effetto Faraday

In fisica, l'effetto Faraday o rotazione di Faraday è un fenomeno magneto-ottico, o una interazione tra luce e campo magnetico. La rotazione del piano di polarizzazione è proporzionale alla intensità della componente del campo magnetico nella direzione del raggio luminoso. L'effetto Faraday, un tipo di effetto magneto-ottico, scoperto nel 1845 dal chimico e fisico Michael Faraday, fu la prima evidenza sperimentale che la luce ed il magnetismo sono correlati. La base teorica di tale relazione fu sviluppata nel periodo 1860/1870 da James Clerk Maxwell, e nominata radiazione elettromagnetica. Questo effetto è presente nella maggioranza dei materiali dielettrici trasparenti (inclusi i liquidi) quando sono sottoposti ad intensi campi magnetici. L'effetto Faraday è il risultato di una risonanza ferromagnetica quando la permeabilità o costante magnetica di una sostanza è rappresentata da un tensore. Questa risonanza causa la scomposizione delle onde in due raggi a polarizzazione circolare inversa che si propagano a velocità differenti, una proprietà nota come birifrangenza circolare. Si può considerare che i raggi si ricombinino al loro emergere dal mezzo, tuttavia a causa della differenza nelle velocità di propagazione lo fanno con una netta differenza di fase, che risulta in una rotazione dell'angolo del piano di polarizzazione lineare. Ci sono alcune applicazioni della rotazione di Faraday negli strumenti di misura. Per esempio, l'effetto Faraday è stato utilizzato per misurare il potere rotatorio ottico delle sostanze, per la modulazione in ampiezza della luce, e per sensori a distanza dei campi magnetici. La relazione tra l'angolo di rotazione del piano di polarizzazione ed il campo magnetico in un materiale diamagnetico è in cui: * β è l'angolo di rotazione * B è la densità del flusso magnetico nella direzione di propagazione della luce (in tesla) * d è la lunghezza del tratto (in metri) in cui la luce ed il campo magnetico interagiscono * è la del materiale. Questa costante di proporzionalità empirica (in unità di radianti per tesla per metro) varia con la lunghezza d'onda della luce e con la temperatura ed è tabulata per vari materiali. Ad una costante di Verdet positiva corrisponde una rotazione sinistra (antioraria) quando la direzione di propagazione è parallela al campo magnetico e ad una rotazione destra (oraria) quando la direzione di propagazione è antiparallela. Perciò, se un raggio luminoso è passato attraverso un materiale e, riflesso all'indietro, lo riattraversa, la rotazione si raddoppia. Alcuni materiali, quali il granato-terbio-gallio (un tipo di granato sintetico con formula Tb3Ga5O12.) sono caratterizzati da costanti di Verdet estremamente elevate. Collocando un tondino di questo materiale in un campo magnetico intenso, si possono ottenere angoli di rotazione Faraday di oltre 0,78 rad (45°). Ciò consente la costruzione dei rotatori di Faraday, che rappresentano il componente principale degli isolatori di Faraday, dispositivi che trasmettono la luce in una direzione soltanto. Isolatori simili sono prodotti per i sistemi a microonde impiegando delle asticelle di ferrite in una guida d'onda con un campo magnetico circostante.