Transcript Polarização - cesbengenharia

Faculdade de Engenharia e
Inovação Técnico Profissional
Av. Itororó, 1445
CEP: 87010-460 - Maringá - Pr
Polarização da Luz
Prof°. Antônio Oliveira de Souza
05 / 10 / 2013
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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
intensidade I0 da onda original é perdida.
metade
da
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A intensidade I que emerge do filtro é:
I 
1
2
I0
(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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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:
Cos  
Ey
E
 E y  ECos 
(2)
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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
E2y e a intensidade I0 da onda original é proporcional a E2.
• De acordo com a Eq. (2), temos
I
I0
 Cos   I  I 0 Cos 
2
2
(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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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
polarização em distintas orientações.
tipos
de
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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.
propagação: de baixo para cima.
Direção de
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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.
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