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Prof°. Antônio Oliveira de Souza

05 / 10 / 2013

Av. Itororó, 1445CEP: 87010-460 - Maringá - Pr

Faculdade de Engenharia e Inovação Técnico Profissional

Polarização da Luz

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1.0 – Introdução 1.1 - A Polarização

• A polarização é a restrição às possíveis direções de vibração dos campo elétrico e magnético.

• Na radiação eletromagnética não polarizada, a vibração ocorre em todas as direções transversais à direção de propagação das ondas.

• A polarização ocorre somente em ondas transversais.

• As ondas das antenas de televisão inglesas são polarizadas na vertical, enquanto que as americanas e brasileiras são polarizadas na horizontal.

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2.0 Polarizando uma onda

A Figura 1 (a) mostra uma onda eletromagnética com campo elétrico oscilando paralelamente ao eixo vertical y. O plano que contém o vetor E em instantes sucessíveis de tempo é chamado de plano de polarização da onda.

A Figura 1 (b) mostra a vista frontal do plano de oscilação para a polarização do campo elétrico, o qual alterna continuamente entre o sentido positivo e o sentido negativo do eixo y.

Figura 1

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• As ondas eletromagnéticas geradas por um canal de televisão têm sempre a mesma polarização, mas as ondas eletromagnéticas emitidas por uma fonte comum (o Sol ou uma lâmpada elétrica) são não polarizadas.

• Assim, se representarmos a onda vista de frente, não teremos um desenho como na Fig. 1 (b), mas uma série de setas, como na Figura 2 (a) cada uma com uma orientação diferente.

Figura 2

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• É possível, simplificar o desenho representando os campos elétricos da Fig. 2 (b) por meio das componentes z e y.

• Nesse caso, a luz não polarizada pode ser representada por duas setas de duas cabeças, como na Fig. 2 (b).

• Ao adotarmos essa representação estamos transformando a luz não polarizada em uma combinação de duas ondas polarizadas cujos planos de oscilação são mutuamente perpendiculares: um desses planos contém o eixo z e o outro o eixo y.

• Podemos desenhar figuras semelhantes para representar uma onda parcialmente polarizada.

• Mas uma onda parcialmente polarizada vai depender de quê?

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• É possível transformar a luz não polarizada fazendo-a passar por um filtro polarizador, como na Figura 3.

• Esses filtros são conhecidos como filtros polaroid (ou polaroides).

Figura 3

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• Um filtro polaroide é uma folha de plástico que contém moléculas longas.

• Durante o processo de fabricação a folha é esticada, o que faz com que as moléculas se alinhem.

• Quando a luz passa pela folha as componentes do campo elétrico paralelo às moléculas conseguem atravessá-la, mas as componentes perpendiculares às moléculas são absorvidas e desaparecem.

2.1- A Intensidade da Luz Transmitida

• Vamos considerar agora a intensidade da luz transmitida por um filtro polaroide.

• Quando a componente z é absorvida metade da intensidade I0 da onda original é perdida.

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A intensidade I que emerge do filtro é:

(1)

Esta é a chamada regra da metade, que só é válida se a luz que incide no filtro polarizador é não polarizado.

• A Figura 4 mostra um polaroide no plano do papel e o campo elétrico E de uma onda polarizada antes de passar pelo polaroide.

• Podemos separar o campo elétrico (E) em duas componentes em relação à direção de polarização do filtro:

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1II

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Figura 4

a componente paralela Ey, que é transmitida pelo filtro, e a componente perpendicular Ez, que é absorvida.

• Como é o ângulo entre E e a direção de polarização do filtro, a componente paralela transmitida é dada por:

(2) ECosEE

ECos y

y

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• A intensidade de uma onda eletromagnética é proporcional ao quadrado do módulo do campo elétrico. No caso que estamos analisando, a intensidade I da onda emergente é proporcional a E2

y e a intensidade I0 da onda original é proporcional a E2.

• De acordo com a Eq. (2), temos

(3)

Esta é a regra do cosseno ao quadrado, que só é válida se a luz que incide no polaroide for polarizada.

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2

0

CosIICosI

I

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A Figura 5 mostra um arranjo no qual a luz incidente não polarizada passa por dois polaroides, P1 e P2. ( O primeiro é chamado de polaroide, e o segundo de analisador.)

Figura 5

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• Como a direção de polarização de P1 é vertical a luz que emerge de P1 está polarizada verticalmente.

• Se a direção de polarização de P2 também é vertical toda a luz que chega a P2 é transmitida.

• Se a direção de polarização de P2 é horizontal, toda luz que chega a P2 é absorvida.

• Veremos nos slides seguintes alguns tipos de polarização em distintas orientações.

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As figuras seguintes ilustram uma onda com polarização linear vertical, mostrando apenas o vetor do campo elétrico (o magnético está sempre presente e a 90 graus).

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As figuras seguintes ilustram uma onda com polarização linear horizontal, mostrando apenas o vetor do campo elétrico (o magnético está sempre presente e a 90 graus ).

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A combinação de duas ondas linearmente polarizadas, uma vertical e outra horizontal, e eletricamente em fase, resulta em uma onda linearmente polarizada inclinada, como pode ser visto nas figuras seguintes.

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A combinação de duas ondas linearmente polarizadas, uma vertical e outra horizontal, de mesma amplitude e eletricamente defasadas de 90 graus, resulta em uma onda circularmente polarizada, (da mesma forma que uma figura de Lissajous) como pode ser visto nas figuras animadas seguintes.

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Vermelho: campo elétrico, verde: campo magnético.  Direção de propagação: de baixo para cima.

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Referências

HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J., Fundamentos de Física, vol. 4- 8ªed. Editora Livros técnicos e Científicos S.A. Rio de Janeiro - 2009.

http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm. Acessado em 1 de outubro de 2013.