Capítulo 33. Ondas eletromagnéticas

Transcrição

1 Capítulo 33 Ondas eletromagnéticas

2 O Arco-íris de Maxwell James Clerk Maxwell: - raio luminoso = onda eletromagnética - óptica (luz visível) = ramo do eletrom. Meados do séc. XIX: - espectro = UV-Vis + IR Heinrich Hertz: - gerou ondas de rádio - velocidade = velocidade da luz visível Heinrich Hertz

3 O espectro eletromagnético comp. de onda (em metros) tam. de um comp. de onda nome comum da onda longo campo de futebol casa ondas de rádio bola de baseball micro-ondas curto célula bactéria vírus proteína molécula de água infravermelho ultravioleta raios-x duros visível raios-x moles raios gama fontes freqüência (Hz) rádio AM cavidade rf rádio FM forno micro-ondas radar pessoas lâmpadas ALS máq. de raios-x elementos radiativos energia de um fóton (ev) baixa alta Não tem limites definidos e nem lacunas.

4 Luz do sol

5 sensibilidade relativa Sensibilidade do olho humano adaptado à luz adaptado ao escuro comprimento de onda (nm) Diferente para ambientes iluminados e não-iluminados

6 Descrição qualitativa de uma onda eletromagnética Raios-X Raios-g fontes atômicas ou nucleares quântica Luz visível Outros tipos: l aprox. 1m fontes macroscópicas

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8 Num ponto P distante (onda plana): B E E P B P P B B B P P P E E E P B E P B P

9 Raios

10 Variação da intensidade com a distância s Fonte pontual = isotrópica esfera

11 Exercícios e Problemas 1. Frank D. Drake, um investigador do programa SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence, ou seja, Busca de Inteligência Extraterrestre), disse uma vez que o grande radiotelescópio de Arecibo, Porto Rico é capaz de detectar um sinal que deposita em toda a superfície da Terra uma potência de apenas um picowatt. (a) Qual a potência que a antena do radiotelescópio de Arecibo receberia de um sinal como este? O diâmetro da antena é 300m. (b) Qual teria que ser a potência de uma fonte no centro de nossa galáxia para que um sinal com esta potência chegasse a Terra? O centro da galáxia fica a 2,2 x 10 4 anos-luz de distância. Suponha que a fonte irradia uniformemente em todas as direções.

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13 (a) na superfície terrestre: área da superfície terrestre Mesma onda na antena (supondo sua área plana): raio terrestre r t = 6,37 x 10 6 m diâmetro da antena d = 300 m

14 (b) P s =? I do item anterior x 1015W average total power consumption of the human world in 2010

15 Polarização

16 Luz polarizada Fonte de luz comum polarizadas aleatoriamente ou não-polarizadas y E ou E z Parcialmente polarizadas setas comp. diferentes

17 Filtro polarizador Não-polarizada em polarizada E feixe incidente polarizador luz polarizada

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19 Intensidade da luz polarizada transmitida Luz não-polarizada: polariz. não-polariz. Luz polarizada: projeção o vetor E y E q E y E z z Como: (só para luz já polarizada)

20 + de 1 polarizador E q I 0 I 2 I 1

21 Exercícios e Problemas Na praia, a luz em geral é parcialmente polarizada devido às reflexões na areia e na água. Em uma praia, no final da tarde, a componente horizontal do vetor campo elétrico é 2,3 vezes maior que a componente vertical. Um banhista fica de pé e coloca óculos polarizadores que eliminam totalmente a componente horizontal do campo elétrico. (a) Que fração da intensidade luminosa total chega aos olhos do banhista? (b) Ainda usando os óculos, o banhista se deita de lado na areia. Que fração da intensidade luminosa total chega agora aos olhos do banhista? (Halliday 34.40P)

22 (a) óculos E v q E v E h h (b)

23 Exercícios e Problemas 4. Um feixe de luz parcialmente polarizada pode ser considerado como uma mistura de luz polarizada e não-polarizada. Suponha que um feixe deste tipo atravesse um filtro polarizador e que o filtro seja girado de 360º enquanto se mantém perpendicular ao feixe. Se a intensidade da luz transmitida varia por um fator de 5,0 durante a rotação do filtro, que fração da intensidade da luz incidente está associada à luz polarizada do feixe? (Halliday 34.39P)

24 E q I tot I fin

25 Resfriamento atômico por lasers

26 Exercícios e Problemas 2. Na figura abaixo, o feixe de um laser com 4,60 W de potência e 2,60 mm de diâmetro é apontado para cima, perpendicularmente a uma das faces circulares (com menos de 2,60 mm de diâmetro) de um cilindro perfeitamente refletor, que é mantido suspenso pela pressão da radiação do laser. A densidade do cilindro é 1,20 g/cm 3. Qual é a altura H do cilindro? (Halliday 34.26P) 2,60 mm H A

27 Ondas Planas

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29 Reflexão e Refração

30 Índice de refração, n Dispersão cromática Vidro crown acrílico Quartzo fundido Comp. de onda (nm)

31 Prisma

32 Reflexão interna total

33 Fibras ópticas

34 Polarização por reflexão Luz refletida Parcialmente polarizada

35 Lei de Brewster