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1 Prof°. Antônio Oliveira de Souza 05 / 10 / 2013 Av. Itororó, 1445 CEP: 87010-460 - Maringá - Pr Faculdade de Engenharia e Inovação Técnico Profissional.

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1 1 Prof°. Antônio Oliveira de Souza 05 / 10 / 2013 Av. Itororó, 1445 CEP: Maringá - Pr Faculdade de Engenharia e Inovação Técnico Profissional Polarização da Luz

2 2 1.0 – Introdução 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.

3 3 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

4 4 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

5 5 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?

6 6 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

7 7 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 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 I 0 da onda original é perdida.

8 8 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:

9 9 Figura 4 a componente paralela E y, que é transmitida pelo filtro, e a componente perpendicular E z, que é absorvida. Como é o ângulo entre E e a direção de polarização do filtro, a componente paralela transmitida é dada por: (2)

10 10 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 E 2 y e a intensidade I 0 da onda original é proporcional a E 2. 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.

11 11 A Figura 5 mostra um arranjo no qual a luz incidente não polarizada passa por dois polaroides, P 1 e P 2. ( O primeiro é chamado de polaroide, e o segundo de analisador.) Figura 5

12 12 Como a direção de polarização de P 1 é vertical a luz que emerge de P 1 está polarizada verticalmente. Se a direção de polarização de P 2 também é vertical toda a luz que chega a P 2 é transmitida. Se a direção de polarização de P 2 é horizontal, toda luz que chega a P 2 é absorvida. Veremos nos slides seguintes alguns tipos de polarização em distintas orientações.

13 13

14 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). 14

15 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 ). 15

16 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. 16

17 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. 17

18 Vermelho: campo elétrico, verde: campo magnético. Direção de propagação: de baixo para cima. 18

19 19 Referências HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J., Fundamentos de Física, vol. 4- 8ªed. Editora Livros técnicos e Científicos S.A. Rio de Janeiro Acessado em 1 de outubro de 2013.


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