Reflexão, Refração e Dispersão

Nas interfaces, as ondas eletromagnéticas refletem e refratam seguindo as equações de Fresnel, e nos meios sua velocidade varia com a frequência, causando dispersão.

Definition

O estudo de como as ondas eletromagnéticas se dividem em partes refletidas e transmitidas em uma interface, governado pela continuidade dos campos, e como a velocidade da onda e o índice de refração dependem da frequência, produzindo dispersão e a separação das velocidades de fase e grupo.

Scope

Este tópico aborda o comportamento das ondas eletromagnéticas nas fronteiras entre meios: as leis da reflexão e refração (lei de Snell), as equações de Fresnel para amplitudes e intensidades, o ângulo de Brewster e a reflexão interna total, e a dependência da frequência do índice de refração (dispersão) com suas velocidades de fase e grupo associadas e absorção. Ele conecta a ótica macroscópica das interfaces às condições de contorno eletromagnéticas.

Core questions

• Como são determinadas as direções e amplitudes das ondas refletidas e refratadas?
• O que são o ângulo de Brewster e a reflexão interna total?
• Por que o índice de refração depende da frequência e o que é dispersão?

Key concepts

• lei de Snell
• equações de Fresnel
• ângulo de Brewster
• reflexão interna total
• índice de refração
• dispersão
• velocidade de fase
• velocidade de grupo

Key theories

Equações de Fresnel e lei de Snell

A correspondência dos campos através de uma interface fornece a lei de Snell para o ângulo de refração e as equações de Fresnel para as amplitudes refletidas e transmitidas, incluindo efeitos dependentes da polarização, como o ângulo de Brewster.

Dispersão e o índice dependente da frequência

Como a resposta de um meio depende da frequência, o índice de refração e a velocidade da onda variam com a frequência, separando a velocidade de fase e de grupo e produzindo dispersão e absorção dependente da frequência.

Clinical relevance

Esses princípios governam lentes, prismas, revestimentos antirreflexo, fibras ópticas que dependem da reflexão interna total, gerenciamento de dispersão em comunicações e análise espectroscópica usada em toda a ciência e medicina.

History

A lei de refração de Snell foi estabelecida no século XVII, e Fresnel derivou as relações de amplitude da teoria das ondas na década de 1820. Brewster identificou o ângulo de polarização, e a dispersão foi explicada eletromagneticamente uma vez que a dependência da frequência da resposta de um meio foi compreendida.

Key figures

• Augustin-Jean Fresnel
• Willebrord Snellius
• David Brewster

Seminal works

• born1999
• jackson1998

Frequently asked questions

Por que um prisma divide a luz branca em cores?

O índice de refração do vidro varia com a frequência (dispersão), então cores diferentes refratam em ângulos diferentes nas superfícies do prisma e emergem por caminhos separados.

O que é reflexão interna total?

Quando uma onda viaja de um meio mais denso para um menos denso além de um ângulo crítico, nenhuma luz é transmitida e toda ela é refletida; isso confina a luz em fibras ópticas.