LABORATORIUM Z FIZYKI
Tomasz Konopka	TEMAT:	13.03.97
nr 16	Sprawdzanie prawa Malusa	OCENA

Fale świetlne to fale elektromagnetyczne, związane z rozchodzeniem się w przestrzeni okresowo zmiennych pól magnetycznego i elektrycznego. Ugięcie i interferencja światła są zjawiskami świadczącymi o jego falowej naturze. Ponieważ zjawiska te charakteryzują zarówno fale podłużne jak i poprzeczne, zatemnie pozwalają na wyciągnięcie wniosków co do charakteru fali. Doświadczalnym dowodem poprzecznego charakteru fali świetlnej jest zjawisko polaryzacji.

Bioroąc pod uwagę światło rozchodzące się bezpośrednio od źródła (tzw. światło naturalne) należy pamiętać, że jest w nim bardzo dużo atomów odpowiedzialnych za wysyłanie fal elektromagnetycznych. Dzięki tej mnogości atomowych źródeł występują zmiany wektora świetlnego we wszystkich kierunkach prostopadłych do wektora kierunkowego v. Takie promieniowanie nazywamy niespolaryzowanym.

rys

Jeżeli zmiany wektora E we wszystkich falach składowych potrafimy sprowadzić do jednej płaszczyzny zawierającej wektor v to mamy do czynienia ze światłem liniowo spolaryzowanym. Płaszczyzna przechodząca przez wypadkowy wektor E i V nosi nazwę płaszczyzny drgań wektora świetlnego bo wektor ten powoduje wrażenie świetlne. Płaszczyznę do niej prostopadłą nazywamy płaszczyzną polaryzacji. Przyrządy przekształcające światło naturalne na światło spolaryzowane nazywamy polaryzatorami .

W niektórych kryształach dwójłomnych współczynnik pochłaniania zależy od orientacji wektora elektrycznego fali świetlnej, tzn. jest różny dla promieni zwyczajnego i nadzwyczajnego i zależy od kierunku rozchodzenia się światła w krysztale. Zjawisko to nazywa się dichroizmem. Jednym z kryształów gdzie obserwujemy dichroizm jest herapatyt.

Urządzenia służące do określenia stopnia polaryzacji światła nazywamy analizatorami . Każdy analizator można wyobrazić sobiejako kratę, której pręty są równoległe do kierunku drgań wektora E a spolaryzowanego przez niego światła. Jeżeli na taki analizator pada światło naturalne(rys) to natężenie światła Ja przepuszczanego nie ulega zmianie przy obrocie analizatora wokół promienia padającego. Wynika to z tego, że w świetle naturalnym żaden z kierunków płaszczyzny drgań nie jest wyróżniony :

Ja=1/2kaJoCos^2alfa

gdzie: Jo - natężenie światła naturalnego

ka - współczynnik przezroczystości analizatora dla przepuszczanego światła spolaryzowanego liniowo

Zależność tą wyraża prawo Malusa

Do sprawdzenia tego prawa posłużymy się zestawem przedstawionym na rysunku 2.

rys.2

Zestaw składa się ze źródła światła (z), polaryzatorów P i A, które spełniają rolę odpowiednio polaryzatora i analizatora oraz fotorezystora Fo, który jest czujnikiem reagującym na zmianę natężenia światła. Fotorezystor w zależności od natężenia światła zmienia swoje przewodnictwo, wskaźnikiem tego jest zmiana natężenia prądu (i) w obwodzie. Natężenie światła spolaryzowanego padającego na fotorezystor będzie w sposób ciągły (cosinusoidalnie) zmieniało się od wartości maksymalnej przy położeniu równoległym polaroidów, do minimalnej przy położeniu prostopadłym polaroidów. Sytuacja powtarza się przy obrocie analizatora względem polaryzatora w każdej ćwiartce kąta prostego.

Tabela pomiarów:

KĄT	Natężenie Fotoprądu			Średnie natężenie fotoprądu
0	260	260	260		260	1
10	240	240	240		240	0.97
20	188	204	240		210.6	0.88
30	160	168	204		177.3	0.75
40	124	128	160		137.3	0.59
50	72	80	100		84	0.41
60	44	44	60		49.3	0.25
70	20	20	24		21.3	0.12
80	8	8	8		8	0.03
90	4	4	4		4	0
100	8	8	8		8	0.03
110	24	18	20		20.6	0.12
120	40	24	40		34.6	0.25
130	60	60	60		60	0.41
140	128	80	100		102.6	0.59
150	200	120	180		166.6	0.75
160	230	220	228		226	0.88
170	260	248	240		249.3	0.97
180	240	260	260		253.3	1
190	248	232	208		229.3	0.97
200	240	208	240		229.3	0.88
210	200	180	180		186.6	0.75
220	140	120	140		133.3	0.59
230	112	80	100		97.3	0.41
240	52	48	50		50	0.25
250	24	20	20		21.3	0.12
260	8	8	8		8	0.03
270	4	4	4		4	0
280	4	8	8		6.6	0.03
290	20	20	20		20	0.12
300	40	40	40		40	0.25
310	88	72	80		80	0.41
320	124	112	112		116	0.59
330	200	160	180		180	0.75
340	180	180	200		186.6	0.88
350	220	200	220		213.3	0.97

Obliczenia:

1. Obliczam błąd z jakim wyznaczono natężenie fotoprądu wynikający z klasy miernika.

klasa = 0.5

ilość działek -75

zakres = 300

wartość 1 działki = 4

2.Obliczam błąd z jakim wyznaczono

Kąt Błąd

0 2*0*1*0.09 =0

10 2*0.17*0.98*0.09=0.03

20 2*0.34*0.94*0.09=0.06

30 2*0.5*0.87*0.09=0.08

40 2*0.64*0.76*0.09=0.08

50 2*0.76*0.64*0.09=0.08

60 2*0.87*0.5*0.09=0.08

70 2*0.93*0.34*0.09=0.06

80 2*0.98*0.17*0.09=0.03

90 2*1*0*0.09=0

Przy dalszych pomiarach błędy powtarzają się cyklicznie bo funkcja jest funkcją okresową.

3.Obliczam średnią wartość dla wyników dla tego samego kąta .

średnia wartość

1 (260+253):2=256.5

0.96 (240+249.3+229.3+213.3):4=233.975

0.86 (210+226+229.3+186.6):4=212.975

0.76 (177.3+166.6+186.6+180):4=177.625

0.59 (137.3+102.6+133.3+116):4=122.3

0.41 (84+60+97.3+80):4=80.325

0.25 (49.3+34.6+50+40):4=43.475

0.12 (21.3+20.6+21.3+20):4=20.8

0.03 (8+8+8+6.6):4=7.65

0.00 (4+4):2=4

Wnioski:

Prostoliniowość wykresu jest potwierdzeniem słuszności równania

Można udowodnić że podstawiając zależność :

A - współczynnik proporcjonalności

- Natężenie światła spolaryzowanego

- Natężenie fotoprądu

Oznaczając otrzymamy prawo Malusa

Zatem prostoliniowy przebieg zmienności stanowi potwierdzenie prawa Malusa.

---