Prof°. Antônio Oliveira de Souza 05 / 10 / 2013

1. Faculdade de Engenharia e Inovação Técnico Profissional Av. Itororó, 1445CEP: 87010-460 - Maringá - Pr Polarização da Luz Prof°. Antônio Oliveira de Souza 05/ 10/ 2013

2. 1.0 – Introdução • 1.1 - A Polarização • A polarização é a restrição às possíveis direções de vibração dos campo elétrico e magnético. • Na radiação eletromagnética não polarizada, a vibração ocorre em todas as direções transversais à direção de propagação das ondas. • A polarização ocorre somente em ondas transversais. • As ondas das antenas de televisão inglesas são polarizadas na vertical, enquanto que as americanas e brasileiras são polarizadas na horizontal.

3. 2.0 Polarizando uma onda A Figura 1 (a) mostra uma onda eletromagnética com campo elétrico oscilando paralelamente ao eixo vertical y. O plano que contém o vetor E em instantes sucessíveis de tempo é chamado de plano de polarização da onda. A Figura 1 (b) mostra a vista frontal do plano de oscilação para a polarização do campo elétrico, o qual alterna continuamente entre o sentido positivo e o sentido negativo do eixo y. Figura 1

4. As ondas eletromagnéticas geradas por um canal de televisão têm sempre a mesma polarização, mas as ondas eletromagnéticas emitidas por uma fonte comum (o Sol ou uma lâmpada elétrica) são não polarizadas. • Assim, se representarmos a onda vista de frente, não teremos um desenho como na Fig. 1 (b), mas uma série de setas, como na Figura 2 (a) cada uma com uma orientação diferente. Figura 2

5. É possível, simplificar o desenho representando os campos elétricos da Fig. 2 (b) por meio das componentes z e y. • Nesse caso, a luz não polarizada pode ser representada por duas setas de duas cabeças, como na Fig. 2 (b). • Ao adotarmos essa representação estamos transformando a luz não polarizada em uma combinação de duas ondas polarizadas cujos planos de oscilação são mutuamente perpendiculares: um desses planos contém o eixo z e o outro o eixo y. • Podemos desenhar figuras semelhantes para representar uma onda parcialmente polarizada. • Mas uma onda parcialmente polarizada vai depender de quê?

6. É possível transformar a luz não polarizada fazendo-a passar por um filtro polarizador, como na Figura 3. • Esses filtros são conhecidos como filtros polaroid(ou polaroides). Figura 3

7. Um filtro polaroide é uma folha de plástico que contém moléculas longas. • Durante o processo de fabricação a folha é esticada, o que faz com que as moléculas se alinhem. • Quando a luz passa pela folha as componentes do campo elétrico paralelo às moléculas conseguem atravessá-la, mas as componentes perpendiculares às moléculas são absorvidas e desaparecem. • 2.1- A Intensidade da Luz Transmitida • Vamos considerar agora a intensidade da luz transmitida por um filtro polaroide. • Quando a componente z é absorvida metade da intensidade I0da onda original é perdida.

8. A intensidade I que emerge do filtro é: • (1) • Esta é a chamada regra da metade, que só é válida se a luz que incide no filtro polarizador é não polarizado. • A Figura 4 mostra um polaroide no plano do papel e o campo elétrico E de uma onda polarizada antes de passar pelo polaroide. • Podemos separar o campo elétrico (E) em duas componentes em relação à direção de polarização do filtro:

9. Figura 4 • a componente paralela Ey, que é transmitida pelo filtro, e a componente perpendicular Ez, que é absorvida. • Como  é o ângulo entre E e a direção de polarização do filtro, a componente paralela transmitida é dada por: • (2)

10. A intensidade de uma onda eletromagnética é proporcional ao quadrado do módulo do campo elétrico. No caso que estamos analisando, a intensidade I da onda emergente é proporcional a E2y e a intensidade I0 da onda original é proporcional a E2. • De acordo com a Eq. (2), temos • (3) • Esta é a regra docosseno ao quadrado, que só é válida se a luz que incide no polaroide for polarizada.

11. A Figura 5 mostra um arranjo no qual a luz incidente não polarizada passa por dois polaroides, P1 e P2. ( O primeiro é chamado de polaroide, e o segundo de analisador.) Figura 5

12. Como a direção de polarização de P1 é vertical a luz que emerge de P1 está polarizada verticalmente. • Se a direção de polarização de P2 também é vertical toda a luz que chega a P2 é transmitida. • Se a direção de polarização de P2 é horizontal, toda luz que chega a P2 é absorvida. • Veremos nos slides seguintes alguns tipos de polarização em distintas orientações.

14. As figuras seguintes ilustram uma onda com polarização linear vertical, mostrando apenas o vetor do campo elétrico (o magnético está sempre presente e a 90 graus).

15. As figuras seguintes ilustram uma onda com polarização linear horizontal, mostrando apenas o vetor do campo elétrico (o magnético está sempre presente e a 90 graus ).

16. A combinação de duas ondas linearmente polarizadas, uma vertical e outra horizontal, e eletricamente em fase, resulta em uma onda linearmente polarizada inclinada, como pode ser visto nas figuras seguintes.

17. A combinação de duas ondas linearmente polarizadas, uma vertical e outra horizontal, de mesma amplitude e eletricamente defasadas de 90 graus, resulta em uma onda circularmente polarizada, (da mesma forma que uma figura de Lissajous) como pode ser visto nas figuras animadas seguintes.

18. Vermelho: campo elétrico, verde: campo magnético.  Direção de propagação: de baixo para cima.

19. Referências HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J., Fundamentos de Física, vol. 4- 8ªed. Editora Livros técnicos e Científicos S.A. Rio de Janeiro - 2009. http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm. Acessado em 1 de outubro de 2013.