INTERFERÊNCIA DE MICROONDAS (RELATÓRIO / EXPERIÊNCIA

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1 UNIVRSIDAD FDRAL DA BAHIA INSTITUTO D FÍSICA DPARTAMNTO D FÍSICA DO STADO SÓLIDO FIS 14 - FÍSICA GRAL XPRIMNTAL IV / LABORATÓRIO PROF.: José Ferao Turma: Teórica/ Prática T: P: 13 Data: 13/09/00 Aluo: Ariao L. o Valle INTRFRÊNCIA D MICROONDAS (RLATÓRIO / XPRIÊNCIA 11)

2 I - OBJTIVOS stuar a iterferêcia e microoas Meir o comprimeto e oa e microoas II - INTRODUÇÃO Neste eperimeto vamos efetuar algumas meias relacioaas a feômeos elétricos, magéticos e oulatórios. Iterações eletromagéticas Iterferêcia Refração Refleão As graezas físicas lias iretamete o espectrômetro são: Correte elétrica Meias e comprimeto Meias e âgulos As graezas físicas etermiaas iiretamete são: Comprimeto e oa. Difereça e fase III - PART TÓRICA III. 1- Oas eletromagéticas A iteração eletromagética poe ser escrita a partir e ois campos vetoriais, O campo elétrico e o campo magético B, e moo que uma carga a preseça estes campos sofre a ação e uma força F = q ( + v B). As fotes os campos e B são cargas e corretes elétricas. A partir as quações e Mawell e as observações eperimetais e Hertz, o caráter trasversal e propagação os campos elétricos e magéticos e sua velociae e propagação igual a c m/s, permitiram recohecer a luz como uma oa eletromagética e cosierar a ótica como uma parte o eletromagetismo. Os campos e B são tais que o prouto r B r iica a ireção e propagação o campo eletromagético e satisfazem uma equação e oa. = cos(k ϖt + ) ĵ (,t) o ϕ B(,t) = Bo cos(k ϖt + ϕ) ĵ oe: o e B o são as amplitues os campos com o = c Bo k = π (oe é o comprimeto e oa) π ϖ = (oe T é o períoo e uma oscilação) T

3 III. Iterferêcia e oas eletromagéticas A superposição e uma oa é uma oa. Cosiere uas oas harmôicas esféricas elétricas e mesma freqüêcia. = cos(k r ϖt + ) 1 (r,t) 1o(r) 1 ϕ1 (r,t) = o(r) cos(k r ϖt + ϕ com K 1 = k, campo elétrico resultate é etão, (r, t) = 1(r, t) + (r, t). ) III..1 A upla fea e Youg Uma oa plaa icie perpeicularmete ao plao as feas.caa fea atua como fote emissora e oas secuárias. m um poto P e um ateparo, queremos etermiar a superposição e oas emitias pelas uas feas. r 1 P r r = se As uas oas poem ser escritas a forma = cos(k r t) 1 (r,t) 1o(r) 1 ϖ (r,t) = o(r) cos(k r ϖ t) oe k 1 r =kr 1 e k r =kr. A ifereça e fase etre as uas oas, o poto P, é escrita como π δ = k (r1 r ) = se a coição e máimos e míimos a itesiae poem ser ecotraas Máimo: = m δ = mπ 1 Míimo: : = m + δ = (m + 1)π, com m = 0, 1,, 3,... as uas epressões. III.. Oas estacioárias Uma outra situação a qual há iterferêcia etre uas oas, é quao uma oa atige perpeicularmete um ateparo e é refletia. A superposição as uas oas prouzirá uma oa estacioária. O campo elétrico e uma oa estacioária é ao por = o se k se wt. fote ateparo Movimetao-se o ateparo a ireção a liha que o ue à fote, um ciclo é completao a caa meio comprimeto e oa percorrio pelo ateparo. Deste moo a istâcia etre ois míimos (ou ois máimos) é igual a meio comprimeto e oa.

4 III..3 Iterferêcia por filmes fios O filme é uma película fia e trasparete e moo que a oa iciete é refletia as suas uas iterfaces. A ifereça e camiho óptico percorrio e as características a refleão as uas iterfaces moificarão a fase relativa etre as uas oas. filme III..4 Iterferêcia e Michelso O equipameto utilizao, chamao e iterferômetro e Michelso, é visto a figura. Uma oa plaa icie um espelho semi-refletror e moo que uma parte a oa é refletia e a outra é trasmitia. Como o resultao as uas oas irigem-se ao etector. stas uas oas irão se superpor e iterferirão uma a outra. A ifereça e camihos percorrios pelas uas oas fará com que a iterferêcia seja costrutiva ou estrutiva. refletor refletor et etor espelho semi - refletor fote III..5 O espelho e Lloi Cosiere o ispositivo represetao a figura. Uma oa esférica icie sobre o espelho. m um ateparo colocao perpeicularmete ao espelho observa-se uas oas, a primeira evio à propagação ireta o sial e a segua evio à refleão o espelho. A ifereça e camiho ótico e a iversão e fase a refleão levarão à variação a fase relativa etre as uas oas e ovamete haverá iterferêcia etre as uas oas. A ifereça e camihos percorrios pelas uas oas fará com que a iterferêcia seja costrutiva ou estrutiva. ateparo espelho S fote S' imagem

5 IV - PART XPRIMNTAL LISTA D MATRIAL Coreta emissora e microoas polarizaas Coreta receptora Pota e prova receptora Fote e correte cotíua 10 1 V Micro-amperímetro Ateparo metálico grae () Ateparo metálico pequeo Régua Meior e âgulo Placa semi-refletora Décaa e resistores. IV. 1 Oas estacioárias Colocamos a coreta emissora e o ateparo metálico coforme o esquema a seguir. 65 cm pota e prova receptora régua Ligamos a pota e prova receptora ao micro-amperímetro e a colocamos etre o ateparo e a coreta emissora (o eio a coreta). Usao a régua como guia, eslocamos a pota e prova e ietificamos ez míimos e correte o amperímetro. P (cm) l/ (cm) 1,7,9 1, 4, 1,3 5,7 1,5 7,1 1,4 8,5 1,4 9,8 1,3 31,3 1,5 3,7 1,4 34,0 1,3 Méia 1,4 Desvio Parâo 0,1 P fote + 1 P = ( 1,4 ± 0,1) = (,8 0,)cm = ± P P + 1

6 IV. spelho e Lloy para microoas Armamos o ispositivo escrito a figura. Movimetamos o paralelamete ao eio as coretas. Meimos a istâcia para as quais a correte iicaa o micro-amperímetro é um míimo (fizemos quatro meias). 65 cm R 3,5 cm 65 cm = + 3,5 mí = 65 = ( + 1) 65 = = (cm) (cm) (cm) l (cm) 9,6 33,9 67,8 14, 35,5 70,9 3, 17,5 36,9 73,8,9 1,0 38,7 77,4 3,6 Méia 3, Desvio Parão 0, = ( + 1) ( 65) = ( + 1) + 1 = = ( 3, ± 0,3)cm IV. 3 Iterferêcia e filme fio Motamos os equipametos coforme o esquema. Ligamos a fote. Colocamos a placa metálica refletora atrás a semi-refletora, iicialmete a uma istâcia e 5 cm. Afastao a placa metálica (mateo-a perpeicular ao feie iciete) aotamos as posições para as quais verificam-se míimos e itesiae e correte o amperímetro. placa semi - refletora 40 cm R (cm) l/ (cm) 5,0 6,0 1,0 7,1 1,1 8,0 0,9 9,4 1,4 Méia 1,1 Desvio parão 0, mí = = ( + 1) = ( + 1) 4 = ( + 3) 4 = ( 1,1 ± 0,) = (, 0,4)cm = ±

7 IV. 4 Iterferêcia e Michelso Motamos os equipametos coforme o esquema abaio. Verificamos o alihameto os elemetos, Afastao uma as placas metálica (mateo-a perpeicular ao feie iciete) aotamos as posições para as quais verificam-se máimos e itesiae e correte o amperímetro. 30 cm R 0 cm 30 cm placa semi - refletora 0 cm (cm) l/ (cm) 0,5 1,7 1, 3, 1,5 4,6 1,4 6,1 1,5 Méia 1,4 Desvio parão 0, má = = ( ) = = ( + 1) = ( + 1) = = = (1,4 ± 0,) cm = (,8 ± 0,4) cm IV. 5 A upla fea e Youg Usamos uas placas metálicas graes e uma pequea para fazer o ispositivo e upla fea. Movemos a coreta receptora e aotamos os âgulos para os quais a correte iicaa o é máima. = se = 1,0 cm = 7 cm 1,0 cm placas metálicas 50 cm se 1 = se + = ( + 1) se + se = ( + 1) 1 se + 1 se = (,5 ± 0,1)cm = q ( o ) se q.se q l (cm) 0 0 0,0 1 0,358368,5,5 45 0, ,9,4 Méio,5 Desvio Parão 0,1 R

8 V - TRABALHO COMPLMNTAR Relacioamos a seguir os valores ecotraos para o comprimeto e oa a microoa e seus respectivos esvios. Item (cm) (cm) IV - 1,8 0, IV - 3, 0,3 IV - 3, 0,4 IV - 4,8 0,4 IV - 5,5 0,1 Valor méio,7 0,3 Coclusão Com este eperimeto ficamos familiarizaos com o feômeo e iterferêcia (costrutiva e estrutiva), e a partir estes pricípios coseguimos etermiar, com boa precisão, o valor o comprimeto e oa e uma microoa, ou seja, coseguimos alcaçar os resultaos esperaos.