EFECTO FARADAY

EFECTO FARADAY

El efecto Faraday (denominado a veces como rotación Faraday) fue descubierto en 1845 por el físico Michael Faraday, e intenta demostrar la interacción entre la luz y un campo magnético. El efecto describe cómo el plano de polarización de la luz puede cambiar y muestra cómo su alteración es proporcional a la intensidad del componente del campo magnético en la dirección de propagación de la onda luminosa.

El efecto Faraday, un efecto magneto-óptico, es la primera evidencia experimental de que la luz y el magnetismo están relacionados. Hoy en día la base teórica para definir esta relación se denomina Teoría electromagnética, y fue desarrollada por James Clerk Maxwell entre los años 1860 y 70. Este efecto ocurre en la mayoría de los materiales dieléctricos transparentes afectados por fuertes campos magnéticos (por ejemplo: 5 Tesla (50000 gauss) para hacer rotar la polarización 90 grados).

El efecto Faraday es resultado de una resonancia ferromagnética cuando la permeabilidad de un material se representa por un tensor. Esta resonancia provoca que las ondas se descompongan en dos rayos polarizados circularmente y que se propagan con velocidades diferentes. Esta propiedad se conoce como birrefringencia circular. Los rayos se recombinan al llegar a la interfase del medio, de tal forma que la onda resultante final tiene una rotación de su plano de polarización.

Cálculo del efecto

Para poder determinar el grado de giro del plano de polarización en los diferentes materiales, se emplea la siguiente fórmula:

Donde:

β es el ángulo de rotación (en radianes)

B es flujo de densidad magnética en la dirección de propagación (en teslas)

d es la longitud del camino óptico (en metros)

es la constante de Verdet del material. Este valor es una constante empírica que muestra la proporcionalidad (en unidades de radianes por tesla y por metro) entre el campo y la rotación del plano de polarización para varios materiales. Un valor positivo de esta constante indica que el giro del plano será levógiro (contrario a las agujas del reloj), y por el contrario un valor negativo indica un giro dextrógiro (sentido de las agujas del reloj).

Algunos materiales, tales como las aleaciones transparentes de terbio y galio (denominadas abreviadamente como TGG), tienen un valor de la constante de Verdet extremadamente elevado (≈ −40 rad T^-1 m^-1). De esta forma, si se coloca una barra de este material en un intenso campo magnético, el ángulo de la rotación Faraday puede llegar a ser de 0.78 rad (45°). Este efecto permite la construcción del Rotator de Faraday, que tiene como propiedad aislar algunos componentes de la luz transmitida en una dirección. Aislantes similares se construyen en los sistemas de microondas empleando barras de ferrita en una guía de onda envuelta en un campo magnético.EFECTO FARADAY
El plano de vibración de la luz linealmente polarizada incidente en ciertos materiales gira cuando se aplica un campo magnético B en la dirección de propagación.

A esto se le conoce como efecto Faraday o magnetoóptico y fue una de las primeras indicaciones de la interrelación del electromagnetismo y la luz. El ángulo de rotación es proporcional al campo magnético y a la longitud del medio atravesado.

Hay numerosas aplicaciones prácticas del efecto Faraday. Desde la llegada del laser en 1960, se viene utilizado el enorme potencial de la luz laser como un medio de comunicación. Una componente esencial de un sistema de comunicación es el modulador, cuya funicón es imprimir información en el haz. Este dispositivo debe tener la capacidad de variar la onda de luz a lats velocidades y de forma controlada. Podría , por ejemplo alterar la amplitud, la polarización, la dirección de propagación, la fase o la frecuencia de onda de una manera con la señal que se va a transmitir. Un ejemplo se muestra en la figura siguiente, en la que se ha representado un modulador magnetoóptico basado en el efecto Faraday

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FORMULARIO

Ley de Malus (nicoles y laminas polarizadas): << Cuando en un nicol incide un rayo de luz polarizada la intensidad luminosa del rayo emergente es directamente proporcional al coseno cuadro del ángulo que forman el plano principal del nicol y de la vibración de la luz>>.

Producción de luz polarizada por reflexión y refracción . Ley de Brewster. Cuando un rayo de luz natural incide sobre cualquier medio refringente, se verifica una polarización de la luz. El rayo reflejado se enriquece en la componente cuyo plano de vibración es perpendicular al de incidencia (plano que forman el rayo incidente y la normal) y el rayo refractado se enriquece en la componente que vibra en el propio plano de incidencia.

Cuando el ángulo de incidencia tiene un valor determinado (ángulo de polarización), el rayo reflejado esta totalmente polarizado.

Sir David Brewster descubrió experimentalmente que cuando el ángulo de incidencia es el ángulo de polarización, el rayo reflejado y el refractado son perpendiculares

pudiéndose escribir la ley de Snell de la forma:

que será igual al índice de refracción de la sustancia cuando el primer medio sea aire. << Un rayo de luz se polariza totalmente por reflexión, cuando la tangente del ángulo de incidencia es igual al índice de refracción>>.

Leyes de Biot: <<El poder rotatorio de los cuerpos sólidos es directamente proporcional al espesor de las sustancias atravesadas por la luz polarizada y a su densidad>>.

[a] se llama poder rotatorio especifico, cuyo valor es constante para cada sustancia.

<<El poder rotatorio de las disoluciones es directamente proporcional al espesor de la capa liquida y a la concentración >>.

Siendo l la longitud de un tubo lleno de liquido y atravesado por la luz polarizada, las leyes de Biot se expresan:

El poder rotatorio especifico de una disolución es:

O sea: el giro del plano de polarización producido por una disolución de concentración unidad, haciendo la observación a través de un tubo de la unidad de longitud.