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POLARIZAÇÃO DA LUZ
INTRODUÇÃO
Uma onda eletromagnética é formada por campos elétricos e magnéticos que variam no tempo e no espaço, perpendicularmente um ao outro, como representado na Fig. 1. A direção de polarização de uma onda eletromagnética é definida como a direção do campo elétrico dessa mesma onda. Assim, a onda mostrada na Fig. 1 é linearmente polarizada ao longo da direção y.
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Figura 1 - Representação dos campos elétrico E e magnético B de uma onda eletromagnética que se propaga na direção x.
No caso da luz produzida por lâmpadas comuns e pelo Sol, as ondas são originadas de um grande número de irradiadores independentes, que emitem ondas polarizadas em direções aleatórias; essa luz é não-polarizada.
Ondas eletromagnéticas polarizadas podem ser obtidas, no momento da emissão — por exemplo, ondas de rádio e de televisão são produzidas por oscilações de cargas elétricas nas antenas e, em geral, são linearmente polarizadas ao longo da direção paralela à antena — ou posteriormente a ela, pela absorção seletiva das ondas de um feixe de luz não-polarizada.. Há vários processos para se produzirem ondas de luz polarizadas a partir de luz não-polarizada. Dois desses processos são discutidos a seguir.
Polarização por absorção seletiva
Um tipo comum de polarizador — dispositivo usado para produzir luz polarizada — consiste em uma placa feita com um material que só deixa passar as componentes de campo elétrico
E
B
da luz que estão em uma determinada direção. Um desses materiais, o polaróide, é constituído de longas cadeias de moléculas orientadas em uma direção. Essas cadeias são boas condutoras elétricas e absorvem luz incidente, cujo campo elétrico é paralelo a elas e transmite luz cujo campo elétrico é perpendicular.
Na Fig. 2, está representado um feixe de luz não-polarizada que incide sobre uma lâmina de polaróide, cujo eixo de transmissão está na direção vertical_._. A luz transmitida através dessa primeira lâmina — chamada de polarizador — é linearmente polarizada nessa direção. Na mesma figura também se mostra uma segunda lâmina de polaróide — chamada de analisador —, cujo eixo
de transmissão está girado um ângulo em relação ao eixo do polarizador. Ao incidir no analisador,
uma onda de luz que tem a componente do campo elétrico E perpendicular ao eixo do analisador é absorvida. O analisador permite a passagem da componente do campo que é paralela ao seu eixo, cujo módulo é E cos. Como a intensidade de uma onda eletromagnética é proporcional ao quadrado de sua amplitude, ou seja, do valor máximo do campo elétrico, a intensidade I da luz transmitida através do analisador é dada por
I I max cos^2 , (1)
em que I (^) max é a intensidade da luz polarizada que incide no analisador. Essa expressão é conhecida como Lei de Malus.
não polarizadaluz incidente onda refletida
onda refratada
n 1
p p
r
n 2
Figura 3 – Quando um feixe de luz não-polarizada incide sobre uma superfície que separa dois
meios com um ângulo p , o feixe refletido é completamente polarizado na direção paralela à
superfície.
Utilizando-se as equações de Maxwell, pode-se mostrar que, quando o ângulo entre os feixes refletido e refratado é de 90º, como mostrado na Fig. 3, o feixe refletido é completamente
polarizado na direção paralela à superfície. Nessa situação, o ângulo de incidência p é chamado de
ângulo de Brewster.
Com base na Lei de Snell, demonstre que, quando um feixe de luz, propagando-se no ar, incide sobre a superfície de um material que tem índice de refração n , o ângulo de Brewster é dado por
tan p n.
Suponha que um feixe de luz que incide em uma superfície esteja polarizado em um plano perpendicular a essa superfície. Nessa situação, qual é a intensidade da luz refletida quando o ângulo de incidência for igual ao ângulo de Brewster?
PARTE EXPERIMENTAL
Objetivos
Analisar, qualitativamente, a polarização da luz emitida por diferentes fontes. Verificar a Lei de Malus. Determinar o índice de refração do acrílico por meio de polarização por reflexão — ângulo de Brewster.
Material utilizado
Laser não-polarizado, fotômetro, placa plana de acrílico, transferidor, polarizadores com medidor de ângulo, suportes e base.
Procedimentos
Observações qualitativas
Com um polarizador na frente dos olhos, observe a luz emitida por uma lâmpada incandescente ou fluorescente. Em seguida, gire o polarizador em torno da direção perpendicular ao seu plano. Descreva o que foi observado e explique.
Agora, observe a mesma lâmpada através de dois polarizadores paralelos. Mantenha um deles fixo e gire o outro. Descreva o que acontece com a intensidade da luz que você observa e explique o que ocorre.
Observe, através de um polarizador, a luz refletida por uma superfície qualquer. Gire o polarizador. Descreva o que acontece com a intensidade da luz que você observa e explique.
Atenção : Neste experimento, será utilizado um laser. Nunca olhe diretamente para o feixe do laser , pois isso poderá causar danos sérios e permanentes à retina de seus olhos.
Lei de Malus
Monte o laser , o polarizador e o transferidor com a placa de acrílico, como mostrado na Fig. 5. Posicione o polarizador, de forma que o feixe, do laser , após passar por ele, esteja polarizado verticalmente. Observe a luz refletida pela placa de acrílico sobre a base de apoio dos componentes da montagem.
Em seguida, gire, lentamente, a placa de acrílico até o ângulo em que a luz refletida desaparece. Nessa situação, o ângulo de incidência é igual ao Ângulo de Brewster. Meça esse ângulo e, a partir dele, determine o índice de refração do acrílico, com a respectiva incerteza.
