Polarização da Luz

Descrição da Experiência

Esta experiência permite polarizar a luz duma fonte incoerente (um LED branco) através dum polarizador e estudar o efeito dum segundo polarizador sobre esse mesmo feixe de luz, medindo no final a potência incidente sobre uma fotocélula.

A luz pode ser descrita como uma onda electromagnética dotada duma polarização característica, ou seja o campo elétrico da onda oscila num plano determinado perpendicular à direção de propagação da mesma. Certos meios possuem a propriedade de absorverem a onda segundo uma determinada direção e permanecem “transparentes” na outra direção, tal como as lentes “polaróide”.

O objectivo desta experiência é demonstrar o efeito da passagem da luz por vários polarizadores, interpondo os mesmos no percurso óptico da luz com vários ângulos definidos pelo utilizador. No entanto quando existem três polarizadores, iremos ver que a interpretação do efeito dos polarizadores poderá ser quântica, principalmente no limite de lidarmos com um único fotão.

Ligações

• Laboratório: Básico em elab.tecnico.ulisboa.pt
• Sala de controlo: Polaroide
• Nivel: **

Aparato Experimental

A experiência é formada por uma fonte de luz (LED alto brilho branco) dotada dum colimador que foca os raios luminosos tornando-os aproximadamente paralelos. No inicio do percurso ótico pode ser interposto um polarizador vertical da radiação luminosa.

De seguida são interpostos no percurso óptico dois polarizadores adicionais cujo ângulo dum deles é pré-definido à partida e o outro pode rodar, ambos sempre em torno do eixo de propagação da luz.

A luz é por fim coletada através duma lente convergente, em cujo foco existe um fotodíodo que permite medir a intensidade da radiação incidente. Esta intensidade será obviamente o resultado da atenuação introduzida pelo sistema do conjunto dos polarizadores interpostos no seu percurso óptico.

Protocolo

Nesta sala de controlo poderá medir a atenuação dum feixe luminoso provocada pela rotação entre si dos planos de polarização de dois polaroides. Pode ser seleccionada uma fonte de luz normal ou previamente polarizada.

O supervisor da experiência pode escolher dois limites de varrimento de um dos polarizadores e fixar o ângulo do segundo polarizador, adquirindo o valor da potência da luz transmitida por um fotodíodo.

A resolução (ângulo de incremento entre aquisições) com que são obtidos os dados pode ser préviamente escolhida de acordo com o interesse do utilizador e da resolução do aparelho.

Protocolo avançado

A experiência permite ainda ser realizada com luz polarizada à partida. Seleccionando esta opção poderá ser verificada a Lei de Malus com múltiplos polarizadores em que se deve multiplicar todos os quadrados dos cosenos entre si e depois inserir o valor final na equação da atenuação, ou seja:

[math] I_s=I_a\prod cos ^2(\alpha_i) [/math]

No caso de dois dos polarizadores estarem a 90º entre eles, mas o interposto a um ângulo α, a aplicação sequencial da lei de Malus leva a que:

[math] I_s=I_a (cos (\alpha_i)cos(90-\alpha_i))^2=I_a (cos (\alpha_i)sen(\alpha_i))^2=\frac{I_a}{4}sen^2(2\alpha) [/math]

Daqui pode surgir um paradoxo, uma vez que se tivermos dois polarizadores a 90º nenhuma luz passará mas introduzindo um terceiro polarizador a 45º entre eles já obtemos luz através do sistema, que emergirá atenuada de 25%!

No entanto a interpretação deste fenómeno de "repolarização" da luz tem necessáriamente uma interpretação quântica no limite de um fotão único.

Ligações

• Versão em Inglês (English Version)