Wstęp.
Światło - jako falę elektromagnetyczną - opisujemy za pomocą 3 wektorów: natężenia pola elektrycznego E, indukcji pola mgnetycznego B oraz tzw. wektora falowego K. Ponieważ wektory te są wzajemnie prostopadłe, światło jest falą poprzeczną. Gdy drgania wektorów E i B są dowolne i odbywają się przypadkowo we wszystkich kierunkach, mówimy, że fala jest niespolaryzowana.
Zależnie od tego, jak drga wektor pola elektrycznego możemy mówić o różnych polaryzacjach fali świetlnej. Polarycja liniowa występuje, gdy drgania odbywają się cały czas w jednej płaszczyźnie. Gdy koniec wektora E opisuje w przestrzeni linię śrubową kołową lub eliptyczną mówimy o polaryzacji odpowiednio kołowej lub eliptycznej.
Układ pomiarowy.
Układ do badania aktywności optycznej składa się ze źródła światła - lampy sodowej
Wykonanie ćwiczenia
Badanie naturalnej aktywności optycznej
Ustawienie ostrości obrazu w polarymetrze.
W okularze widoczny był okrąg przedzielony na 3 części. Przy zmianie położenia analizatora zmieniała się wzajemna jasność pasków. Należało znaleźć takie położenie analizatora, dla którego minimalna zmiana w obie strony dawała widoczną zmianę we wzajemnej jasności pasków.
Nalanie do kuwety destylowanej wody i włożenie jej do polarymetru. Żeby wewnątrz nie było żadnych pęcherzyków powietrza, wodę nalewaliśmy, do uzyskania menisku wypukłego.
Zmierzenie położenia półcienia - znalezienie takiego położenia analizatora, dla którego wszystkie 3 części widocznego w okularze koła były jednakowo jasne.
Odczytanie położenia kątowego analizatora - alfa0
Przygotowanie roztworu cukru w wodzie: 1g cukru na 50ml wody.
Wypłukanie a następnie wypełnienie kuwety przygotowanym roztworem i włożenie jej do polarymetru.
Znalezienie takiego położenia analizatora, dla którego wszystkie 3 części widocznego w okularze koła były jednakowo jasne.
Odczytanie położenia kątowego analizatora - alfa.
Powtórzenie punktów 6-8 dla roztworów: 2, 4, 6, 8, 10 g w 50 ml oraz jednego o nieznanym stężeniu.
Zapisanie otrzymanych wyników.
Zmierzenie długości kuwety.
Badanie zjawiska Faraday'a.
Analogicznie jak w poprzedniej części - znalenie takiego położenia analizatora, dla którego minimalna zmiana w obie strony dawała widoczną zmianę we wzajemnej jasności pasków.
Było to dosyć trudne - w ostatecznej pozycji analizatora uzyskaliśmy mniejszą czułość niż w poprzedniej wersji. Czasami zmiana o 1st. nie dawała widocznych zmian we względnej jasności pasków.
W nieobecności pola magnetycznego zmierzenie położenia kątowego analizatora, dla którego paski mają jednakową jasność.
Włączenie zasialania solenoidu.
Analogicznie jak w poprzedniej części ćwiczenia znalezienie położenia półcienia, dla różnych wartości pola magnetycznego, dla prądów płynących przez solenoid: 0,75A a następnie od 1 A do 6A co 0,5A.
Zapisanie otrzymanych wyników.
Wyniki i obliczenia
Badanie naturalnej aktywności optycznej.
Gęstość wody destylowanej przyjmujemy ro = 1g/cm3 = 1g/ml. Czyli stężeni roztworu 1g cukru w 50 ml wynosi: c1 = 0,02. Kolejne roztwory stosowane w ćwiczeniu:
c2 = 0,04 c3 = 0,08 c4 = 0,12 c5 = 0,16 c6 = 0,2
Kąt skręcenia płaszczyzny drgań jest dany wzorem:
α=γch
W wykonywanym ćwiczeniu jest to różnica między położeniem analizatora przy roztworze z cukerem a położeniem przy kuwecie z czystę wodą - α0 :
α = αp - α0
Skręcenie właściwe obliczamy ze wzoru
γ = α/ch
W ćwiczeniu otrzymaliśmy następujące wyniki:
******
W programie Origin narysowaliśmy funkcję α = α(c) i dopasowaliśmy do niej prostą Y = A + BY. Origin wyznaczył następujące współczynniki prostej:
A 1,35618E-4 0,00484
B 0,6407 0,02561
Ponieważ B = γh, więc γ = B/h.
Zmierzyliśmy następującą długość kuwety : h = 495mm = 0,495m. Pomiar przeprowadzony był za pomocą miarki o podziałce 0,001m, więc h = 0,495 +- 0,0005.
Podstawiając otrzymane wartości otrzymujemy nastepującą wartość współczynnika γ:
γ = 1,29 1/m
Błąd wyznaczenia γ obliczamy z różnikczki zupełnej:
Δγ = B/h2*Δh + 1/h*ΔB
Różnica między współczynnikami załamania fali spolaryzowanej prawo- i lewoskrętnej dana jest wzorem:
deltan = n1-n2 = 2α/kh, gdzie k = 2π/λ - tzw. liczba falowa.
W ćwiczeniu użyte było światło sodowe o λ = 589,3nm.
Badanie zjawiska Faraday'a.
Wnioski