Efiko de Faraday

Efiko de Faraday: rotacio (pro esto de magneta kampo) de linia polarizo.

En fiziko, la efiko de Faraday priskribas la interagon de lumo kun magneta kampo en materialo: la polarizo de la lumo realigas rotacion proporcie al la komponanto de la magneta indukdenso rilatanta al la direkto, laŭ kiu disendiĝas la lumo.

La efiko de Faraday estas magneto-optika efiko eltrovita de Michael Faraday en 1845. Ĝi okazas en la pleijparto da dielektrikaj travideblaj materialo, kiam ili estas submetitaj al magnetaj kampoj. Ĉi tiu estis la unua pruvo de ligo inter magnetismo kaj lumo: tiu fakto, ke lumo enhavas magnetan kampon, partoprenas hodiaŭ en la teorio de elektromagneta radiado, elvolvita poste de James Clerk Maxwell dum la jardekoj 1860 kaj 1870.

Se oni konsideras linian polarizon kiel superpozicio de du kontraŭturniĝantaj cirklaj polarizoj, tra la materialo la rapidoj de la du komponatoj estas malsamaj, rezultas relativa fazdiferenco inter ili kiam la ondo eliras el la substanco, sekvas rotaciion de la linia polarizo de la ondo rilatante al ĝia enira polarizo. Tio okazas trans materialoj, kies la magneta permeableco estas ne simetria tensoro. Tiel per efiko de Faraday, veninta luma radio kun linia polarizo en la konsiderita medio eliras de ĝi kun malsama orientiĝo de sia origina polarizo.

Pluraj mezuriloj uzas la efikon de Faraday. Ekzemple, oni povas mezuri la optikan rotaciigon de iaj substancoj, moduli la lumamplitudon, aŭ detekti kaj taksi magnetan kampon.

Konstanto de Verdet

La rilato inter la magneta indukdenso $B$ kaj la rotacia angulo $\beta$ de la polarizo post transiro de distanco d en substanco estas donita jenen:

$\beta ={\mathcal {V}}\;d\;B\ ,$

kie ${\mathcal {V}}$ estas la konstanto de Verdet (laŭ la nomo de la franca fizikisto de la 19-a jarcento, Emile Verdet) de la konsiderata materialo (esprimata en rad.T^-1.m^-1). La valoro de la konstanto de Verdet varias laŭ la temperaturo kaj de la ondolongo de la lumo.

Pozitiva konstanto de Verdet rilatas al rotacio maldekstren, kaj negativa konstanto de Verdet rilatas al rotacio dekstren.

Kristalo de pura galia arsenido (GaAs) permesas pli grandan rotacion per efiko de Faraday ol vitro el silicia dioksido (SiO₂). La grenato de terbio-galio havas egan konstanton de Verdet (≈ −40 rad.T^-1.m^-1). Uzante specimenon de tiu materialo en magneta kampo, oni povas atingi rotacion je 45°. Tio permesas konstruon de Faraday-rotaciilo.

La efiko de Faraday en interstelaj medioj

Efiko de Faraday okazas pri lumo elradianta en la interstela medio, kiam ĝi alproksimiĝas la Teron. Kontraŭe al la efiko de Faraday en solidoj kaj likvaĵoj, okazas ĉi tie simpla dependo de la ondolongo $\lambda$ :

$\beta =\alpha \;\lambda ^{2}\,,$

kie la konstanto $\alpha$ dependas de la magneta indukdenso $B$, de la trairita distanco d, kaj de la volumena denseco de elektronoj $n_{e}$ laŭ jena formulo :

$\alpha ={\frac {e^{3}}{2\pi m^{2}c^{4}}}\int _{0}^{d}n_{e}B\;\mathrm {d} s$,

kun:

"e" la ŝargo de elektrono,

"m" la maso de la elektrono,

kaj "c" la lumrapido en la vakuo.

Tia rotacio estas grava ilo en astronomio por mezuri magnetajn kampojn, kiuj povas esti taksataj per tiu rotacio, kiam oni konas la denson de negatonoj.. Pri la kazo de pulsostelo, la disperso fare de tiuj negatonoj kreas, depende de la ondolongoj, malfruon inter la impulsoj, kiu estas mezurata laŭ la negatonodenso. Mezuroj de rotacio kune kun disperso permesas tiel taksi la averaĝon de la magnetan indukdenson laŭ la linio de vidado.

La radioondoj, kiuj vojiras tra jonosferon de la Tero, estas ankaŭ submetataj al la efiko de Faraday. Ĉi tiu estas same proporcia al la kvadrato de la ondolongo.

Bibliografio

greke Recherches sur les propriétés optiques développées dans les corps transparents par l'action du magnétisme (Esploro pri optikaj proprecoj de travideblaj korpoj sub ago de magnetismo) france, Émile Verdet, Mallet-Bachelier, 1854 grekeOptics (Optiko), Eugene Hecht, Addison Wesley, 4th edition 2002, hardcover, ISBN 0-8053-8566-5, kapitolo 8.11.2 angle grekeOptics (Optiko), Amnon Yariv, Oxford University Press; 5-a eldono (Aprilo 1997), hardcover, ISBN 0-19-510626-1, Optika elektroniko en moderna komunikado (Oxford Series in Electrical and Computer Engineering) angle greke Propagation Effects on Satellite Systems at Frequencies Below 10GHz (Efikoj de propagado pri satelitosistemoj ĉe frekvencoj malsupre de 10 GHz)– A Handbook for Satellite Systems Design, Flock, Warren L. NASA Reference Publication 1108(02) 1987. P 2-12 to 2-28 angle.

Eksteraj ligiloj

• Electro-optical measurements (Elekto-optokaj mezuroj (Kerr, Pockels, kaj Faraday) (angle).
• Rotacio per efiko de Faraday pri akvo kaj flinto (eksperimenta studo de la efiko de Faraday) (angle).