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Estudo das propriedades ópticas de um fluido magnético
Raphael Ximenes; Tiago Krall
Instituto de Física
INTRODUÇÃO
Pela lei de Malus a transmitância de dois
polarizadores lineares é dada por:
As aplicações dos fluídos magnéticos variam, sendo utilizado, por
exemplo, em áreas da engenharia e da biomedicina. Recentemente,
com o desenvolvimento da comunicação óptica, o estudo das
propriedades ópticas de fluídos magnéticos sob a influência de
campos magnéticos externos ganhou grande importância. Tais
propriedades são conhecidas como propriedades ópticas magnéticas.
OBJETIVO
Este estudo consistiu em observar a rotação do plano de polarização do
feixe de laser após sua emersão da amostra de ferrofluido sob a influência
de um campo magnético.
Além de realizar um teste de uma alternativa para a determinação da
temperatura de Curie (temperatura na qual os materiais perdem suas
propriedades ferromagnéticas).
I/I0 = cos2θ
Conforme o ajuste da função f(x)=A+ Bcos2x
observa-se a compatibilidade com o modelo
dentro de três incertezas quando há campo
magnético, e não compatibilidade quando o
campo é nulo.
Figura 6 – Atividade óptica da amostra na presença e
ausencia de campo magnético.
Para analise do desvio do plano de polarização montou-se o esquema representado nas
figuras 7 e 8 e mediu-se a diferença do ângulo correspondente ao mínimo de cada
gráfico comparado ao gráfico da figura 7.
O mesmo procedimento foi realizado para diversos campos magnéticos (distância do
ímã à amostra). Para caracterizar o desvio de plano de polarização, realizou-se a
medida na ausência de campo magnético (sem ímã).
METODOLOGIA
O ferrofluido utilizado foi o tipo EMG 905 que continha partículas de 10nm de
diâmetro e concentração de 2,36%. O ferrufluido foi colocado em microslides
plano de vidro.
Figura 1 – Esquema de montagem do porta-amostra.
Caracterizou-se o laser utilizado (He-Ne) e observou-se a atividade óptica da
amostra sob a ação de um campo magnético constante, utilizando-se
polarizadores e 2 ímãs distintos. A coleta de dados foi feita a partir da
interface PASCO. Para a variação da temperatura da amostra utilizou-se um
aquecedor.
Figura 7 – Atividade óptica na
ausência de campo.
Figura 8 – Atividade óptica para diferentes campos.
RESULTADOS
Primeiramente verificou-se a
qualidade do laser utilizado, ou seja,se
a intensidade transmitida pelo laser
era suficientemente constante para o
experimento, obtendo o gráfico
apresentado na figura 2.
Figura 9 - Δθ é a diferença entre o ângulo para o qual
ocorreu o mínimo de intensidade entre os
polarizadores quando a amostra era submetida ao
campo magnético do imã e o ângulo para o qual
ocorreu o mínimo de intensidade entre os
polarizadores sem a amostra.
Figura 2 – Esquema de montagem experimental e
dados obtidos na caracterização do laser.
O tipo de polarização do feixe
laser foi estudado incidindose o feixe do laser sobre um
polarizador linear e captando
a intensidade transmitida.
Figura 11 – Esquema do arranjo experimental e ajuste
linear para obtenção da temperatura de Curie.
(a)
(b)
Figura 3 – Esquema de montagem experimental (a) teste de polarização;
(b) teste do tipo de polarização.
O mapeamento do campo magnético
também foi necessário.
Utilizou-se dois ímãs distintos:
Figura 10 – O mínimo de tensão é a tensão correspondente ao
ponto de mínimo das curvas de atividade óptica.
Com os dados disponíveis pôde-se
notar que o aumento da intensidade do
campo magnético acarreta no aumento
de Δθ não necessariamente linear. O
mínimo de tensão aumenta com o campo magnético.
Definiu-se como I0 é a irradiância emergente da
amostra medida sem a presença do campo magnético
temperatura ambiente. A temperatura de Curie dá-se
quando a intensidade medida pelo sensor na presença
do campo magnético é igual a I0.
O valor obtido foi 587 (29) K.
CONCLUSÕES
•Aparentemente a amostra comporta-se como um polarizador plano (Lei de Malus).
As variações dos mínimos de intensidade sugerem que o feixe emergente de laser da amostra
possui alguma polarização não-linear.
•O campo magnético atua de forma a girar o eixo de polarização no sentido anti-horário, no
referencial do laser.
(b)
•A amplitude do giro é proporcional ao campo magnético.
(a)
•Para uma determinação mais precisa da temperatura de Curie seria necessário atingirmos
temperaturas mais elevadas.
- Problema: Risco de danos na amostra (evaporação). -
(b)
(a)
Figura 5 – (a) Mapa da intensidade do campo
magnético; (b) Desenho esquemático do ímã
pequeno.
Figura 4 – (a) Desenho esquemático do ímã
furado; (b) Mapa da intensidade do campo
magnético paralelo ao plano da mesa.
O módulo do campo magnético é bem
próximo ao módulo da intensidade da
componente paralela.
•Como sugestão para a continuação do experimento seria estudar o comportamento microscópico
da amostra submetida ao campo magnético.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
•[01] G. Wang; J.P. Huang; Chem. Phys.Letters 421 (2006) 544- 548.
•[02] S. Engelmann; A. Nethe; Th. Scholz; H.D. Stahlmann; Jour. Mag. And Mag. Mat. 293 (2005) 685- 689.
•[03] P. Trivedi; R. Patel; K. Parekh; R.V. Upadhyay; R.V. Mehta; Appl. Opt. 43(2004) 3619- 3622.
•[04] V. Mendelev; A. Ivanov; Jour. Mag. And Mag. Mat. 289(2005) 211- 214.
•[05] R. Patel, R.V. Upadhyay; R.V. Mehta; Jour. Mag. And Mag. Mat. 300(2006) e217- e220.
•[06] H.S. Shah; R.V. Mehta, R.V.Desai; “Estimation of particle size distribuition parameters with forward scattering techniques”,Appl. Opt. 18 (1979) 41734177.
• D. Deirmendjian, Eletromagnetic Scattering on Sperical Polydispersions (Elsevier, New York, 1969).
AGRADECIMENTOS
Ao Professor Wayne Seale; aos técnicos e monitores do laboratório, especialmente ao Flávio; ao Grupo de Fluídos Complexos do IFUSP (GFCx), especialmente ao Diogo Soga e à Sarah Isabel P.M. do Nascimento Alves;
ao Sérgio Antonio Romero, Marcelo Shiroma Lancarotte, Renato Cohen , do laboratório de Física do Estado Sólido; ao doutorando Gustavo, do CCTM (IPEN);e ao Professor Manoel Robillota; aos alunos da turma de laboratório IV do primeiro semestre de 2006 (prof. Wayne Seale).