Tipos de polarização leve, exemplos, aplicações

O Polarização leve É o fenômeno que ocorre quando a onda eletromagnética que constitui a luz visível oscila em uma direção preferencial. Uma onda eletromagnética é composta por uma onda elétrica e uma onda magnética, ambos transversais à direção da propagação. A oscilação magnética é simultânea e inseparável da oscilação elétrica e ocorre em direções mutuamente ortogonais.

A luz que a maioria das fontes luminosas emite, como o Sol ou uma lâmpada, não é polarizada, o que significa que ambos os componentes: elétricos e magnéticos, oscilam em todas as direções possíveis, embora sempre perpendiculares à direção da propagação. 

Mas quando há uma direção preferencial ou de oscilação do componente elétrico, se fala de uma onda eletromagnética polarizada. Além disso, se a frequência de oscilação estiver no espectro visível, então se fala de luz polarizada.

Em seguida, veremos os tipos de polarização e fenômenos físicos que produzem luz polarizada.

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Tipos de polarização

Polarização linear

O diagrama de uma onda eletromagnética com polarização linear é mostrada. O campo elétrico oscila paralelo ao eixo X, enquanto o campo magnético oscila simultaneamente à eletricidade, mas na direção e direção. Ambas as oscilações são perpendiculares à direção de propagação z Z. Fonte: Wikimedia Commons.

A polarização linear ocorre quando o plano de oscilação do campo elétrico da onda de luz tem uma única direção, perpendicular à direção da propagação. Este avião é tomado, por convenção, como o plano de polarização.

E o componente magnético se comporta o mesmo: sua direção é perpendicular ao componente elétrico da onda, é único e também é perpendicular à direção da propagação. 

A figura superior mostra uma onda polarizada linearmente. No caso mostrado, o vetor de campo elétrico oscila paralelo ao eixo X, enquanto o vetor de campo magnético oscila simultaneamente à eletricidade, mas na direção e direção e. Ambas as oscilações são perpendiculares à direção de propagação z Z.

Pode -se ter linearização oblíqua como resultado da sobreposição de duas ondas que oscilam em fase e têm planos de polarização ortogonal, como o caso mostrado na figura inferior, que mostra em azul o plano de oscilação do campo elétrico na onda de luz.

Pode servir a você: onda senoidal: características, peças, cálculo, exemplosA onda azul representa a oscilação do campo elétrico de uma onda eletromagnética com polarização linear oblíqua devido à sobreposição de dois componentes do campo polarizado linearmente em planos ortogonais. Fonte: Wikimedia Commons.

Polarização circular

Nesse caso, a amplitude dos campos elétricos e magnéticos da onda luminosa tem magnitude constante, mas sua direção gira com rapidez angular constante na direção transversal da direção de propagação.

A figura inferior mostra a virada da amplitude do campo elétrico (em vermelho). Esta curva resulta da soma ou sobreposição de duas ondas com a mesma amplitude e polarizada linearmente em planos ortogonais, cuja diferença de fase é π/2 radianos. Eles são representados na figura inferior como ondas azuis e verdes, respectivamente.

Polarização circular. Fonte: Wikimedia Commons

A maneira de escrever matematicamente x e e do campo elétrico de uma onda com Dextrogia -polarização circular, de amplitude EO E isso se propaga na direção z é:

E = (Ex Yo; Ei J; Ez k) = EO (cos [(2π/λ) (c t - z)]] Yo; Cos [(2π/λ) (c t - z) - π/2] J; 0 k)

Em vez disso, uma onda com Polarização circular de Levógira de amplitude EO que se propaga na direção z É representado por:

E = (Ex Yo; Ei J; Ez k) = EO (cos [(2π/λ) (c t - z)]] Yo, Cos [(2π/λ) (c t - z) + π/2] J, 0 k)

Observe que o sinal é alterado na diferença de fase de uma onda de componente e, Em relação ao componente x.

Ambos para o caso Dextro-rotatório como Levogiro, O vetor de campo magnético B Está relacionado ao vetor de campo elétrico E por produto vetorial entre o vetor da unidade na direção de propagação e E, incluindo um fator de escala igual ao inverso da velocidade da luz:

B = (1/c) ou_z ｘ E

Polarização elíptica

A polarização elíptica é semelhante à polarização circular, com a diferença de que a amplitude do campo quebrado descreve uma elipse em vez de um círculo.

Pode atendê -lo: galáxias elípticas: formação, características, tipos, exemplos

A onda com polarização elíptica é a sobreposição de duas ondas polarizadas linearmente em planos perpendiculares com um avanço ou atraso de π/2 Radianes na fase de um em relação ao outro, mas com a adição de que a amplitude do campo em cada um dos componentes é diferente.

Fenômenos devido à polarização luminosa

Reflexão

Quando um feixe de luz não polarizado afeta uma superfície, por exemplo, um vidro ou a superfície da água, parte da luz é refletida e parte transmitida. O componente refletido tem polarização parcial, a menos que a incidência do feixe seja perpendicular à superfície. 

No caso particular de que o ângulo do feixe refletido forma ângulo reto com o feixe transmitido, a luz refletida tem polarização linear total, na direção normal para o plano de incidência e paralelo à superfície reflexiva. O ângulo de incidência que produz polarização total por reflexão é conhecido como Ângulo de Brewster.

Absorção seletiva

Alguns materiais permitem a transmissão seletiva de um certo plano de polarização do componente elétrico da onda de luz. 

Esta é a propriedade usada para a fabricação de filtros polarizadores, nos quais um polímero baseado em polímer.

Essa disposição atua como uma grade condutora que "curto -circuita" o componente elétrico da onda ao longo das estrias e permite a passagem dos componentes transversais para o fibrado polimérico. A luz transmitida é assim polarizada na direção transversal do estriado.

Colocando um segundo filtro de polarização (chamado de analisador) na luz já polarizada, você pode obter um efeito de obturador.

Quando a orientação do analisador coincide com o plano de polarização da luz incidente, toda a luz passa, mas para a direção ortogonal, a luz é completamente extinta.

Para posições intermediárias, há luz parcial da luz, cuja intensidade varia de acordo com o Lei de Malus:

Eu = io COS²(θ).

Pode atendê -lo: fluxo de campo elétrico

Birrefrencia cristalina

Deslocamento da luz através do vidro birrefringent

A luz no vácuo, como cada onda eletromagnética, se espalha com uma velocidade c de aproximadamente 300.000 km/s. Mas em um meio translúcido, sua velocidade v é um pouco menor. O quociente entre c e v se denomina índice de refração do meio translúcido.

Em alguns cristais, como calcita, o índice de refração é diferente para cada componente de polarização. Por esse motivo, quando um feixe de luz cruza um cristal com birrefringência, o feixe é separado em duas vigas com polarização linear em direções ortogonais, conforme verificado com um filtro de analisador polarizador.

Exemplos de polarização leve

A luz refletida pela superfície do mar ou um lago tem polarização parcial. A luz do céu azul, mas não a das nuvens, é parcialmente polarizada.

Alguns insetos como besouro CEtonia aurerata reflete luz com polarização circular. A figura inferior mostra esse fenômeno interessante, no qual sucessivamente a luz refletida pelo besouro sem filtros pode ser observada, com um filtro polarizador direito e depois com um filtro polarizador esquerdo.

Além disso, foi colocado um espelho que produz uma imagem com um estado de polarização invertida em relação à da luz diretamente refletida pelo besouro.

Polarização circular direita produzida por Cetonia Aratrata Beetle. Fonte: Wikimedia Commons.

Aplicações de polarização luminosa

Filtros polarizadores são usados ​​na fotografia para eliminar os flashes produzidos pela luz refletida por superfícies reflexivas, como a água.

Eles também são usados ​​para eliminar o brilho produzido pela luz do céu azul parcialmente polarizada, dessa maneira, fotografias com melhor contraste são obtidas.

Na química, bem como na indústria de alimentos, um instrumento chamado polarímetro, que permite medir a concentração de certas substâncias que em solução produzem uma rotação do ângulo de polarização.

Por exemplo, passando a luz polarizada e com a ajuda de um polarímetro, a concentração de açúcar em sucos e bebidas pode ser determinada para verificar se ela se encaixa nos padrões e controles sanitários do fabricante.

Referências

1. Goldstein, d. Luz polarizada. Nova York: Marcel Dekker, Inc, 2003.
2. Jenkins, f. PARA. 2001. Fundamentos da óptica. NY: Ensino Superior McGraw Hill.
3. Saleh, Bahaa e. PARA. 1991. Fundamentos da fotônica. Canadá: John Wiley & Sons, 1991.
4. Guenther, R D. 1990. Óptica moderna. John Wiley & Sons Canada.
5. Bohren, c.F. 1998. Absorção e dispersão da luz por pequenas partículas. Canadá: John Wiley & Sons.
6. Wikipedia. Polarização eletromagnética. Recuperado de: é.Wikipedia.com