O polarização da luz É o fenômeno que ocorre quando a onda eletromagnética que constitui a luz visível oscila em uma direção preferencial. Uma onda eletromagnética é composta por uma onda elétrica e uma onda magnética, ambas transversais à direção de propagação. A oscilação magnética é simultânea e inseparável da oscilação elétrica e ocorre em direções mutuamente ortogonais..
A luz que a maioria das fontes de luz emite, como o Sol ou uma lâmpada, é não polarizada, o que significa que ambos os componentes: elétrico e magnético, oscilam em todas as direções possíveis, embora sempre perpendiculares à direção de propagação..
Mas quando há uma direção preferencial ou única de oscilação do componente elétrico, então falamos de uma onda eletromagnética polarizada. Além disso, se a frequência da oscilação está no espectro visível, então falamos de luz polarizada..
A seguir, veremos os tipos de polarização e os fenômenos físicos que produzem luz polarizada..
Índice do artigo
A polarização linear ocorre quando o plano de oscilação do campo elétrico da onda de luz possui uma única direção, perpendicular à direção de propagação. Este plano é considerado, por convenção, o plano de polarização.
E o componente magnético se comporta da mesma forma: sua direção é perpendicular à componente elétrica da onda, é única e também é perpendicular à direção de propagação..
A figura superior mostra uma onda polarizada linearmente. No caso mostrado, o vetor campo elétrico oscila paralelo ao eixo X, enquanto o vetor campo magnético oscila simultaneamente ao elétrico, mas na direção Y. Ambas as oscilações são perpendiculares à direção Z de propagação..
A polarização linear oblíqua pode ser obtida a partir da superposição de duas ondas que oscilam em fase e possuem planos de polarização ortogonais, como é o caso da figura abaixo, onde o plano de oscilação do campo elétrico na onda de luz é mostrado em azul ..
Nesse caso, a amplitude dos campos elétrico e magnético da onda de luz tem magnitude constante, mas sua direção gira com velocidade angular constante na direção transversal à direção de propagação..
A figura inferior mostra a rotação da amplitude do campo elétrico (na cor vermelha). Essa rotação resulta da soma ou superposição de duas ondas de mesma amplitude e polarizadas linearmente em planos ortogonais, cuja diferença de fase é π / 2 radianos. Eles são representados na figura abaixo como ondas azuis e verdes, respectivamente.
A maneira de escrever os componentes matematicamente x e Y do campo elétrico de uma onda com polarização circular direita, amplitude Eo e isso se espalha na direção z isso é:
E = (Ex eu; Ei j; Ez k) = Eo (Cos [(2π / λ) (c t - z)] eu; Cos [(2π / λ) (c t - z) - π / 2] j; 0 k)
Em vez disso, uma onda com polarização circular canhota amplitude Eo que se espalha na direção z é representado por:
E = (Ex eu; Ei j; Ez k) = Eo (Cos [(2π / λ) (c t - z)] eu, Cos [(2π / λ) (c t - z) + π / 2] j, 0 k)
Observe que o sinal é alterado pela diferença de fase de um quarto de onda do componente Y, em relação ao componente x.
Tanto para o caso dextro-rotatório o que canhoto, o vetor de campo magnético B está relacionado ao vetor de campo elétrico E por produto vetorial entre o vetor unitário na direção de propagação e E, incluindo um fator de escala igual ao inverso da velocidade da luz:
B = (1 / c) ouz ｘ E
A polarização elíptica é semelhante à polarização circular, com a diferença de que a amplitude do campo gira descrevendo uma elipse em vez de um círculo..
A onda com polarização elíptica é a superposição de duas ondas polarizadas linearmente em planos perpendiculares com um avanço ou atraso de π / 2 radianos na fase de um em relação ao outro, mas com a adição de que a amplitude do campo em cada um dos componentes é diferente.
Quando um feixe de luz não polarizado atinge uma superfície, por exemplo, vidro, ou a superfície da água, parte da luz é refletida e parte é transmitida. O componente refletido é parcialmente polarizado, a menos que a incidência do feixe seja perpendicular à superfície.
No caso particular em que o ângulo do feixe refletido forma um ângulo reto com o feixe transmitido, a luz refletida tem polarização linear total, na direção normal ao plano de incidência e paralela à superfície refletora. O ângulo de incidência que produz polarização total por reflexão é conhecido como Ângulo de Brewster.
Alguns materiais permitem a transmissão seletiva de um determinado plano de polarização do componente elétrico da onda de luz..
Esta é a propriedade utilizada para a fabricação de filtros polarizadores, nos quais geralmente se utiliza um polímero à base de iodo, esticado ao limite e alinhado como uma grade, compactado entre duas lâminas de vidro..
Tal arranjo atua como uma grade condutora que "curto-circuita" o componente elétrico da onda ao longo das ranhuras e permite que os componentes transversais passem através do feixe polimérico. A luz transmitida é, portanto, polarizada na direção transversal do corpo estriado.
Colocando um segundo filtro polarizador (chamado analisador) na luz já polarizada, um efeito de obturador pode ser obtido..
Quando a orientação do analisador coincide com o plano de polarização da luz incidente, toda a luz passa, mas para a direção ortogonal a luz se extingue completamente.
Para as posições intermediárias há passagem parcial da luz, cuja intensidade varia de acordo com o Lei de Malus:
I = Io Cosdois(θ).
A luz no vácuo, como todas as ondas eletromagnéticas, se propaga com uma velocidade c de aproximadamente 300.000 km / s. Mas em um meio translúcido, sua velocidade v é um pouco menos. O quociente entre c Y v se denomina índice de refração do meio translúcido.
Em alguns cristais, como calcita, o índice de refração é diferente para cada componente de polarização. Por isso, quando um feixe de luz passa por um vidro com birrefringência, o feixe é separado em dois feixes com polarização linear em direções ortogonais, conforme verificado com um filtro analisador polarizador..
A luz refletida da superfície da água do mar ou lago é parcialmente polarizada. A luz do céu azul, mas não das nuvens, está parcialmente polarizada.
Alguns insetos como o besouro Cetonia aurata reflete a luz com polarização circular. A figura abaixo mostra este interessante fenômeno, em que a luz refletida pelo besouro pode ser observada sucessivamente sem filtros, com um filtro polarizador direito e depois com um filtro polarizador esquerdo..
Além disso, foi colocado um espelho que produz uma imagem com um estado invertido de polarização em relação à luz refletida diretamente pelo besouro..
Filtros de polarização são usados em fotografia para eliminar o brilho produzido pela luz refletida de superfícies reflexivas, como a água..
Eles também são usados para eliminar o brilho produzido pela luz do céu azul parcialmente polarizada, obtendo fotografias de melhor contraste..
Na química, assim como na indústria de alimentos, um instrumento denominado polarímetro, que permite medir a concentração de certas substâncias que em solução produzem uma rotação do ângulo de polarização.
Por exemplo, através da passagem de luz polarizada e com a ajuda de um polarímetro, a concentração de açúcar em sucos e bebidas pode ser rapidamente determinada para verificar se está de acordo com os padrões do fabricante e controles de saúde.
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