KF PŚK	Imię i nazwisko: Patrycja Piotrowska				Wydział, Grupa: WBiIŚ_Bud 1/1 L19_a
Symbol ćwiczenia: O-6		Temat: Badanie prawa Malusa
Data wykonania: 9.11.2011r			Data oddania do poprawy:	Ocena:

1.Wstęp

Światło jest falą elektromagnetyczną, tj. falowym zaburzeniem pola elektrycznego i magnetycznego w przestrzeni. Jednym z jego źródeł są atomy, drgające przy przechodzeniu ze stanu wzbudzonego do podstawowego. W takim przypadku pole zaburzone jest tylko w kierunku drgnięcia, zatem pojedynczy tak wyemitowany kwant światła jest spolaryzowana liniowo. Jednak wiązka światła pochodząca od wielu atomów drgających w losowych kierunkach jest niespolaryzowana.

Polaryzacja światła jest to zjawisko polegające na ograniczeniu kierunków zaburzeń pola elektromagnetycznego. Najczęściej spotykana jest polaryzacja liniowa, polegająca na tym, że zaburzenie zachodzi tylko w jednym, wyróżnionym kierunku. Wyróżnia się też polaryzację kołową, taką, że maksymalne zaburzenie zatacza w przestrzeni spiralę wokół promienia świetlnego, która jest szczególnym przypadkiem polaryzacji eliptycznej.

Światło spolaryzowane liniowo uzyskać można na kilka sposobów. Dwa najważniejsze, wykorzystywane w doświadczeniu, to ukierunkowana emisja i ukierunkowana absorpcja. Pierwszy z nich zachodzi w laserze: zasada jego działania wymusza na drgających atomach zgodność kierunku drgań. W laserze światło emitowane jest przez ośrodek czynny, w którym tłumi się emisję spontaniczną (tj. o losowym kierunku drgań) poprzez pompowanie ośrodka (tu: przepływ prądu przez ośrodek), czyli doprowadzenie do niego energii tak, by zaszła inwersja obsadzeń – czyli sytuacja, gdy więcej atomów jest w stanie wzbudzonym, niż w stanie podstawowym. Gdy zainicjuje się lawinowy proces emisji wymuszonej, układ optyczny spełnia rolę rezonatora dla fal świetlnych poruszających się wewnątrz niego. Sprawia to, że zanikają fale o częstości i kierunku polaryzacji innym niż pewien szczególny dla danego lasera , te zaś są wzmacniane i wypromieniowywane. Absorpcja ukierunkowana zachodzi w niektórych tworzywach – najczęściej sztucznych, o strukturze długich włókien polimerowych, ułożonych – dzięki procesom produkcji– w równoległe pasma. Materiał taki, zwany polaroidem, pochłania drgania pola zgodne z kierunkiem włókien: zaburzenie pola zamienia się w polaroidzie w mikroprąd, którego energia jest rozproszona jako ciepło. Można jeszcze wspomnieć o polaryzacji przez odbicie, która zachodzi, gdy promień odbity jest prostopadły do promienia załamanego. Z prawa

Snella łatwo wywnioskować, że ten szczególny kąt padania (zwany kątem Brewstera), przy którym zachodzi to zjawisko, spełnia:

gdzie < to współczynniki załamania ośrodków.

Promień załamany jest spolaryzowany w płaszczyźnie, w której zaszło zjawisko, promień odbity – prostopadle do niej.

Prawo Malusa określa stosunek natężenia światła spolaryzowanego przed i po przejściu przez polaryzator. Jeśli α to kąt pomiędzy płaszczyzną polaryzacji światła i płaszczyzną polaryzacji polaryzatora, to zachodzi:

gdzie , E to natężenie pola odpowiednio przed i po przejściu przez polaryzator. Skoro

natężenie fali I zmienia się z kwadratem amplitudy drgań, to ostatecznie:

2. Układ pomiarowy

Do wykonania ćwiczenia służy układ doświadczalny w skład którego wchodzą:

• Zestaw do analizy swiatła spolaryzowanego

• Kolimator

• Polaryzator obrotowy

• Fotometr

• Zasilacz

• Panel „Stabilizator napięcia”

• Mikroamperomierz

3. Przebieg doświadczenia

• Połączyć układ pomiarowy według schematu

• Ustawić kierunek przepuszczania polaroidu poziomo tzn. wartość na skali naprzeciw wskaźnika noniusza

• Naprowadzić tubus fotometru na drogę wiązki światła

• Załączyć do sieci panel „Stabilizator napięcia”

• Ustawić potencjometrem zasilacza taka wartość, aby mikroamperomierz wskazywał

• Obracać oprawą polaryzatora i rejestrować co wskazania mikroamperomierza

4. Tabela pomiarów

[^o]	Iteoretyczne [ ]	I [ ]	|I-It| [ ]	[^o]	Iteoretyczne [ ]	I [ ]	|I-It| [ ]
0	700	700	0	180	700	700	0
10	679	670	9	170	679	630	49
20	618	600	18	160	618	570	48
30	525	500	25	150	525	410	115
40	411	390	21	140	411	330	81
50	289	280	9	130	289	220	69
60	175	170	5	120	175	140	35
70	82	80	2	110	82	60	22
80	21	20	1	100	21	20	1
90	0	0	o	90	0	0	0
100	21	20	1	80	21	20	1
110	82	100	2	70	82	90	8
120	175	230	55	60	175	210	35
130	289	370	81	50	289	320	31
140	411	500	89	40	411	450	39
150	525	620	95	30	525	530	5
160	618	690	72	20	618	600	18
170	679	720	41	10	679	630	49
180	700	730	30	0	700	680	20

5. Obliczenia

Z wyżej wymienionego wzoru obliczamy wartości teoretyczne natężenia.

6. Wykresy

Wykres zależności natężenia dla kątów w zakresie 0^o-180^o

Wykres zależności natężenia dla katów w zakresie 180^o-0^o

7. Wnioski

Na wykresach zależności natężenia widać ze wartości teoretyczne różnią się od wyników przeprowadzonych przez nas pomiarów. Natomiast dzięki zaciemnieniu Sali udało się uzyskać zerowe wskazania mikroamperomierza przy . Nasz błąd może wynikać z:

• błędu w ustawieniu mikroamperomierza

• niedokładnego odczytania natężenia z amperomierza

• niestabilności wzmocnienia wynoszącej 1,5%

• zmiany natężenia światła podczas wykonywania ćwiczenia

15