Física Experimental IV Polarização por Reflexão ângulo de Brewster. Prof. Alexandre Suaide Prof. Manfredo Tabacniks

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Vitorino Cipriano Leal
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1 Físca xpermenal IV Polarzação por Reflexão ângulo de Brewser Prof. Alexandre Suade Prof. Manfredo Tabacnks

2 Reflexão e Refração da Luz fsca.ufpr.br/edlson/cap34.pdf

3 fsca.ufpr.br/edlson/cap34.pdf

4 prsma fsca.ufpr.br/edlson/cap34.pdf

5 Arco írs hp://

6 Reflexão nerna oal Fbra ópca fsca.ufpr.br/edlson/cap34.pdf

7 Polarzação por reflexão com polarzador hps:// fsca.ufpr.br/edlson/cap34.pdf

8 fsca.ufpr.br/edlson/cap34.pdf

9 CONTINUIDAD D CAMPOS LÉTRICOS MAGNÉTICOS NA MUDANÇA A D MIOS

10 CONTINUIDAD DO CAMPO LÉTRICO Podem haver cargas enre os dos meos, mas o poencal paralelo à nerface é consane (senão as cargas se moveram ao longo da nerface). θ n meo ε,, n n crcuo fechado superfíce gaussana meo ε,, n θ

11 CONTINUIDAD DO CAMPO LÉTRICO NORMAL As úncas componenes não nulas vêm das ampas, uma vez que e se cancelam. ε ε n n n + ε n A superfíce gaussana é sufcenemene pequena para que (x,y,z) não vare de um lado a ouro, exceo na mudança de meos, em que pode ocorrer uma desconnudade devdo às cargas na nerface. + ε 0 delérco, σ 0 n n σ le de Gauss nerface com densdade de cargas superfcal s r r ε. ds q carga lvre ε ε DILÉTRICO n n

12 CONTINUIDAD DO CAMPO LÉTRICO TANGNCIAL n c le de Faraday φ B 0 elerosáca n L L 0 c r r. dl φ B

13 CONTINUIDAD DO CAMPO MAGNÉTICO NORMAL B B n B A superfíce gaussana é sufcenemene pequena para que B(x,y,z) não vare de um lado a ouro. B B B n le de Gauss do magnesmo B n B + n 0 s r B. ds r 0 B B n n

14 CONTINUIDAD DO CAMPO MAGNÉTICO TANGNCIAL B n c correne concaenada I j. L B B B L I B n B le de Ampère φ 0 elerosáca B B L j. L B B j c r B r. dl I + ε φ B B em delércos, j 0

15 RSUMO CAMPOS LÉTRICOS MAGNÉTICOS M DILÉTRICOS ε ε n n B B n n B Vale para campos esácos B ou lenamene varáves. m especal para ondas M. Defne as propedades da ópca. A RFLXÃO e a RFRAÇÃO

16 TRANSMISSÃO RFLXÃO D ONDAS NA MUDANÇA A D MIOS

17 Ondas em delércos ε,, n ε,, n Ao passar de um meo para ouro a onda M em que sasfazer as 6 condções λ r r B vt v c n π ω ε ε n εn B n Bn B B

18 Ondas em delércos r B r k r k r ' ε, 0, n ε, 0, n ' r ' B r B r r r r r r ( x, ) 0sen( k x ω + δ ) Ao passar de um meo para ouro a onda M em que sasfazer as condções de conorno. A solução exge que haja uma onda refleda (com nversão de ) e oura ransmda. Uma vez que a ncdênca é normal, só exsem e B. (I) + (II) B B r Incdênca normal k r B B B z y x ' senω 0senω 0 0 senω mas B v c / n c / κ c ε ε 0 ' ε 0+ ε 0 ε 0 ε ' ε

19 Ondas em delércos Incdênca normal B ' 0 0 0, com 0 B ' 0 (I) 0 0 (II) r r r r r ( x, ) 0sen( k x ω + δ ),, B ε ε noe que se n n, so é, se não houver mudança de meo, e r 0. n 0 ε κ + ε ε ε 0 ε analogamene r 0 z y x TRANSMISSÃO 0 n ' 0 0 n n n + + n RFLXÃO n n Uma vez que s e Bs esão acoplados pelas les de Maxwell, uma vez enconrada uma relação para o campo elérco mplca auomacamene sasfazer as condções para o campo magnéco.

20 Ondas em delércos Incdênca normal TRANSMISSÃO 0 0 n n + n mas a nensdade da onda depende de I I I I v. ε. nc ref rans v v. ε v. ε.. ε. 0 ' 0. 0 r RFLXÃO ' 0 0 n n + n n coefcenes de ransmssão e reflexão de poênca T I I I R I rans nc ref nc ( n + n ) ( n n ) ( n + n ) 4 n n

21 Ondas em delércos Incdênca oblíqua os 3 raos são coplanares êm mesma freqüênca, ω êm mesma fase na nerface k r r r // r // θ θ r k r r r η η θ k r r // Rez, Mlford, Chrsy. Fundamenos da Teora leromagnéca, d Campus, 98:37

22 Incdênca oblíqua em delércos r ( ) jk ( xsnθ + z cosθ ) xˆ cosθ zˆ sn θ e Γ Τ ( ) jk ( xsnθ r z cosθ r ) xˆ cosθ + zˆ sn θ e ( ) jk ( xsnθ + z cosθ ) xˆ cosθ zˆ sn θ e r r

23 Ondas em delércos Incdênca oblíqua k r r r // r // θ θ θ k r r k r r r r // η η le de Snell η snθ η snθ componene perpendcular ao plano de ncdênca r η η η cosθ cosθ η cosθ η + η cosθ cosθ cosθ + η cosθ componene paralela ao plano de ncdênca r 0: polarzação oal θ B η arcg η r // η η η cosθ cosθ η cosθ η + η cosθ cosθ cosθ + η cosθ com um pouco de manpulação algébrca...

24 Polarzação por reflexão Coefcenes de reflexão ( R I/I 0 ) R R T g // n sen g sen sen ( θ θ ) ( θ + θ ) ( θ θ ) ( θ + θ ) ( θ ) n sen( θ ) Coefcenes de reflexão,0 0,8 0,6 0,4 0, R // R T n T,5 0, ângulo de ncdênca

25 Polarzação por reflexão m um dado ângulo a componene // da luz refleda em nensdade 0 Luz oalmene polarzada na oura dreção (ransversal) R g ( θ θ ) ( θ + θ ) // 0 g Coefcenes de reflexão,0 0,8 0,6 0,4 R // R T n T,5 0, θ + θ 90 o 0, ângulo de ncdênca

26 Polarzação por reflexão O ângulo no qual a luz refleda é oalmene polarzada é chamado: Ângulo de Brewser θ 90 o θ,0 n sen ( ) ( o θ n sen 90 θ ) n sen ( θ ) n cos( θ ) θ n θb arcan n Coefcenes de reflexão 0,8 0,6 0,4 0, R // R T n T,5 0, ângulo de ncdênca

27 Objevos Verfcar expermenalmene a polarzação por reflexão no acrílco Medr e grafcar os coefcenes de reflexão R // e R T em função do ângulo de ncdênca Deermnar o ângulo de Brewser e o índce de refração do maeral refleor (mínmo de R // ) θ B n arcan n

28 Polarzação por reflexão Arranjo expermenal para especrofoomera Pasco adapado para medda de polarzação por reflexão. A) θ θ θ Luce Cudado com o alnhameno do ssema Cobrr o sensor com uma fa crepe para dspersar a luz ncdene (já fo feo). Usar a fenda n o. 5; ssa geomera é chamada θ θ. Manendo o laser fxo, poscone o sensor em θ e mova o bloco aé θ para ver a luz refleda ncdr no sensor. Reajuse a alura do laser para máxmo snal. Meça I 0 vez por oura para corrgr evenuas mudanças de nensdade do laser. Mude o ganho se necessáro. Medr as nensdades I // e I T em função do ângulo de reflexão. Medr ambém I // +I T sem polarzador (conrole redundane); B) mede I 0 Grafcar de R // e R T como função do ângulo θ. Ajusar a função eórca esperada.

29 Vsa geral do arranjo para medda do ângulo de brewser bloco de luce polarzador fenda n o. 5 sensor com uma capa de fa crepe para dspersar a luz ncdene lene sensor Usar a lene para prender o polarzador Fenda n o. 5 Bom compromsso enre nensdade e precsão angular laser Prender o bloco de luce com fa crepe. Afrouxar o parafuso borbolea sob a plaaforma. Ajusar o luce no dâmero da plaaforma.

30 Dealhes do arranjo para medda do ângulo de brewser ) Ajusar ângulo θ do sensor. ) Ajuse o ângulo θ do bloco aé a luz laser ncdr na fenda. Maner a porca borbolea sob a plaaforma levemene aperada. Segurar o rlho frmemene 4) Regule a alura do laser para ncdr no cenro vercal. exo cen fa crepe 3) Há dos raos refledos. Cenralzar o aneror com o exo cenral do supore. Bloquear o rao poseror com uma fa crepe na superfíce aneror. face poseror face aneror

31 Dealhes do arranjo para medda do ângulo de brewser Alura do laser ajusado no cenro vercal mas anda não no cenro da fenda. Alura do laser ajusado no cenro vercal. Ângulo do luce ajusado com o laser no cenro da fenda (máxmo da leura de snal do sensor). Ajusar o ganho x, X0, x00, do sensor conforme necessáro. Ângulos raseros snal fraco ganho alo. Ângulos daneros snal fore ganho baxo. Corrja o valor da medda conforme o ganho ulzado. Ajuse os ângulos e maxmze a leura. Ajuse o polarzador meça R p. Rode o polarzador em 90, meça R// Rere o polarzador, meça R oal (medda redundane)

32 Cudados especas NUNCA DSLIGAR O LASR O Laser é não polarzado mas leva um empo (algumas horas) para angr essa suação e esablzar. Verfcar se, de fao, o laser não é polarzado. Cobrr o arranjo expermenal com o pano preo para evar luzes espúras; Organzar a omada de dados de forma a alernar as meddas de I 0, I // e I T para garanr a correa normalzação I // /I 0 e I T /I 0. A medda de I // +I T é para conrole redundane.

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