MARCIN KOWALSKI

2 rok WPPT / IB

Ćwiczenie nr 83

(Badanie wymuszonej aktywności optycznej)

1.WSTĘP TEORETYCZNY.

Zjawisko skręcania płaszczyzny polaryzacji w polu magnetycznym nazywam zjawiskiem Faradaya lub wymuszoną aktywnością optyczną.Zjawisko to występuje w ciałach stałych , cieczach i gazach.Kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji a jest proporcjonalny do indukcji magnetycznej B i do drogi światła w polu magnetycznym d.

a=V B d

V-stała Verdeta

Wzór jest słuszny gdy światło biegnie w kierunku równoległym do wektora indukcji B. Różne substancje skręcają płaszczyznę polaryzacji w różnym kierunku.Tak więc są substancje prawo- i lewoskrętne.Substancjami prawoskrętnymi nazywamy te , które skręcają płaszczyznę polaryzacji zgodnie z ruchem wzkazówek zegara w stosunku do obserwatora , patrzącego wzdłuż wektora B w kierunku źródła światła.Substancje skręcające płaszczyznę polaryzacji w stronę przeciwną nazywamy lewoskrętnymi .

Równanie , które określa stałą Verdeta jest to tzw. klasyczne wyrażenie Becqerela :

V= - (e/m) (l/2c) dn/dl

dn/dl - dyspersja ośrodka

l - długość fali światła w próżni

c - prętkość światła w próżni

W poniższym ćwiczeniu bada się zależność kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji a od indukcji magnetycznej B . Następnie wyznacza się wartość stałej Verdeta na podstawie wzoru

V = a/(Bd) B =m₀ ^. n ^. I

Znajomość stałej Verdeta pozwala określić stosunek e/m :

e/m = -V (2c/l) (dn/dl)^-1

Dyspersję dn/dl można obliczyć ze wzoru przybliżonego :

dn/dl = (n-n₁)/(l-l₁)

l = 589,3 nm (dł. fali światła sodowego używanego w ćwiczeniu)

l - dł. fali bliska l

n₁,n - współczynniki załamania dla l,l₁

2.PRZEBIEG POMIARÓW.

-schemat układu pomiarowego

pr-próbka

W-wyłącznik

-spis przyrządów : P-przwłącznik

kierunku prądu

polarymetr 2E 155

lampa sodowa

solenoid (S)

zasilacz DC (5A)

zasilacz ZT 980 L (Z)

amperomierz DC LM-3 kl. 0,5 (A)

-dane próbek

szkło SF 3 n=1.73976 n₁=1.73643

szkło SF 10 n=1.72802 n₁=1.72672

l=589.3 nm l₁=600.0 nm

a)wyznaczanie a₀ (bez próbki)

l.p.	a0	l.p.	a0
1.	177.1	6.	177.2
2.	177.2	7.	177.2
3.	177.3	8.	177.1
4.	177.1	9.	177.2
5.	177.2	10.	177.2

a_{0 śr.}= 177.2 ⁰ Da = + 0.1⁰

b) tabele pomiarowe dla solenoidu ze szkłem SF3 .

prąd dodatni

l.p.	I		an		a śr	Daśr	a
	[A]	1	2	3	[stopnie]		[rad^.10^-3]
1.	0.5	179.0	178.7	178.9	178.9	0.2	-29.1
2.	1.0	178.3	178.3	178.4	178.3	0.1	-19.8
3.	1.5	177.6	177.5	177.6	177.6	0.1	-6.4
4.	2.0	177.1	176.9	177.0	177.0	0.1	3.5
5.	2.5	176.6	176.7	176.5	176.6	0.1	10.5
6.	3.0	176.0	175.8	175.9	175.9	0.1	22.7
7.	3.5	175.3	175.4	175.4	175.4	0.1	93.7

prąd ujemny

l.p.	I		an		a śr	Daśr	a
	[A]	1	2	3	[stopnie]		[rad^.10^-3]
1.	-0.5	179.9	179.9	179.7	179.8	0.1	-31.4
2.	-1.0	180.5	180.4	180.3	180.4	0.1	-41.8
3.	-1.5	180.9	181.0	181.0	181.0	0.1	-54.1
4.	-2.0	181.7	181.6	181.6	181.6	0.1	-65.2
5.	-2.5	182.0	182.1	182.3	182.1	0.2	-76.8
6.	-3.0	183.5	182.5	182.5	182.5	0.05	-82.0
7.	-3.5	183.2	182.9	183.1	183.1	0.2	-93.7

c)tabele pomiarowe dla solenoidu ze szkłem SF10.

prąd dodatni

l.p.	I		an		a śr	Daśr	a
	[A]	1	2	3	[stopnie]		[rad^.10^-3]
1.	0.5	175.4	175.3	175.5	175.4	0.1	45.9
2.	1.0	174.9	174.7	174.8	174.8	0.1	55.8
3.	1.5	174.2	174.1	174.0	174.1	0.1	65.7
4.	2.0	173.5	173.5	173.3	173.5	0.2	77.4
5.	2.5	172.8	172.7	172.7	172.8	0.1	86.1
6.	3.0	172.5	172.4	172.6	172.5	0.1	92.5
7.	3.5	172.0	171.8	171.7	171.8	0.2	102.0

prąd ujemny

l.p.	I		an		a śr	Daśr	a
	[A]	1	2	3	[stopnie]		[rad^.10^-3]
1.	-0.5	176.6	176.7	176.8	176.7	0.1	8.7
2.	-1.0	176.9	176.8	176.8	176.8	0.1	6.4
3.	-1.5	177.1	177.3	177.5	177.3	0.2	-1.7
4.	-2.0	178.0	178.0	178.1	178.0	0.1	-14.5
5.	-2.5	178.5	178.6	178.5	178.5	0.1	-23.3
6.	-3.0	179.0	179.2	179.2	179.1	0.1	-33.7
7.	-3.5	180.0	179.8	179.6	179.8	0.2	-45.4

Stałą Verdeta wyznaczono wykorzystując metodę najmniejszych kwadratów.Ponieważ obliczenia są skomplikowane , nie zostały one tutaj przytoczone.

a - współczynnik nachylenia prostej a = f ( I )

szkło	kierunek prądu	a	b	V	sa	e/m
	dodatni	0.0204	-0.035	17	0.003	-1.2^.10^10
SF 3	ujemny	0.0207	0.0223	17	0.005	-1.2^.10^10
	dodatni	0.188	-0.0376	15	0.003	-1.3^.10^11
SF 10	ujemny	0.0189	0.023	16	0.0005	-1.3^.10^11

3.WNIOSKI .

Z pomiarów wynika , że wielkość kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji jest proporcjonalna do wielkości indukcji magnetycznej B , oraz do długości drogi , jaką światło przebywa w badanej substancji .

6. Oliczenia.

6.1. Obliczenia stałej Verdeta.

Stałą Verdeta liczono metodą najmniejszych kwadratów:

6.2. Obliczenia błędu stałej Verdeta.

6.3. Wynik: V=16.012790.000012 radT-1m-1

6.4. Obliczenia stosunku e/m:

7. Dyskusja błędów.

Z otrzymanych wyników widać, że dokładność użytych przyżądów była za mała. Dlatego prawie wszystkie błędy przypadkowe mieściły się w niedokładności przyżądów. Natomiast liniowość wyników pomiarów zależności kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji od prądu płunącego w solenoidzie była bardzo wysoka, co odzwierciedla się w małym błędzie stałej Verdeta.Błędu obliczeń stosunku e/m nie dało się wyznaczyć gdyż dyspersję dn/d obliczono tylko w przybliżeniu i nie dało się oszacować jej błędu.

---