1. Introdução Teórica a) Definição de Difração b) Princípio de Huygens-Fresnel c) Integral de Fresnel-Kirchhoff β’ Difração de Fraunhofer d) Fenda Simples e) Fenda Dupla f) Generalizando: Múltiplas Fendas g) Rede de Difração h) Aplicações 2. Prática a) Fendas Simples e Dupla e Rede de Difração b) Intensidade do Padrão de Difração πβ«π π~π Huygens: β(...) cada partícula do meio através do qual a onda evolui não só transmite o seu movimento à partícula seguinte, ao, longo da reta que parte do ponto luminoso, mas também a todas as partículas que a rodeiam e que se opõem ao movimento. O resultado é uma onda em torno de cada partícula e que a tem como centroβ Fresnel: As componentes da onda em direções fora da direção de propagação sofrem interferência destrutiva, gerando outra frente de onda que segue o padrão anterior Formalismo Matemático: Para onda esférica, na abertura, para um instante de tempo fixo: π βππβπ s: posição da frente de onda em relação a origem π = 2π0 k: vetor de onda π ππ β² 1 = 2ππ π΄ π πππ ππ cos ππ,π β cos ππ,π β² ππ΄ π r: distância entre P e Pβ cos ππ,π β cos ππ,π β² : fator de obliquidade A: superfície não obstruída da frente de onda Ponto de observação distante da fenda: (r β πΏ) β« (π β π) Fenda distante da fenda: π β« π~π βΉ β cos ππ,π β² β cos ππ,π = cos π β ππ‘π cos π ππ π πππ ππ π ππ΄ π΄ ππβ² = π = πΏ sec π β π0 π ππ π π0 β distância a uma origem pertencente à frente de onda Onda incidente: plana na direção π’0 Direção de Pβ : π’ ππ = π0 π πππ’0 βπ0 βΉ π(π) = ππβ² π ππππ’πππ βΉ π β π0 πΌ(π) π(π) = πΌ(0) π(0) 2 = π(π’) π(π’0 ) π0 cos 2 π π πππΏ sec = ππ πΏ π π ππ(π’0βπ’)βπ0 ππ΄ π΄ 2 2 = 1 π΄2 π ππ(π’0βπ’)βπ0 ππ΄ π΄ βΉ ππππãπ ππ π·ππππçãπ Ξπ β πππππππçπ ππ πππ π x π = 0 βΉ Ξπ = 0 βΉ πππ‘πππππêππππ ππππ π‘ππ’π‘ππ£π z π β 0 βΉ Ξππ΄πΆ ππ ππ = π ππ π = π ππ(π) 2 π y πΏ β« π~π Ξππ΄πΆ = ππ, π β 0 βΉ πíπππππ ππ πππππçãπ π ππ ππππ = π π , βπ π ββ π 2 πΌ(π) 1 = 2 πΌ(0) π΄ π ππ(π’0 βπ’)βπ0 ππ΄ π΄ Considerando fenda retangular de dimensões π na direção π₯ e π na direção π¦, ππ’0 = ππ§ π§ π π’ = ππ₯ π₯ + ππ¦ π¦ βΉ π π’0 β π’ β π0 = β(ππ₯ π₯ + ππ¦ π¦) π0 = π₯ π₯ + π¦π¦ π΄ = ππ 2 πΌ(π) 1 = πΌ(0) (ππ)2 πΌ(π) 1 = πΌ(0) (ππ)2 π βπ(ππ₯π₯+ππ¦π¦) ππ΄ π΄ π 2 π β 2 π βπππ₯π₯ ππ₯ π 2 π β 2 1 = (ππ)2 2 π βπππ¦π¦ ππ¦ π 2 π β 2 π βπππ₯ π₯ ππ₯ π π ππ ππ₯ 2 = πππ₯ 2 π β π₯ππ§ βΉ ππ¦ βΆ 0 βΉ π 2 π β 2 2 π π π πππ₯ βπππ₯ π ππ ππ₯ 2 βπ 2 2 π 2 π βπππ₯π₯ ππ₯ = = π π π 2π π₯ π₯ β 2 2 2 π 2 π βπππ¦π¦ ππ¦ π π ππ ππ¦ 2 πππ¦ 2 πΌ π =πΌ 0 2 π ππ πΌ πΌ 2 ππ ,πΌ = π ππ π π Pontos de extremos: ππ πΌ =0 βΉ ππ πΌ = π‘π πΌ π ππ πΌ = 0, πΌ β 0 π ππ πΌ = 0 πΌ β 0 βΉ πíπππππ βΉ π 2 π πΌ >0 ππΌ 2 π ππ πΌ=0 π βΉ π ππ ππππ = π , βπ β ββ π π‘π πΌ = πΌ π 2 π πΌ βΉ πáπ₯ππππ < 0 ππΌ 2 π‘π πΌ=πΌ πΌ π π ππ πΌ π πΌ = = πΌ 0 πΌ 2 Combinação de duas fendas simples: β’ Interferência: π ππ ππππ 1 π = π+ 2 π π ππ ππππ₯ π =π π , πββ€ β’ Padrão de Difração e Interferência: πΌ(π) = 1 + π πππ₯ π πΌ0 2 π 2 π β 2 2 π βπππ₯ π₯ ππ₯ , πΌ0 β πππ‘πππ πππππ ππ ππππ πππππ Difração πΌ π = 4πΌ0 π ππ πΌ πΌ Interferência 2 πΌ= ππ π ππ π π π½= ππ π ππ π π πππ 2 π½ , π>π Zeros de interferência são mais frequentes Combinação de duas fendas simples: β’ Interferência para 2 fendas consecutivas: π ππ ππππ₯ π =π π , a πββ€ L β’ Padrão de Difração e Interferência: β Fator de Interferência: 2 πβ1 π ππππ₯ π π=0 πππ₯ π 2 = π π π ππ2 π₯ 2 π ππ2 πáπ₯ππππ ππ π ππ β ππ₯ π π = 0 βΉ π ππ ππππ₯ = π 2 π πππ‘ππ ππ πππ‘πππππêππππ πππ πáπ₯ππππ : π 2 β Padrão: Difração πΌ π = πΌ0 π ππ πΌ πΌ 2 Interferência π ππ ππ½ π ππ π½ 2 πΌ= ππ π ππ π π π½= ππ π ππ π π , πΌ π = πΌ0 π ππ πΌ πΌ 2 π ππ ππ½ π ππ π½ 2 πΆππ ππ ππ πππππππ : π=0 βΉ πΌ π =0 π = 1 βΉ πΌ π = πΌ π = πΌ0 π = 2 βΉ πΌ π = πΌ0 π ππ πΌ πΌ π ππ πΌ πΌ 2 2 π ππ π½ π ππ π½ π ππ 2π½ π ππ π½ 2 = πΌ0 2 = πΌ0 π ππ πΌ πΌ π ππ πΌ πΌ 2 2 πππ 2 π½ π=0 πΌ=π½=0 βΉ πΌ = π 2 πΌ0 (πáπ₯πππ πππππππππ) 1º mínimo de interferência: ππ½ = π βΉ π½ = Termo de interferência: π β« 1 βΉ π π π ππ ππ½ π ππ π½ βΉ π ππ π1 = 2 π ππ βΉ β π β β π1 β β ππππππçãπ π 2 πππ πáπ₯ππππ ππππππππππ = 0 πππ ππ’π‘πππ ππππ‘ππ β’ Rede de Difração β’ Espectroscopia a) Estrelas (Astronomia) b) Soluções (Química) β’ Difração Eletrônica a) Microscopia Eletrônica β’ Difração de raios X a) Propriedades de cristais, unidades celulares e simetrias b) Semi-condutores e Super-condutores c) Ressonância Magnética d) Super-ligas (baseadas em Ni, Co ou Fe) e) Petróleo f) Hidrometalurgia g) Indústria Farmacêutica h) Ciência Forense Fenda 1 πΏ = 81,3 ± 0,2 ππ π = arctg π₯ πΏ L ππ πΏ π= = ππ 1 + sen πππππ· π₯ 2 m Posição x (cm) (±0,1) Ângulo de Difração π½ (o) Largura da Fenda a (ππ) -3 -10,9 (β7,64 ± 0,08) (14,3 ± 0,1) -2 -7,0 (β4,92 ± 0,08) (14,8 ± 0,2) -1 -3,5 (β2,47 ± 0,07) (14,7 ± 0,4) 1 3,7 (2,61 ± 0,07) (13,9 ± 0,4) 2 7,1 (4,99 ± 0,08) (14,5 ± 0,2) 3 10,7 (7,50 ± 0,08) (14,5 ± 0,2) π = 14,5 ± 0,3 ππ Fenda 4 πΏ = 81,3 ± 0,2 ππ π = arctg π₯ πΏ L ππ πΏ π= = ππ 1 + sen πππππ· π₯ 2 m Posição x (cm) (±0,1) Ângulo de Difração π½ (o) Largura da Fenda a (ππ) -7 -2,4 (β1,69 ± 0,07) (150 ± 6) -4 -1,4 (β0,99 ± 0,07) (150 ± 10) -1 -0,3 (β0,21 ± 0,07) (170 ± 60) 1 0,3 (0,21 ± 0,07) (170 ± 60) 4 1,4 (0,99 ± 0,07) (150 ± 10) 7 2,4 (1,69 ± 0,07) (150 ± 6) π = 160 ± 30 ππ Grande erro devido à pequena abertura πΏ = 81,3 ± 0,2 ππ βπ₯πππ‘ = 0,184 ± 0,004 ππ π = arctg π₯ πΏ ππ πΏ π= = ππ 1 + sen πππππ· π₯ 2 m Posição x (cm) (±0,1) Ângulo de Difração π½ (o ) Largura da Fenda a (ππ) -3 -4,1 (β2,89 ± 0,07) (38 ± 1) -2 -2,7 (β1,90 ± 0,07) (38 ± 1) -1 -1,3 (β0,92 ± 0,07) (40 ± 3) 1 1,4 (0,99 ± 0,07) (37 ± 3) 2 2,7 (1,90 ± 0,07) (38 ± 1) 3 4,1 (2,89 ± 0,07) (38 ± 1) π = 38 ± 2 ππ πΏ = 81,3 ± 0,2 ππ βπ₯πππ‘ = 0,184 ± 0,004 ππ π = arctg π₯ πΏ ππ πΏ π= = ππ 1 + sen ππππ₯πΌ π₯ 2 m Posição x (cm) Ângulo de Difração π½ (o ) Separação entre Fendas d (ππ) 1 (0,184 ± 0,004) (0,13 ± 0,07) (280 ± 6) 2 (0,368 ± 0,008) (0,26 ± 0,07) (280 ± 6) 3 (0,55 ± 0,01) (0,39 ± 0,07) (280 ± 6) 4 (0,74 ± 0,02) (0,52 ± 0,07) (280 ± 6) 5 (0,92 ± 0,02) (0,65 ± 0,07) (280 ± 6) 6 (1,10 ± 0,02) (0,78 ± 0,07) (280 ± 6) π = (280 ± 6)ππ πΏ = 25,0 ± 0,2 ππ π₯ π = arctg πΏ ππ πΏ π= = ππ 1 + sen ππππ₯πΌ π₯ π= 2 1 π₯ = π ππ π₯ 2 + πΏ2 m Posição x (cm) (±0,1) Ângulo de Difração π½ (o) Número de Linhas n (ππβπ) -2 β10,2 (22,2 ± 0,3) (298 ± 4) -1 β4,9 (11,1 ± 0,3) (304 ± 7) 1 4,8 (10,9 ± 0,3) (298 ± 7) 2 10,4 (22,6 ± 0,3) (303 ± 4) π = 300 ± 6 πππβππ /ππ πΏ = 79,0 ± 0,2 ππ π = arctg π₯ πΏ ππ πΏ π= = ππ 1 + sen πππππ· π₯ 2 m Posição x (cm) (±0,1) Ângulo de Difração π½ (o) Espessura do Fio a (ππ) -3 β2,5 (β1,81 ± 0,07) (60 ± 2) -2 β1,5 (β1,09 ± 0,07) (67 ± 5) 2 1,5 (1,09 ± 0,07) (67 ± 5) 3 2,5 (1,81 ± 0,07) (60 ± 2) π = 64 ± 4 ππ πΏ = 81,3 ± 0,2 ππ (0π ; 11) (β0,21π ; 8,9) (0,2π ; 9) (0,41π ; 4,6) (β0,39π ; 4,5) (β0,1π ; 4,5) (β0,33π ; 2,9) (0,11π ; 4,6) (0,33π ; 2,8) β’ β πúππππ ππ ππππππ βΉ β πππππ’ππ πππ πáπ₯ππππ ππ πππ‘πππππêππππ βΉ βΉ β ππππππçãπ β’ Máximos de interferência: a) π = β2 βΉ 1. π = (186 ± 3)ππ πΌ 2. πΌ = 40,91% π b) π = β1 βΉ 1. π = 173 ± 5 ππ πΌ 2. πΌ = 80,91% π c) π = 1 βΉ 1. π = 181 ± 5 ππ πΌ 2. πΌ = 81,82% π d) π = 2 βΉ 1. π = 177 ± 2 ππ πΌ 2. πΌ = 41,82% π π = (179 ± 6)ππ π = (68 ± 1)ππ β’ Ótica Experimental β Tiago B. Batalhão, Eduardo R. de Azevêdo, Luiz Antônio de Oliveira Nunes β’ http://1mundodecores.blogspot.com/2010/11/o-pequeno-espectro-de-cor-que-vemos.html (15/06/2011) β’ http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/mecanica-ondulatoria/difracao-das-ondas.php (16/06/2011) β’ http://www.alunosonline.com.br/fisica/difracao.html (16/06/2011) β’ http://www.physics.upenn.edu/courses/gladney/phys151/lectures/lecture_apr_21_2003.shtml (16/06/2011) β’ http://pt.wikipedia.org/wiki/Princ%C3%ADpio_de_Huygens (16/06/2011) β’ http://en.wikipedia.org/wiki/Augustin-Jean_Fresnel (16/06/2011) β’ http://en.wikipedia.org/wiki/File:HuygensDiffraction.svg (16/06/2011) β’ http://omnis.if.ufrj.br/~phsr/OPT/difrac.pdf (16/06/2011) β’ http://thyvikings.cool.coocan.jp/wordpress/?tag=goodman (17/06/2011) β’ http://www.ifi.unicamp.br/~accosta/roteiros/3/nota%2003.html (19/06/2011) β’ http://www.bioinformatics.nl/webportal/background/xrayinfo.html (19/06/2011) β’ http://www.fct.unl.pt/expofct/dee.html (19/06/2011)