Efecte Faraday

El efecte Faraday (denominat a voltes com a rotació Faraday) va ser descobert en 1845 pel físic Michael Faraday, i intenta demostrar l'interacció entre la llum i un camp magnètic. L'efecte descriu cóm el pla de polarisació de la llum pot canviar i mostra cóm la seua alteració és proporcional a l'intensitat del component del camp magnètic en la direcció de propagació de l'ona lluminosa.

L'efecte Faraday, un efecte magneto-òptic, és la primera evidència experimental de que la llum i el magnetisme estan relacionats. Hui en dia la base teòrica per a definir esta relació es denomina Teoria electromagnètica, i va ser desenrollada per James Clerk Maxwell entre els anys 1860 i 1870. Este efecte ocorre en la majoria dels materials dielèctrics transparents afectats per forts camps magnètics (per eixemple: 5 Tesla (50000 gauss) per a fer rotar la polarisació 90 graus).

L'efecte Faraday és resultat d'una resonància ferromagnética quan la permeabilidad d'un material es representa per un tensor. Esta resonància provoca que les ones es descomponguen en dos rajos polarisats circularmente i que es propaguen en velocitats diferents. Esta propietat es coneix com birrefringencia circular. Els rajos es recombinan en aplegar a la interfase del mig, de tal forma que l'ona resultant final té una rotació del seu pla de polarisació.

Càlcul de l'efecte

Gir del pla de Polarisació per l'Efecte Faraday.

Per a poder determinar el grau de gir del pla de polarisació en els diferents materials, s'ampra la següent fòrmula:

___MATH_0___

sent:

• β, l'àngul de rotació (en radianes)

• B, fluix de densitat magnètica en la direcció de propagació (en tesles)

• d, la llongitut del camí òptic (en metros)

• ___MATH_1___ és la constant de Verdet del material. Este valor és una constant empírica que mostra la proporcionalitat (en unitats de radianes per tesla i per metro) entre el camp i la rotació del pla de polarisació per a varis materials. Un valor positiu d'esta constant indica que el gir del pla serà levógiro (contrari a les agulles del rellonge), i pel contrari un valor negatiu indica un gir dextrógiro (sentit de les agulles del rellonge).

Alguns materials, tals com les aleacions transparents de terbi i gali (denominades abreviadamente com TGG), tenen un valor de la constant de Verdet extremadament elevat (≈ −40 rad T^-1 m^-1). D'esta forma, si es coloca una barra d'este material en un intens camp magnètic, l'àngul de la rotació Faraday pot aplegar a ser de 0.78 rad (45°). Este efecte permet la construcció del Rotador de Faraday, que té com a propietat aïllar alguns components de la llum transmesa en una direcció. Aïllants similars es construïxen en els sistemes de microones amprant barres de ferrita en una guia d'ona envolta en un camp magnètic.

Usos

L'efecte Faraday es considera de molta importància en camps tals com l'astronomia, que ho ampra en la medició de la força de camps magnètics de púlsares de radi, que pot ser estimada per mig de les mides combinades de la rotació del pla de polarisació i els retarts existents entre els polsos de radi en diferents llongituts d'ona. La mateixa informació pot obtindre's en atres objectes estelars que no siguen púlsarés.

Si es considera que un raig de llum passa a través d'un mig interestelar en el que existix una certa cantitat d'electrons lliures, es pot observar cóm existix un índex de refracció que consistix en fer que la llum es propague en dos modos polarisats circularmente. L'efecte Faraday en els núvols interestelares, al contrari de lo que passa en els líquits i sòlits, té una simple dependència en la llongitut d'ona de la llum (λ), d'esta forma:

___MATH_2___

A on l'efecte global d'este destorbament, caracterisat per MR, Medida de la Rotación, indica el gir del pla de polarisació en funció de B i de la densitat d'electrons, n_i; abdós poden variar a lo llarc de la trayectòria lumínica, d'esta forma es té que:

___MATH_3___

a on:

• i és el càrrega d'un electró
• m és la massa d'un electró
• c és la velocitat de la llum en el buit

Les ones de ràdio que passen a través de l'ionosfera estan subjectes igualment a rotació del pla de polarisació segons l'efecte Faraday, i l'efecte és proporcional al quadrat de la llongitut d'ona. A 435 MHz (UHF), es pot esperar que les ones hagen canviat el seu pla de polarisació en 1.5 rotacions completes a causa del trànsit per l'ionosfera, mentres que les ones d'1.2 GHz ho fan en prop d'un quarto d'una rotació completa.

En ingenieria elèctrica, este efecte és utilisat també com a principi de funcionament de transformadors de corrent òptics.