Wydział Chemiczny; Ochrona Środowiska

Henryk Kapczyński; Rafał Kacprzak

Ćwiczenie nr. 19

Tytuł: Badanie właściwości światła odbitego.

I. Cel ćwiczenia:

Celem naszego ćwiczenia było badanie światła odbitego od płytek: szklanej, krzemowej oraz chromowej, wyznaczenie kąta Brewstera, a także współczynników odbicia i załamania światła od badanych materiałów.

Badanie wykonaliśmy przy pomocy goniometru, tzn. po umieszczeniu płytki w uchwycie i ustawieniu odpowiedniego kąta (badania były wykonywane od, 10° do 85°, co 5°) nakierowaliśmy promień światła (niespolaryzowanego) wychodzącego z lasera (rozgrzanego wcześniej przez ok.25 minut) i zapisywaliśmy wskazania z miernika mocy światła (po uprzednim przejściu światła przez analizator optyczny) kolejno dla trzech rodzajów płytek - dla światła spolaryzowanego równolegle, a następnie prostopadle.

II.Wyniki pomiarów:

I1 [^°]	Krzem:		Chrom:		Szkło:
		Φﺍﺍ[MW]	Φ┴ [MW]	Φﺍﺍ[MW]	Φ┴ [MW]	Φﺍﺍ[MW]	Φ┴ [MW]
85	0,302	0,111	0,162	0,071	0,298	0,218
80	0,287	0,033	0,293	0,093	0,236	0,120
75	0,265	0,030	0,294	0,105	0,182	0,084
70	0,246	0,036	0,294	0,122	0,163	0,045
65	0,228	0,037	0,295	0,157	0,111	0,023
60	0,204	0,057	0,287	0,167	0,090	0,015
55	0,201	0,068	0,296	0,174	0,088	0,011
50	0,182	0,085	0,286	0,188	0,069	0,012
45	0,168	0,091	0,285	0,199	0,044	0,012
40	0,167	0,092	0,253	0,200	0,037	0,014
35	0,155	0,109	0,242	0,202	0,034	0,015
30	0,143	0,121	0,241	0,223	0,024	0,016
25	0,129	0,115	0,230	0,234	0,022	0,017
20	0,131	0,115	0,242	0,210	0,017	0,018
15	0,125	0,116	0,238	0,226	0,016	0,018
10	0,123	0,138	0,221	0,211	0,015	0,019

gdzie:

Φ_┴ - strumień światła spolaryzowanego prostopadle,

Φ_ﺍﺍ - strumień światła spolaryzowanego równolegle,

I₁ - kąt padania.

Oraz Φo_┴ = 0,31 i Φo_ﺍﺍ =0,31 (dla 90^°)

III.Opracowanie wyników:

Współczynniki odbicia światła R możemy wyliczyć ze wzorów:

i
, gdzie:

Φ _┴ i Φ_ﺍﺍ - strumienie światła spolaryzowanego (z tabeli),

Φ₀ - strumień światła padającego.

I1 [^°]	Krzem:		Chrom:		Szkło:
		RII	R┴	RII	R┴	RII	R┴
10	0,389	0,436	0,699	0,667	0,047	0,060
15	0,395	0,367	0,753	0,715	0,050	0,056
20	0,414	0,363	0,765	0,664	0,053	0,056
25	0,408	0,363	0,727	0,740	0,069	0,053
30	0,452	0,382	0,762	0,705	0,075	0,050
35	0,490	0,344	0,765	0,639	0,107	0,047
40	0,528	0,291	0,800	0,632	0,117	0,044
45	0,531	0,287	0,901	0,629	0,139	0,037
50	0,575	0,268	0,905	0,594	0,218	0,037
55	0,636	0,215	0,936	0,550	0,278	0,034
60	0,645	0,180	0,908	0,528	0,284	0,047
65	0,721	0,117	0,933	0,496	0,351	0,072
70	0,778	0,113	0,930	0,386	0,515	0,142
75	0,838	0,094	0,930	0,332	0,575	0,265
80	0,908	0,104	0,927	0,294	0,746	0,379
85	0,955	0,351	0,512	0,224	0,943	0,689

IV. Wykresy zależności współczynników odbicia światła od kąta padania.

V. Kąt Brewstera, współczynnik załamania światła:

Na podstawie wykresów (choć bardziej widoczne jest to z obliczeń) możemy stwierdzić, że kąt Brewstera w przypadku krzemu wynosi α ≈75°, a w przypadku szkła α ≈55°.

Na podstawie tych kątów możemy wyliczyć współczynnik dla szkła i krzemu ze wzoru:

Szkło: n= tg 55° = 1,428

Krzem: n= tg 75° =3,73:

Błąd pomiarowy danej płytki wyliczamy ze wzoru: Δn =2nΔα/sin2α

przy Δα=2°≈0,035 rad wynosi on dla:

Krzemu: Δn=0,522

Szkła: Δn=0,105.

Tak więc ostatecznie współczynnik załamania światła wynosi:

Dla szkła (przy kącie Brewstera 55°) n=(1,4 ± 0,1),

Dla krzemu (przy kącie Brewstera 75°) n=(3,7 ± 0,5).

VI. Dyskusja wyników.

Z dokonanych pomiarów wynika, że kąt Brewstera dla szkła wynosi 55⁰ , a współczynnik załamania światła n= 1,4.Tablice matematyczno-fizyczne wskazują jednak że dla szkła współczynnik załamania światła powinien wynosić n = 1,4 , a więc kąt Brewstera dla tego materiału powinien wynieść 56⁰ ,a nasze obliczenia są całkiem dokładne (błąd jest tak mały, że nie ma znaczenia dla naszego doświadczenia).Uwzględniając błędy pomiarowe otrzymany wynik mieści się w granicy błędu. Dokładność pomiaru można zwiększyć przez zwiększenie ilości pomiarów w zakresie kątów polaryzacji (50-60)⁰ z pięciu do dziesięciu pomiarów, a więc mierząc co 1⁰.Dodatkowo na dokładność pomiarów mają wpływ urządzenia pomiarowe (mikroamperomierz) oraz czułość analizatora optycznego.

Nie wiemy jaka jest matematyczno-fizyczna wartość współczynnika załamania dla krzemu, ale przypuszczamy, że jest ona zbliżona do naszej wartości.

---