A POLARIZAÇÃO LINEAR DA ONDA ELETROMAGNÉTICA E A LEI DE MALUS

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA – BAHIA[pic 1]

LICENCIATURA EM QUÍMICA

A POLARIZAÇÃO LINEAR DA ONDA ELETROMAGNÉTICA E A LEI DE MALUS

13 ∙ 12 ∙ 2018

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA – BAHIA[pic 2]

LICENCIATURA EM QUÍMICA

A POLARIZAÇÃO LINEAR DA ONDA ELETROMAGNÉTICA E A LEI DE MALUS

13 ∙ 12 ∙ 2018

INTRODUÇÃO

A luz é uma onda eletromagnética e, por isso, a sua propagação envolve campos elétricos e magnéticos, que se propagam ao longo de uma direção específica do espaço. Os campos elétricos e magnéticos são perpendiculares, isto é, a direção de propagação do campo elétrico é perpendicular à direção de propagação do campo magnético, formando um ângulo de 90º entre si. A compreensão do comportamento da luz é feita a partir das equações de Maxwell para o eletromagnetismo.

Uma onda eletromagnética plana se propagando na direção z (k=kz) com campo elétrico oscilando no plano xy por ser representada por:

[pic 3]

Sendo k o vetor de propagação, cujo módulo é determinado pela velocidade de propagação da onda no meio (V= c/n) e pela frequência angular da oscilação dos campos, k = (n/c)  [pic 4]

Entretanto, a luz em sua forma natural, propaga-se não somente em dois planos transversais, mas em diversas direções e essa característica pode ser indesejável para o estudo de determinados fenômenos ópticos. Para contornar esse empecilho, é possível fazer com a luz se propague em planos de vibração específicos, utilizando polarização.

Essa técnica consiste em fazer a luz não polarizada, ou seja, uma onda eletromagnética se propagando em diferentes direções, atravessar um polarizador, que filtra os feixes não desejados, seja por reflexão ou por absorção, e apenas os feixes na direção desejada conseguem atravessá-lo. Isso é possível porque o polarizador é um filtro construído com moléculas longas e alinhadas. Quando a luz atravessa o filtro, apenas as componentes paralelas às moléculas conseguem atravessar. A polarização pode ser representada pelo esquema da figura 1.

A intensidade de entrada e de saída dos feixes através de um polarizado pode ser regida pela lei de Malus, que pode ser representada pela seguinte equação:

[pic 5]

        Onde  é a intensidade de saída,  a intensidade de entrada e  é o ângulo entre o campo elétrico  e a direção de polarização. [pic 6][pic 7][pic 8][pic 9]

[pic 10][pic 11]

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OBJETIVOS

• Coletar dados a fim de se construir uma curva de dispersão que relacione o ângulo relativo entre duas polarizações sucessivas e a intensidade luminosa de uma onda eletromagnética;
• Verificar se a curva obtida satisfaz o comportamento da lei de Malus.

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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1. Materiais

• 2 Filtros polarizadores;
• Banco ótico;
• Multímetro;
• Fotodiodo;
• Fonte de alimentação reguladora;
• Laser.

2. Montagem do experimento

        Foram posicionados dois polarizadores em um banco ótico de modo que o feixe de luz transpassava aos dois. Ao fim do caminho luminoso foi posicionado um fotodiodo alimentado por uma fonte de alimentação reguladora cuja tensão foi mantida a 5V.

A figura 2 ilustra o esquema de montagem. O polarizador P1 foi marcado com ângulos variando de 0° a 90° com relação ao eixo vertical como mostrado na figura 3. O polarizador P2 foi mantido fixo.

Realizaram-se rotações em P1 de 10° em 10° e com ajuda de um multímetro (conectado ao fotodiodo) aferiram-se as voltagens apresentadas para cada ângulo de rotação. As medidas realizadas foram registradas.[pic 12][pic 13]

[pic 14]

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[pic 15]

RESULTADOS E DISCUSSÕES

        A tabela 1 apresenta as medidas de tensão realizadas para cada ângulo de rotação do polarizador: