los efectos de la birrefringencia, por ejemplo en las ventanas de cristal laminado de los automóviles o en artículos hechos de plástico transparente. El papel desempeñado por la polarización en una pantalla LCD puede verse con unas gafas de cristal polarizado, pudiendo reducir el contraste incluso hasta a hacer la visión de la pantalla ilegible.

Otro ejemplo típico son algunas películas de 3 dimensiones (3-D). Por ejemplo, el sistema IMAX. Hay varios sistemas para proyectar imagen 3-D, pero uno de ellos está basado en el uso de la luz polarizada. El sistema básicamente radica en proyectar dos imágenes simultáneas ligeramente desfasadas y con un ángulo de polarización de 90 º de una con respecto a otra . Si con cada ojo conseguimos percibir una sola de las imágenes se consigue el efecto estereoscópico y cuando las mezcla nuestro cerebro  tenemos la sensación de las tres dimensiones. Si vemos la pantalla normalmente, tan sólo percibiremos una película que se ve mal, borrosa. Cada ojo percibe las dos imágenes. Ahora bien, si contemplamos la pantalla con las gafas especiales que nos dan a la entrada tendremos un estupendo efecto 3-D. Lo que ocurre es que las gafas están formadas por dos filtros polarizadores, uno para cada ojo y con el plano de polarización girado también 90º, uno con respecto al otro. Así de las dos imágenes que se proyectan, el filtro izquierdo dejara pasar la primera, pero no la segunda. Al revés, el filtro derecho dejará pasar la segunda, pero no la primera. El resultado será que veremos una imagen con el ojo izquierdo y la otra con el derecho.

Por último, la luz polarizada hace mucho tiempo que se utiliza en el trabajo científico. Por ejemplo, en microscopía para resaltar algunos orgánulos celulares o el estudio de los minerales y distinguir mejor sus características: también en el estudio de tensiones en materiales plásticos transparentes.

Sustancias ópticamente activas:

Una sustancia ópticamente activa es aquella que es capaz de hacer girar el plano de vibración de la luz polarizada cuando dicha luz la atraviesa (Luz polarizada).

La actividad óptica se mide en un laboratorio utilizando un aparato denominado polarímetro. Este aparato permite medir con precisión el ángulo de rotación, pero es necesario utilizar una fuente de luz adecuada, en este caso una lámpara de sodio. Este procedimiento no está al alcance de todos.

Sustancias ópticamente activas son isómeros espaciales o estéreo isómeros que tienen la propiedad de producir una rotación del plano de polarización al incidir sobre la sustancia un haz de luz polarizada.

Para que una sustancia posea actividad óptica su estructura debe carecer de algún elemento de simetría, los cuales pueden evidenciarse al no coincidir por superposición su estructura molecular con su imagen especular correspondiente.

Los elementos de simetría que puede presentar una estructura son: Plano de simetría, centro de inversión, eje de simetría por rotación y eje de simetría por rotación-reflexión.

Dos aspectos muy importantes de considerar son:

1.Plano de simetría, que es aquel plano imaginario que divide a la estructura de una molécula en dos partes tales, que cualquier punto, átomo o grupo de átomos situados en un lado del plano corresponda a la imagen especular de otro punto, átomo o grupo de átomos situado al otro lado del plano.

2. Centro de inversión, que es todo aquel punto imaginario que posee la estructura de una molécula, por el cual pasan rectas que unen los puntos, átomos o grupos de átomos iguales situados en lados opuestos ya igual distancia de dicho punto.

La carencia de alguno de estos dos factores definidos producirá disimetría a la molécula y en consecuencia actividad óptica.

Sustancias levógiras y dextrógiras:

-Levógiras:Dícese de lo que gira en el sentido contrario a las agujas del reloj en contraposición al sentido dextrógiro. se denomina así a la sustancia que tiene la propiedad de hacer girar el plano de la luz polarizada hacia la izquierda, en contraposición a las sustancias dextrógiras (sinónimo de zurdo)

-Dextrógiro: Dícese de lo que gira en el mismo sentido que las agujas del reloj en contraposición al sentido levógiro. se denomina así a la sustancia que tiene la propiedad de hacer girar el plano de la luz polarizada hacia la derecha, en contraposición a las sustancias levógiras (sinónimo de diestro)

Las sustancias que poseen esta propiedad se dice que son ópticamente que tienen poder rotatorio. Cuando el giro visto por el observador tiene lugar en el sentido de las agujas del reloj, se dice que la sustancia es dextrógira, D- o (+), y en caso contrario levógira, L- o (-).

La actividad óptica está relacionada con la estructura cristalina; así, hay dos formas cristalinas del cuarzo, una es imagen especular de la otra y una es dextrógira y la otra levógira.

En los líquidos, la actividad óptica se relaciona con la disposición espacial de los átomos dentro de la molécula. Son ópticamente activos los átomos asimétricos del carbono, estaño, azufre o nitrógeno, es decir, átomos que forman parte de una molécula de manera que al hallar su imagen especular respecto a un plano resulta otra molécula no superponible con la primera.

Las sustancias ópticamente activas se modifican la inclinación de ondas luminosas. Según el modelo de dispositivo, si el segundo filtro es girado (manual o automáticamente) hasta que nuevamente deje de llegar luz al detector. De esta típica técnica surgen los términos “rotación óptica”, “ángulo de rotación” así como las expresiones dextrógiras y levógiras, ya de uso generalizado.

Los últimos dos términos describen el comportamiento de ondas, cuando estas atraviesan una sustancias con una actividad óptica. En función de la estructura molecular de la sustancia, la onda será influenciada en su ángulo de inclinación hacia derecha o izquierda.

Para medir este cambio debe girarse el filtro en el sentido contrario a las agujas del reloj (en el caso de las sustancias levógiras) o bien, en el sentido de las agujas del reloj (para las sustancias dextrógiras)

Las ondas electromagnéticas se clasifican según su frecuencia como puede verse en el siguiente diagrama:

Lineal Circular

Elíptica

Polarímetro:

Los componentes básicos del polarímetro son:

• Una fuente de radiación monocromática
• Un prisma que actúa de polarizador de la radiación utilizada
• Un tubo para la muestra
• Un prisma analizador
• Un detector (que puede ser el ojo
  o un detector fotoeléctrico)

Dos fotografías de paisaje tomadas con filtro polarizador (abajo) y sin filtro (arriba). Puede verse como cambian los colores y matices. Se resaltan los colores y se aprecian mejor algunos detalles, pero empeoran otros

Birrefringencia en un cristal de calcita.

Ángulo de Brewster(θ_B).

En la imagen pueden verse dos pares de gafas polarizadas de las utilizadas en los cines en los que se proyectan películas 3-D

Puede verse como los dos cristales de cada una de las gafas están polarizados perpendicularmente. Ante una fuente de luz normal (no polarizada), si se superponen los dos pares de gafas, vemos que deja pasar la luz que proviene de uno de los filtros, pero no la del otro. Deja pasar la del filtro que tiene su misma orientación (polarización paralela), pero no deja pasar la del filtro que tiene una polarización perpendicular (polarización cruzada.

Visión con luz polarizada y filtro polarizador de un par de gafas con lentes de material orgánico. Puede observarse como no son exactamente iguales.

Efecto de un cristal templado sobre la luz polarizada analizado con un filtro polarizador.

Conclusión

El trabajo se realizo con la finalidad de dar a conocer las distintas formas en las cuales interactuamos a diario con la luz y polarizada. La luz es una radiación que se propaga en forma de ondas. Las ondas que se pueden propagar en el vacio se llaman; ondas electro magnéticas. La luz es una radiación electromagnética

La velocidad de la luz en el vacío no puede ser superada por la de ningún otro movimiento existente en la naturaleza. En cualquier otro medio, la velocidad de la luz es inferior.

La energía transportada por las ondas es proporcional a su frecuencia, de modo que cuanto mayor es la frecuencia de la onda, mayor es su energía.

La luz polarizada está formada por fotones individuales cuyos vectores de campo eléctrico están todos alineados en la misma dirección. La luz normal es no polarizada, porque los fotones se emiten de forma aleatoria, mientras que la luz láser es polarizada porque los fotones se emiten coherentemente. Cuando la luz atraviesa un filtro polarizador, el campo eléctrico interactúa más intensamente con las moléculas orientadas en una determinada dirección. Esto hace que el haz incidente se divida en dos haces con vectores eléctricos perpendiculares entre sí

Instrumento que se utiliza para medir la rotación de la luz polarizada causada por los isómeros ópticos.

Polarímetro, aparato que sirve para medir el giro del plano de polarización de la luz provocado por una sustancia ópticamente activa

Un polarímetro sencillo consta de una fuente de luz, un polarizador, un analizador y las lentes y diafragmas necesarios para regular el haz de luz. La sustancia que se quiere estudiar se coloca entre el polarizador y el analizador, y si se trata de un líquido se introduce en un tubo de longitud conocida.

• Algunas sustancias son capaces de rotar el plano de polarización de la luz incidente ( dextrógiras y levógiras)
• Pueden presentar actividad óptica sólo en estado sólido: cuarzo, benzil..
• En todos los estados: azúcar, alcanfor, ácido tartárico..
• Puede depender de la concentración: ácido láctico, levulosa, dextrosa..

Bibliografía

• Microsoft Encarta 2009. Microsoft Corporation.
• www.Google.com
• Bramon Albert. 2005. Física para la ciencia y tecnología. Editorial Reverte. España. Pág. 927-940.
• www.wikipedia.com
• http://www.educaplus.org