Polarização Ondas - Luz

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Polarizao da LuzI - INTRODUOA onda eletromagntica emitida por um on individual oscilante polarizada, isto , o campo eltrico desta onda transversal um vetor que produzido e sempre se propaga contido no plano definido pela direo de vibrao do on e a de propagao da onda - neste caso dita plano-polarizada - ver figura abaixo. Durante a propagao pode acontecer que um agente, como o conjunto de tomos do meio, tenha a capacidade de modificar a direo de vibrao deste campo, r

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Polarizao da LuzI - INTRODUOA onda eletromagntica emitida por um on individual oscilante polarizada, isto , o campo eltrico desta onda transversal um vetor que produzido e sempre se propaga contido no plano definido pela direo de vibrao do on e a de propagao da onda - neste caso dita plano-polarizada - ver figura abaixo. Durante a propagao pode acontecer que um agente, como o conjunto de tomos do meio, tenha a capacidade de modificar a direo de vibrao deste campo, resultando uma onda classificada como de polarizao elptica ou, particularmente, circular. Nestes casos o vetor campo gira, medida que se propaga, em torno da direo de propagao. Por outro lado, o feixe de ondas eletromagnticas emitido por um conjunto de ons no correlacionados no polarizada, sendo isto devido no existncia, neste caso, de qualquer dependncia da direo de vibrao de cada um dos ons em relao aos outros. Ento, todas as direes possveis de polarizao estaro presentes no feixe emitido. Na figura ao lado representa-se os vetores de campo eltrico de um feixe de onda (a) no polarizada e (b) plano-polarizada, que se propaga na direo perpendicular ao plano da figura. Uma lmpada de incandescncia comum um exemplo de fonte que produz luz no polarizada. Polarizada ou no, a produo de radiao eletromagntica por intermdio da vibrao de cargas eltricas, como dipolos eltricos oscilantes, pode ocorrer em freqncias correspondentes regio ptica do espectro eletromagntico, sendo ento capazes de impressionar o olho humano, ou seja, emitem luz. A presente prtica explora o fenmeno da polarizao usando um feixe de onda eletromagntica, especificamente de luz. Entretanto, a polarizabilidade inerente a qualquer onda transversal, e de fato uma de suas caractersticas. Luz no polarizada pode passar a s-lo, total ou parcialmente, atravs dos fenmenos de absoro, reflexo, difuso, duplarefrao, ou uma combinao destes. So explorados nesta prtica situaes em que a absoro e a reflexo so predominantes. Entre os cristais que ocorrem na natureza, alguns so altamente anisotrpicos propagao da luz, no sentido de que podem ser mais transparentes s componentes da radiao que tenha seus vetores de campo eltrico oscilando numa certa direo do que em outra, por exemplo, que lhe seja perpendicular. Esse comportamento uma funo da estrutura do cristal, que diferente segundo direes mutuamente ortogonais, numa delas sendo facilitada a absoro de energia da onda, e no na outra, na qual facilitada a transmisso - direo fcil. A absoro se processa pelo fato de que, forados pelo campo eltrico da onda, os ons do cristal, por ressonncia, so induzidos a oscilar. Portanto, a anisotropia em questo est ligada s diferentes freqncias naturais de oscilao do cristal segundo aquelas direes. Os cristais que apresentam a propriedade de polarizar a luz so denominados dicricos. Com forte dicrosmo pode-se citar, como exemplos, a turmalina, que um cristal natural, e o polaride, este um material artificial com a vantagem do baixo custo. O processo de obteno do polaride foi inventado por Edwin H. Land em 1932. Quando luz no polarizada atravessa um cristal deste tipo, ou mesmo um polaride, estaro ausentes do feixe emergente mais ou menos das componentes do feixe original cujas oscilaes de campo eltrico estejam orientadas ao longo da direo de maior absoro. Desse modo, o feixe emergente estar polarizado, numa direo perpendicular quela em que houve absoro, portanto, na direo fcil. A energia absorvida no percurso, verdade, ser em grande parte re-emitida, mas no somente na direo original, mas em todas as direes, exceto do eixo de oscilao de cada carga, o que justifica o decrscimo de energia do feixe resultante na direo original de propagao1. Caso este mesmo feixe, ento polarizado, incida sobre outra amostra de material semelhante, no difcil prever que, aps atravess-lo, ter uma intensidade que ser funo do ngulo entre o vetor campo eltrico da luz incidente e a direo fcil desta nova amostra do cristal. Sendo E0 o mdulo do vetor campo eltrico da onda incidente e o ngulo entre este vetor e a direo fcil, a componente efetiva de campo que atravessar o cristal ser E0cos. Portanto, como a intensidade proporcional ao quadrado da amplitude, tem-se que a intensidade do feixe emergente, I, ser: (1) onde a constante de proporcionalidade, I0, depende da intensidade do feixe incidente. Esta a expresso da denominada lei de Malus. Outra forma de obter a polarizao total ou parcial de um feixe luminoso atravs da sua reflexo. De um feixe no polarizado, supondo suas mltiplas polarizaes decompostas em apenas duas, uma com o campo eltrico paralelo e a outra com ele perpendicular superfcie refletora, para qualquer ngulo de incidncia o feixe refletido ter mais componentes do tipo paralelo. Para cada ngulo de incidncia esta proporo funo deste ngulo e do ndice de refrao relativo dos dois meios2. Para meios transparentes, um deles com ndice de refrao n1 , no qual propaga o feixe incidente, e outro de ndice de refrao n 2, que contm o refratado, existe um ngulo de incidncia, denominado ngulo de Brewster, para o qual o feixe refletido totalmente polarizado na direo paralela superfcie refletora, dado por:

I = I 0 cos 2

tan =1 2

n2 = n21 n1

(2)

Observe-se que o fenmeno da polarizao no exclui o da refrao. Lembre-se que o ndice de refrao depende do comprimento de onda.

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II - OBJETIVO

Estudar a variao da intensidade da luz que atravessa dois polarizadores, em funo do ngulo formado pela orientao dos mesmos, e a polarizao da luz por reflexo e determinar o ngulo de Brewster.

III - MATERIAL UTILIZADOFonte de luz e sua alimentao, Polarizadores, Semicilindro de acrlico e disco graduado, Banco ptico. Suportes para banco ptico. Fendas diversas, Anteparo, Fotodetector, Multmetro digital

IV - PROCEDIMENTO EXPERIMENTALInstale dois polarizadores entre a fonte de luz e o anteparo, e a lmina com orifcio circular na fonte de luz. Fixe uma certa orientao angular para um polarizador e varie a orientao do outro (analizador). Observe a intensidade da luz sobre o anteparo. Repita o procedimento invertendo os polarizadores quanto operao a ser realizada. 3. Retire o anteparo e instale o fotodetector e conecte-o ao amplificador e este ao ampermetro. Ligue o amplificador e aguarde sua estabilizao. 4. Repita a primeira parte do tem 2 anotando a intensidade luminosa, representada pela leitura no medidor, em funo do ngulo entre o polarizador e o analizador. 5. Retire os polarizadores e instale o disco graduado, com o semicilindro de acrlico no centro, e instale a lmina com fenda retangular na fonte de luz. 6. Incida a luz sobre a superfcie plana do semicilindro de acrllico com um certo ngulo, e use um analisador para verificar o estado de polarizao do feixe refletido. 7. Varie o ngulo de incidncia e encontre o ngulo B para o qual o feixe refletido apresenta mxima polarizao - ngulo de Brewster. 8. Verifique quanto vale a soma dos ngulos de incidncia e de refrao no caso da incidncia de Brewster. 9. Discuta qual deve ser o plano de polarizao da luz refletida no ngulo de Brewster e realize as experimentaes necessrias para testar as hipteses levantadas. 10. Polarize a luz incidente num plano paralelo superfcie refletora e analise a refletida no ngulo de Brewster. Faa o mesmo usando luz polarizada perpendicularmente. 1. 2.

V - DISCUSSOI. II. III. IV. V. VI. VII. Explique com suas palavras as observaes feitas nos procedimentos 2 e 4. Use os valores encontrados no tem 4 para determinar a relao funcional experimental entre a intensidade luminosa e o ngulo entre os polarizadores. Use a lei de Snell e a relao obtida no tem 8 para determinar a expresso (2). Enumere as hipteses levantadas no tem 9 e justifique sua concluso com base nas observaes, inclusive do tem 10. Se o feixe refletido na interface de separao de dois meios transparentes tem polarizao mxima no ngulo de Brewster, o que se pode concluir sobre a polarizao do feixe refratado? Argumente para explicar sua resposta. O que vem a ser onda plano-polarizada, eliptica e circularmente polarizada. Dois polarizadores tm suas direes de polarizao paralelas. De que ngulo se deve girar um deles tal que a intensidade se reduza metade?

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