10 – Medidas de reflexão em interfaces dielétricas (Brewster)

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Importante !!! O objetivo desta nota experimental, é somente facilitar o procedimento experimental no laboratório. Para a preparação da atividade, relatório e seminário não deixe de consultar a bibliografia sugerida.

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01 – INTRODUÇÃO

O experimento tem por objetivo a determinação do índice de refração de um material, utilizando para isso o ângulo de Brewster. Esta atividade possibilita maior familiaridade com os parâmetros de refletividade e de transmissividade, como também a utilização de medidas de luminosidade...

E, além disso, que dipolos irradiam preferencialmente na direção perpendicular ao seus eixos de oscilação e não irradiam nenhuma energia ao longo de seus eixos.

Assim, quando esta onda estiver incidindo sobre o ângulo b, não teremos onda refletida, pois sua direção seria exatamente a do eixo de oscilação dos dipolos. Esse ângulo é conhecido por ângulo de Brewster.

Através da lei Snell e usando o fato de que os raios refletidos e refratados formam 90⁰ entre si

(q b + q r) = p/2 , onde q b é o ângulo de incidência/reflexão e q r é o ângulo de refraçãoPor Snell Descartes :  n1 sen q1 = n2 sen q2          n1 sen q b = n2 sen(90 – q b)Resulta que :q b = arc tan (n2 / n1)onde n2 índice de refração do meio, n1 índice de refração do meio de incidência.

Para o meio de incidência com n=1 tiramos facilmente que no ângulo de Brewster n é dado por:  tan q_i = n   onde  n = n₂ / n₁

Onde já estamos levando em conta que o meio onde o raio esta inicialmente se propagando não é o vácuo.

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Fig.1 – Raio incidente na condição de Brewster.

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02 – MÍNIMA INTENSIDADE DO FEIXE REFLETIDO

Experimentalmente vemos que a componente refletida, paralela ao plano de incidência, se anula ( pois i + r = 90^o ). Gostaríamos que, qualquer que fosse a orientação do polarizador, o mínimo na intensidade do feixe laser refletido estivesse na condição do ângulo de Brewster, pois não teríamos que nos preocupar com o alinhamento correto do polarizador, mas isto não é verdade, uma vez que existe a polarização ideal para este efeito ocorra.

As aplicações que advem desta teoria são inúmeras, pode-se utilizar filtros polarizadores de luz, por ex, em óculos de sol para filtrar os reflexos de luz vindo do sol e que atrapalham bastante a visão de um motorista, filtros para fotografias etc.

Olhando para a fig. 2 e 3, vemos que existe uma situação particular da polarização Tm ( horizontal) onde o efeito é visto facilmente.

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Fig. 2 – Variação da reflectância em função do ângulo de incidência (Polarização incorreta)..Luz corretamente polarizadaFig. 3 – Variação da reflectância em função do ângulo de incidência.

03 – PARTE EXPERIMENTAL

Com o auxílio de um Laser de He-Ne, determinamos o ângulo de Brewster registrando o ângulo para a mínima intensidade luminosa. Registramos também ângulos antecedentes e posteriores a esse ângulo de mínima intensidade e suas respectivas intensidades para à partir daí construírmos uma curva intensidade luminosa x ângulo e então com essa informação tirarmos o ângulo de Brewster para tres orientações diferentes do polarizador e uma curva sem polarizador.

A determinação do ângulo de Brewster pode ser realizada experimentalmente, fazendo-se incidir uma luz polarizada sobre o material em teste. Variando-se o ângulo de incidência e com um detector de intensidade luminosa obtem-se o ângulo para o qual a intensidade é mínima.

Neste experimento utilizou-se como fonte luminosa um Laser He-Ne cuja luz era polarizada fazendo-se sua luz passar por um polarizador antes de atingir a superfície da amostra, o qual esta presa a um conjunto mecânico com dois movimentos conjugados ( q e 2q ) e acoplado a um goniômetro que da o valor do ângulo deslocado

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04 – COLETA DE DADOS

Inicialmente alinha-se a luz do Laser refletido no próprio Laser (Superfície da amostra normal à direção da luz) registra-se a leitura do goniômetro.

Monta-se então o detector no braço do mecanismo, para se rastrear a variação da intensidade do feixe de luz refletido ( Faça a montagem com cuidado para que o mecanismo q – 2q não saia da posição).

Na região de mínima intensidade anota-se os ângulos e suas intensidades correspondentes.

Procure fazer todos os deslocamentos com o máximo de cuidado para que o cabo do detector ou mesmo o mecanismo não enrosque em nada.

Cuidado ao acender a luz da sala, pois provavelmente a sensibilidade do detetor estara alta, ou o diafragma de proteção estará todo aberto.

fig. 4 Montagem Experimental

05 – RESUMO DAS ATIVIDADES

1- Aquecer o Laser e o fotômetro no mínimo 1 hora antes do início das atividades para a sua estabilização térmica

2 – Montar a amostra no suporte com o cuidado de não toca-la com os dedos para não suja-la.

3 – Fazer o alinhamento amostra – Laser , fazendo incidir a luz refletida da amostra novamenbte na saida do Laser, e registrar a leitura inicial do goniômetro.

4 – Fazer várias medidas na região de mínima intensidade (pelo menos 15 pontos para depois fazer a regressão polinomial e levantar a equação da curva com bastante precisão). Fazer 3 tipos de leituras: a – intensidade do feixe refletido sem o palarizador.

b – Anotar a intensidade do feixe refletido com o polarizador em 2 orientações diferentes.

5 – Usar um software (Origin ou Mathematica) para o cálculo do índice de refração da amostra.

6 – Analisar os resultados.

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06 – BIBLIOGRAFIA

– JENKINS and WHITE, “Fundamental of Optics“, McGraw Hill

– GRANT FOWLES,”Introduction to the Modern Optics“.

– DRISCOLL & VAUGHAN eds.,” Handbooks of Optics“, McGraw Hill.

– “Optical Glass “, Schott Optical Glass Inc.

– “Optical Glass “, Corning Glass Works.

– HALLIDAY and RESNICK, “Física “, Livros Técnicos e científicos.

– TRIPLER, “Física,” Guanabara Dois.

– EISBERG, “Física “- Fundamentos e aplicações, McGraw Hill.