POLARIZAÇÃO-2 CAPÍTULO 31 – TIPLER, MOSKA. 6ª EDIÇÃO

POLARIZAÇÃO-2
Prof. André L. C. Conceição
DAFIS
CAPÍTULO 31 – TIPLER,
MOSKA. 6ª EDIÇÃO
Polarização
Revisão: Polarização
Polarização: convencionalmente refere-se à direção do campo elétrico
y
E
z
B
Plano de
polarização
1
Luz polarizada
Fonte de luz comum
polarizadas aleatoriamente
ou não-polarizadas
y
E
E
z
ou
Parcialmente polarizadas
setas comp. diferentes
Como produzir luz polarizada a partir
de luz não polarizada ?
• Polarização por absorção seletiva
• Polarização por reflexão
• Polarização por birrefringência (refração dupla)
• Polarização por espalhamento
Revisão: Polarização por absorção
E
feixe incidente
não polarizado
polarizador
luz polarizada
Luz não-polarizada:
polariz.
não-polariz.
2
Revisao: Lei de Malus
Intensidade da luz polarizada que é
transmitida por um polarizador, cujo eixo
de polarização está girado de um
ângulo  em relação ao da luz
incidente.
luz não
polarizada
direção de
polarização
luz polarizada
intensidade Im
I=?
y
Ey  Em cos
x
I α E y2  Em2 cos 2 
I  I m cos2 
Lei de Malus
Lei de Malus – 3 Polarizadores
luz não
polarizada
direção de
polarização
45o
90o
I
I0
I
I1  0
2
Intensidades
I 2  I1 cos2 45o
I3  I 2 cos2 45o
Exercícios e Problemas
Um feixe de luz parcialmente polarizado pode ser
considerado como uma mistura de luz polarizada e
não-polarizada. Suponha que um feixe deste tipo
atravesse um filtro polarizador e que o filtro seja
girado de 360º enquanto se mantém perpendicular
ao feixe. Se a intensidade da luz transmitida varia
por um fator de 5,0 durante a rotação do filtro, que
fração da intensidade da luz incidente está
associada à luz polarizada do feixe ?
3
E

Itot
Ifin
Teste
Aplicações
Como funciona a tela de cristal líquido?
O cristal líquido pode é colocado entre dois polarizadores cruzados, tal que o plano
de polarização da luz é girado e a luz pode passar.
Luz incidente no cristal é transmitida porque o cristal gira a direção de polarização
da luz por 90º. Quando uma tensão é aplicada ao longo de um pequeno segmento
do cristal, a polarização não é girada e, portanto, a luz não é transmitida e o
segmento fica preto
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Polarização por reflexão
Refletividade
luz refletida:
parcialmente
polarizada
luz incidente,
não-polarizada
Intensidade da luz refletida vs ângulo de
incidência para raios com polarização
paralela e perpendicular ao plano de
incidência.
100
1 1
2
80
60
40
20
Luz transmitida:
parcialmente
polarizada
0
0
60
90
30
Ângulo de incidência
Ondas com polarização perpendicular ao plano de incidência são refletidas
com maior intensidade.
Há um ângulo de incidência em que a onda refletida com
ângulo de
polarização paralela ao plano de incidência é totalmente
Brewster
absorvida!
Polarização por reflexão
luz incidente
não-polarizada
p
p
luz refletida
polarizada
n1
n2
2
Cálculo do ângulo de polarização
ou ângulo de Brewster p:
n1sen p  n2sen2
 2  90o   p
sen2  cos  p
tan  p 
n2
n1
Comparação – Polarização por Reflexão
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Polarização por reflexão
• Não é eficiente pois somente uma
fração da luz incidente é refletida por
uma superfície.
• A luz refletida em uma superfície é
polarizada perpendicular ao plano de
incidência.
• Óculos com filtros polarizadores
verticais eliminam a maior parte dos
reflexos em superfícies.
Exercício
Deseja-se usar uma placa de vidro (n=1,50) no ar,
como um polarizador. Determine o ângulo de
polarização e o ângulo de refração.
Exercício
Quando luz vermelha no vácuo incide com ângulo
de polarização em uma certa placa de vidro, o
ângulo de refração é 31,8º. Quais são (a) o índice de
refração do vidro e (b) o ângulo de polarização?
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Dupla refração ou Birrefringência
• Sólidos amorfos: átomos distribuídos aleatoriamente.
• A velocidade da luz é a mesma em todas as direções.
• Sólidos cristalinos: átomos formam uma estrutura
ordenada (rede cristalina).
• Em certos materiais cristalinos, a velocidade da luz
não é a mesma em todas as direções. A velocidade
depende da polarização e da direção de propagação
da luz
• Exemplo:
calcita e quartzo têm dois índices de refração:
materiais birrefringentes.
Polarização por dupla refração ou birrefringência
– materiais birrefringentes
luz não
polarizada
calcita
raio O
calcita
nO = 1,658
nE = 1,486
no/ nE = 1,116
raio E
raio ordinário O:
o índice de refração no é o mesmo em todas as
direções de propagação
raio extraordinário E:
o índice de refração ne depende da direção
de propagação
Polarização por dupla refração –
materiais birrefringentes
Há uma direção - o eixo ótico -, ao longo da qual os dois raios se
propagam com a mesma velocidade, ou seja, nO = nE .
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Índices de Refração Principais: Cristais
Birrefringentes
Cristal
Fórmula
no
ne
ne-no
Gelo
H2O
1,309
1,313
+0,004
Quartzo
SiO2
1,544
1,553
+0,009
Wurtzita
ZnS
2,356
2,378
+0,022
Calcita
CaCO3
1,658
1,486
-0,172
Dolomita
CaO.MgO.2CO2
1,681
1,500
-0,181
Siderita
FeO.CO2
1,875
1,635
-0,240
* Para a luz de sódio, λ = 589 nm.
Polarização por espalhamento
Espalhamento: absorção e reemissão de luz por moléculas.
luz não
polarizada
molécula
de ar
O campo elétrico da luz faz os elétrons
das moléculas vibrarem. Essa vibração
produz luz espalhada em todas as
direções.
Um oscilador não irradia ao longo
da direção de oscilação.
A luz espalhada na direção perpendicular
à da luz incidente é polarizada.
luz
polarizada
A luz espalhada nas outras direções é
parcialmente polarizada.
Espalhamento Rayleigh
onda incidente
não polarizada
ondas
espalhadas
A luz espalhada na
direção perpendicular à
da luz incidente é
polarizada.
A luz espalhada nas
outras direções é
parcialmente polarizada.
molécula
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Próxima Aula
• TEMA: Interferência
Bibliografia básica para estudo e exercícios
TIPLER, P. A.; MOSCA, G. Física para cientistas e engenheiros. Volume 2:
Eletricidade e Magnetismo, Óptica. 6ª edição. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e
Científicos Editora S.A. 2012.
HALLYDAY, D.; RESNICK, R.; KRANE, K. S. Física 4. 5ª edição. Rio de
Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. 2012.
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