3.3. Física Experimental IV Birrefringência Atividade Ótica. Prof. Alexandre Suaide Prof. Manfredo Tabacniks

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1 3.3. Física Experimental IV Birrefringência Ativiae Ótica Prof. Alexanre Suaie Prof. Manfreo Tabacniks

2 Polarização a luz Objetivos Estuar o fenômeno e polarização a luz Aula 1 Métoos e polarização Lei e Malus Aula 2 Estuo o fenômeno e birrefringência Lei e Brewster Aula 3 Ativiae óptica e elementos Birrefringência Atviae Ótica

3 birrefringência Alguns materiais, chamaos Birrefringentes, têm iferentes ínices e refração (leia velociaes e propagação a luz) para iferentes ireções e polarização. Em outras palavras, esses materiais reagem à polarização como um prisma o faz em relação ao comprimento e ona. Materiais birrefringentes poem separar um raio espolarizao em uas componentes polarizaas ao longo os chamaos eixo principal ou orinário e eixo extraorinário o material. birrefringência por stress birrefringência a Calcita Birrefringência é o resultao a anisotropia o material. É possível inuzir anisotropia e consequentemente birrefringência por stress, campo elétrico, campo magnético, etc..

4 birrefringência

5 Placas e ona São placas confeccionaas a partir e materiais birrefringentes cujo objetivo é alterar as fases entre as componentes o e e a luz inciente Seja uma placa e espessura. Qual é a iferença e fase entre as uas componentes após sair a placa? raio orinário (rápio) raio extraorinário (lento)

6 Placas e ona Ínice e refração para caa componente: n o c = ne= v o c v Tempo que caa componente leva para atravessar a placa no n to= =, te= v c c o Diferença e tempo entre as uas onas t = t t = n n c e e ( ) o e o e

7 Placas e ona Diferença e tempo entre as uas onas t = t t = n n c Diferença e fase Substituino... ( ) o e o e φ = 2 π t, T = T λ c φ = π n λ ( n ) 2 o e

8 Placas e ½ ona A placa e ½ ona é aquela na qual a iferença e fase obtia entre as uas componentes é ½ o períoo, ou seja, π. ( 2m 1) φ = + Isto somente ocorre quano a espessura a placa está bem relacionaa com o comprimento e ona, e tal forma que: ( n ) n o = e π ( 2m + 1) 2 λ

9 Placas e ½ ona Vamos ver as componentes o campo elétrico na entraa a placa O campo elétrico esta sempre oscilano ao longo a linha A E na saía a componente e está efasaa e meia ona relativamente à componente o. O campo elétrico vai oscilar ao longo a reta B Ou seja, a placa e ½ ona gira o campo elétrico e 2θ. A E e E θ E o θ B E E e Saía: campo E efasao eπ

10 Placas e ¼ e ona A placa e ¼ e ona é aquela na qual a iferença e fase obtia entre as uas componentes é ¼ o períoo, ou seja, π/2. π φ = ( 4m + 1) 2 Isto somente ocorre quano a espessura a placa está bem relacionaa com o comprimento e ona, e tal forma que: ( n ) n o = e ( 4m + 1) 4 λ

11 Placas e ¼ e ona Vamos ver as componentes o campo elétrico na entraa a placa O campo elétrico esta sempre oscilano ao longo a linha A O campo elétrico poe, em qualquer instante e tempo, ser escrito como: r o E( x, t) = E cos( kx ωt) oˆ e + E cos( kx ωt) eˆ A E e E θ E o A placa e ¼ ona introuz uma fase e π/4 na componente e.

12 Placas e ¼ e ona Assim, o campo elétrico na saía a placa r o E( x, t) = E cos( kx ωt) oˆ Ou seja: e π + E cos( kx ωt + )ˆ e 2 r o E( x, t) = E cos( kx ωt) oˆ e + E sen( kx ωt)ˆ e A ona que era inicialmente polarizaa torna-se elipticamente polarizaa A E e E θ E o

13 Objetivos Usano uma placa e ¼ e ona, transformar uma ona linearmente polarizaa em elipticamente (circularmente) polarizaa Construir uma placa e ½ ona e testá-la Estuar o ângulo e giro e uma substância óticamente ativa (açúcar e cana).

14 Placa e ¼ e ona Montar o arranjo o laser + polarizaor + placa e ¼ e ona + polarizaor + fotoioo fotosensor Laser Lente Polarizaor Placa e ¼ e ona Polarizaor Analisaor Ajustar o polarizaor 45º em relação ao eixo óptico a placa e ¼ e ona. Isso garante que as componentes e e o têm a mesma amplitue

15 Placa e ¼ e ona Com inciência em 45 uma placa e ¼ e ona transform a uma ona linearmente polarizaa em circularmente polarizaa. Assim, a intensiae e luz no sensor everá inepener o ângulo o analisaor. fotosensor Laser Lente Polarizaor Placa e ¼ e ona Polarizaor Analisaor Verificar o funcionamento e uma placa e ¼ e ona. Meir a intensiae a luz em função o ângulo o analisaor. Trabalhar rápio para evitar a variação e polarização e intensiae inicial o laser.

16 Placa e ½ ona Construir uma placa e ½ ona e testá-la: Usar camaas e fita aesiva transparente numa placa e viro. A fita aesiva é o elemento birrefringente. Com o polarizaor montao num ângulo qualquer θ ~ 45 Inserir a placa e viro com a fita aesiva na ireção vertical. Uma placa e ½ ona everá apresentar um mínimo e polarização com os polarizaores alinhaos, ou um máximo com os polarizaores cruzaos. Determinar a espessura (número e camaas e fita) necessária para obter θ = π/2.

17 Substâncias óticamente ativas. Quiraliae Substâncias que roam o sentio e E Dextrógira (gira E no sentio anti-horário) Levogiras (gira E no sentio horário) θ m = α L V θ: rotação (em graus) o plano e vibração a luz α: característica a solução m/v: concentração a solução [g/l] L: comprimento a coluna L fotosensor Laser Polarizaor m V solução ativa Polarizaor Analisaor Lente Determinar α para a solução e açúcar e cana.